W tym wpisie na blogu szczegółowo opisano, w jaki sposób wysokie temperatury morza i prądy oceaniczne w regionie Antarktydy Zachodniej powodują koncentrację ciepłej wody pod małymi szelfami lodowymi, przyspieszając ich topnienie, a także jakie znaczenie ma to zjawisko dla zmian w szelfach lodowych na całej Antarktydzie.
Kontynent Antarktydy zawiera ogromne ilości lodu, wystarczające do podniesienia globalnego poziomu mórz o około 57 metrów, gdyby całkowicie stopniał. Szelfy lodowe to struktury, w których masywna pokrywa lodowa, o grubości kilku kilometrów, pokrywająca ląd, przesuwa się w kierunku wybrzeża pod wpływem grawitacji, a jej część rozciąga się nad lądem i unosi się na morzu. Około 75% wybrzeża Antarktydy pokrywają takie szelfy lodowe, których grubość waha się od 100 do 1,000 metrów w zależności od regionu. Zmieniająca się masa szelfów lodowych w czasie jest ściśle związana z globalnym ociepleniem i jest traktowana jako kluczowy element badań nad zmianami klimatu. Wśród czynników powodujących utratę lodu z szelfów lodowych, ilość lodu odrywającego się w postaci gór lodowych jest stosunkowo dobrze obserwowana. Jednak dane dotyczące ilości lodu topiącego się i znikającego spod szelfu lodowego pod wpływem ciepłej wody morskiej od dawna są skąpe. Dzieje się tak, ponieważ dostęp do spodu szelfu lodowego jest niezwykle trudny. Ostatnie zmiany w układzie wiatrów wokół Antarktydy umożliwiły przenikanie cieplejszej wody głębinowej pod lodowce szelfowe, co zwiększyło potrzebę dokładnych pomiarów tego procesu. Topnienie u podstawy lodowca szelfowego bezpośrednio wpływa na wzrost poziomu morza wokół Antarktydy.
Całkowita masa szelfu lodowego jest określana przez cztery czynniki. Po pierwsze, dopływ lodu spływającego z lądu, tworząc szelf, jest kluczowym czynnikiem zwiększającym jego masę. Po drugie, ilość śniegu gromadzącego się na powierzchni szelfu również przyczynia się do jego wzrostu. Odwrotnie, ilość lodu, która odrywa się, gdy góry lodowe dryfują do oceanu, zmniejsza masę szelfu lodowego. Podobnie, ilość lodu, która topi się od podstawy szelfu lodowego pod wpływem ciepłej wody morskiej, również powoduje zmniejszenie się szelfu lodowego. Całkowitą zmianę masy szelfu lodowego oblicza się na podstawie interakcji tych czterech czynników. Dopiero niedawno, dzięki akumulacji danych satelitarnych, stała się możliwa precyzyjna analiza tych elementów.
Ilość lodu spływającego z lądu, tworząc lodowiec szelfowy, oblicza się, mierząc prędkość przepływu lodu i jego grubość na granicy styku lodowca szelfowego z lądem. Prędkość przepływu lodu można obliczyć z dokładnością do centymetra, porównując dwa obrazy radarowe rejestrowane przez satelity w regularnych odstępach czasu. Grubość lodu oblicza się, mierząc wysokość lodu unoszącego się na powierzchni wody za pomocą wysokościomierzy satelitarnych, a następnie uwzględniając wyporność wynikającą z różnicy gęstości między lodem a wodą morską.
Ilość śniegu gromadzącego się na szelfie lodowym oblicza się, łącząc rdzenie lodowe uzyskane za pomocą wierceń z modelami prognozowania klimatu, co pozwala osiągnąć stosunkowo wysoką dokładność. Ilość lodu traconego w postaci gór lodowych można zmierzyć na podstawie powierzchni i grubości góry lodowej. Jednak w praktyce śledzenie jest trudne, ponieważ góry lodowe poruszają się szybko i szybko topią się w wodzie morskiej, co utrudnia precyzyjną kwantyfikację. Dlatego, aby zapewnić długoterminową wiarygodność, naukowcy pośrednio obliczają utratę masy w wyniku cielenia się gór lodowych, mierząc prędkość lodu i jego grubość na linii odniesienia kilka kilometrów w głąb lądu od krawędzi szelfu lodowego. Zmiany całkowitej powierzchni i grubości szelfu lodowego służą do określenia całkowitego wzrostu lub spadku masy szelfu lodowego, co pozwala również na oszacowanie ilości lodu topniejącego i zanikającego u podstawy szelfu lodowego.
Wyniki badań wskazują, że ilość lodu dostarczanego z lądu do całego szelfu lodowego Antarktydy w ciągu jednego roku wyniosła około 2.049 biliona ton, podczas gdy śnieg zgromadzony na powierzchni szelfu wyniósł około 444 miliardów ton. Z kolei utrata lodu w wyniku oderwania się gór lodowych od szelfów wyniosła około 1.321 biliona ton, a utrata lodu w wyniku topnienia u podstawy szelfu, na które wpływ miała ciepła woda morska, wyniosła około 1.454 biliona ton. Ostatecznie cały system szelfu lodowego Antarktydy doświadczył rocznej utraty masy wynoszącej około 282 miliardów ton. Topnienie podstawy szelfu stanowiło średnio 52% tych strat, ale wykazywało znaczne zróżnicowanie regionalne, wahające się od minimum 10% do maksimum 90%.
Analiza dzieląca wody Antarktydy na cztery strefy w oparciu o długość geograficzną wykazała, że w małych szelfach lodowych, takich jak Lodowiec Szelfowy Pine Island i Lodowiec Szelfowy Croz w regionie Antarktydy Zachodniej, topnienie podstawy lodowca stanowiło średnio 74%. Natomiast w innych regionach topnienie wynosiło około 40%. Co ciekawe, Lodowiec Szelfowy Filchnera-Ronne'a (obejmujący Antarktydę Północną i Południowo-Zachodnią) oraz Lodowiec Szelfowy Rossa (Antarktyda Południowa), które razem stanowią około jednej trzeciej wszystkich gór lodowych Antarktydy, wykazały bardzo niski udział topnienia podstawy lodowca szelfowego, wynoszący zaledwie 17%.
Dziesięć największych lodowców szelfowych, które pokrywają 91% powierzchni lodowca szelfowego Antarktydy, odpowiada jedynie za około połowę całkowitej objętości topnienia dna lodowca szelfowego Antarktydy. Pozostała połowa występuje na małych lodowcach szelfowych, pokrywających zaledwie 9% całkowitej powierzchni. Zjawisko to wynika z koncentracji małych lodowców szelfowych w stosunkowo cieplejszych wodach Morza Zachodnioantarktycznego. Dlatego też podejście stosowane w poprzednich badaniach – polegające na prostej ekstrapolacji danych dotyczących dużych lodowców szelfowych proporcjonalnie do powierzchni – prawdopodobnie znacznie przeszacowało całkowitą objętość topnienia dna lodowca szelfowego Antarktydy.
Analizując objętość topnienia dna lodowców szelfowych na jednostkę powierzchni, średnia dla Antarktydy wynosiła około 0.81 metra rocznie. Jednak różnice regionalne były znaczne i wahały się od 0.07 metra do maksymalnie 15.96 metra. Małe lodowce szelfowe w zachodniej Antarktydzie charakteryzowały się bardzo wysokim tempem topnienia, podczas gdy duże lodowce szelfowe w innych regionach charakteryzowały się stosunkowo niskim tempem. Różnice te wynikają ze złożonej interakcji topografii pod lodowcami szelfowymi i struktury temperatury wody morskiej. Topnienie jest szczególnie intensywne pod lodowcami szelfowymi blisko lądu, podczas gdy zamarzanie wody morskiej faktycznie wzrasta wraz z odległością od lądu. Odkrycia te potwierdzają, że topnienie podlodowe szelfów lodowych Antarktydy znacznie różni się w zależności od lokalnych warunków i środowiska morskiego oraz że ma ono kluczowy wpływ na globalny wzrost poziomu morza i system klimatyczny.
