Quanto è vicina la calotta glaciale dell'Antartico occidentale a un punto di non ritorno?

Quanto è vicina la calotta glaciale dell'Antartico occidentale a un punto di non ritorno?Rompighiaccio della ghiacciaia Pine Island Glacier. Credito: NASA Image Collection / Alamy Stock Photo.

Tra le sue calotte glaciali orientali e occidentali e la sua penisola, l'Antartide detiene abbastanza ghiaccio per innalzare il livello globale del mare circa 60m.

La calotta glaciale dell'Antartico occidentale (WAIS) è una parte relativamente piccola, contenente una quantità di ghiaccio equivalente a 3.3m di innalzamento del livello del mare. Tuttavia, la maggior parte si trova in una posizione precaria ed è considerata "teoricamente instabile".

Di conseguenza, si pensa che il modo in cui il WAIS cambierà in risposta al riscaldamento causato dall'uomo sia generalmente considerato la più grande fonte di incertezza per proiezioni a lungo termine del livello del mare.

L'aspetto più urgente di questa incertezza è capire se le soglie di instabilità del ghiaccio sono state superate, se la ritirata che stiamo misurando è destinata a continuare e se il ghiaccio che appare immutabile oggi rimarrà tale in futuro.

L'ultima ricerca afferma che la soglia per la perdita irreversibile del WAIS è probabilmente compresa tra 1.5 ° C e 2 ° C del riscaldamento medio globale al di sopra dei livelli preindustriali. Con il riscaldamento già a intorno a 1.1C e Accordo di Parigi con l'obiettivo di limitare il riscaldamento a 1.5 ° C o "ben al di sotto dei 2 ° C", i margini per evitare questa soglia vanno davvero bene.

Calotta di ghiaccio marina

Secondo il recente relazione speciale sull'oceano e sulla criosfera (SROCC) di Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC), ci sono due controlli principali su quanto i livelli del mare globale aumenteranno in questo secolo: le future emissioni di gas serra causate dall'uomo e come il riscaldamento influisce sulla calotta glaciale dell'Antartico. L'IPCC afferma:

"Oltre il 2050, l'incertezza nei cambiamenti climatici ha indotto la SLR [innalzamento del livello del mare] aumenta sostanzialmente a causa delle incertezze negli scenari di emissione e dei cambiamenti climatici associati e della risposta della calotta glaciale antartica in un mondo più caldo."

La preoccupazione per la vulnerabilità del WAIS risiede principalmente in qualcosa chiamato "instabilità della calotta glaciale marina”(MISI) -“ marino ”perché la base della calotta glaciale è al di sotto del livello del mare e“ instabilità ”per il fatto che, una volta iniziato, il ritiro è autosufficiente.

Le calotte glaciali possono essere pensate come enormi bacini d'acqua dolce. La neve si accumula nell'interno freddo, si compatta lentamente per diventare ghiaccio del ghiacciaio e quindi inizia a fluire come un fluido molto denso verso l'oceano.

In alcuni punti, il ghiaccio raggiunge la costa e galleggia sulla superficie dell'oceano, formando un piattaforma di ghiaccio. Il confine tra il ghiaccio che poggia sulla superficie terrestre (o il fondo del mare nel caso di una calotta glaciale marina) è chiamato "linea di terra". La linea di terra è dove l'acqua immagazzinata nella calotta glaciale ritorna nell'oceano. E quando si sposta verso il mare, diciamo che la calotta glaciale ha un "bilancio di massa" positivo - vale a dire, sta guadagnando più massa di ghiaccio di quanto non stia perdendo di nuovo in mare.

Ma quando la linea di base si ritira, il saldo è negativo. Un bilancio delle calotte glaciali negativo significa un contributo positivo all'oceano e, quindi, al livello globale del mare.

Instabilità

Questa immagine di base del bilancio di massa della calotta glaciale è tutto ciò che serve per capire perché i glaciologi sono preoccupati per la MISI.

Le modifiche alla piattaforma di ghiaccio sul lato flottante della linea di messa a terra, come ad esempio l'assottigliamento, possono causare il distacco del ghiaccio sul lato di terra dal fondo del mare. Mentre questo ghiaccio galleggia, la linea di terra si ritirerà. Poiché il ghiaccio scorre più rapidamente quando galleggia di quanto non faccia quando è collegato a terra, la velocità del flusso di ghiaccio vicino alla linea di messa a terra aumenterà. L'allungamento causato dal flusso più veloce diventa una nuova fonte di assottigliamento vicino alla linea di messa a terra.

Questo è illustrato nella figura seguente. Man mano che il ghiaccio appena fluttuante scorre e si assottiglia più rapidamente, può causare il sollevamento e il galleggiamento di più ghiaccio, respingendo la linea di messa a terra.

Inoltre, le aree della calotta glaciale a rischio di MISI hanno un gradiente inverso, o "retrogrado", il che significa che si approfondisce ulteriormente nell'entroterra. Mentre la linea di messa a terra si ritira ulteriormente nelle parti più spesse della calotta glaciale, il flusso accelera, aumentando ulteriormente la perdita di ghiaccio. Il gradiente inverso rende questo processo autosufficiente come un circuito di feedback positivo - questo è ciò che rende MISI un'instabilità.

Illustrazione dell'instabilità della calotta glaciale marina o MISI. L'assottigliamento della piattaforma di ghiaccio contrafforte porta all'accelerazione del flusso della calotta glaciale e all'assottigliamento del margine di ghiaccio terminato in mare. Poiché il substrato roccioso sotto la calotta glaciale è inclinato verso l'interno della calotta glaciale, l'assottigliamento del ghiaccio provoca la ritirata della linea di terra seguita da un aumento del flusso di ghiaccio verso il mare, un ulteriore assottigliamento del margine di ghiaccio e un'ulteriore ritirata della linea di terra. Credito: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1a Illustrazione dell'instabilità della calotta glaciale marina o MISI. L'assottigliamento della piattaforma di ghiaccio contrafforte porta all'accelerazione del flusso della calotta glaciale e all'assottigliamento del margine di ghiaccio terminato in mare. Poiché il substrato roccioso sotto la calotta glaciale è inclinato verso l'interno della calotta glaciale, l'assottigliamento del ghiaccio provoca la ritirata della linea di terra seguita da un aumento del flusso di ghiaccio verso il mare, un ulteriore assottigliamento del margine di ghiaccio e un'ulteriore ritirata della linea di terra. Credito: IPCC SROCC (2019) Figura CB8.1a

Non è ancora chiaro se la soglia MISI sia stata varcata da nessuna parte in Antartide. Sappiamo che le linee di terra si stanno ritirando lungo la costa del Mare di Amundsen - in modo più spettacolare sul Ghiacciaio di Thwaites. E il driver per la ritirata sembra essere l'acqua dell'oceano relativamente calda - circa 2 ° C più calda della media storica - che scorre verso la linea di terra e causa una fusione più forte del solito.

crisi climatica ribaltando i caratteri 2 22 1

Se l'instabilità non è iniziata e se il riscaldamento dell'oceano si interrompe, la linea di terra dovrebbe trovare un nuovo punto di bilanciamento in una nuova posizione. Ma se è iniziato, il ritiro continuerà, qualunque cosa accada dopo.

Flusso più rapido

Anche se la soglia è stata superata - o anche se viene superata in futuro - la ritirata può procedere a velocità diverse a seconda della forza con cui "spingevamo" quando è iniziata.

Ecco come funziona. L'instabilità dipende da un equilibrio di forze all'interno della calotta glaciale. Una forza dovuta alla gravità fa fluire il ghiaccio a una velocità che dipende in parte dal suo spessore e dalla sua pendenza superficiale.

Una maggiore velocità di fusione sul lato fluttuante e un flusso più rapido attraverso la linea di messa a terra attireranno la superficie del ghiaccio più rapidamente rispetto alle velocità più basse. L'aspirazione più rapida genera una pendenza della superficie più ripida e, quindi, un flusso più rapido e una ritirata più rapida.

A studio di modellistica di questo feedback, pubblicato lo scorso anno, è emerso che quando la MISI ha iniziato con una spinta maggiore (una maggiore velocità di fusione), ha proceduto più rapidamente rispetto a quando è iniziata con una spinta minore, anche dopo aver rimosso la fusione extra.

Ciò significa che anche se viene invocata la MISI, il taglio delle emissioni globali e il rallentamento del riscaldamento daranno più tempo per prepararsi alle sue conseguenze.

Scogliere di ghiaccio

Sembra esserci una seconda fonte di instabilità per le calotte glaciali marine - una che entra in gioco se le piattaforme di ghiaccio si perdono completamente.

Alcune delle immagini più spettacolari del cambiamento del ghiacciaio sono dell'iceberg parto - in altre parole, staccarsi - dai fronti pesantemente increspati dei ghiacciai che terminano in mare.

Questo parto è causato dallo scioglimento della parte inferiore della piattaforma di ghiaccio, nonché da "idro-fratturazione"- dove l'acqua di fusione che si forma sulla superficie della piattaforma di ghiaccio penetra nel ghiaccio e provoca incrinature - o una combinazione dei due.

La velocità con cui avviene il parto dipende dall'altezza della parete rocciosa del ghiaccio sopra la linea di galleggiamento: maggiore è la scogliera sopra l'acqua, maggiore è il tasso di parto.

Come nel caso della MISI, il gradiente in calo del fondale marino sotto il WAIS significa che quando la scogliera di ghiaccio si ritira in ghiaccio più spesso continuerà ad esporre una scogliera sempre più alta verso l'oceano e il tasso di parto deve aumentare.

Questo processo, illustrato di seguito, è chiamato "instabilità della scogliera di ghiaccio marino" (MICI). La teoria suggerisce che laddove l'altezza della parete di un ghiacciaio supera i 100 metri sopra la superficie dell'oceano, la scogliera sarà troppo alta per sostenere il proprio peso. Pertanto, inevitabilmente crollerà, esponendo una parete rocciosa altrettanto alta dietro di essa, che anch'essa crollerà. E così via.

Lo SROCC dell'IPCC afferma che "il ghiacciaio Thwaites è particolarmente importante perché si estende all'interno del WAIS, dove il letto è> 2000 m sotto il livello del mare in alcuni punti". (Sebbene, lo SROCC noti anche che mentre MISI richiede che si verifichi una pendenza del letto retrograda, MICI potrebbe anche verificarsi su un letto piatto o inclinato verso il mare.)

Questo processo recentemente identificato non è ben studiato come MISI, ma questo cambierà sicuramente negli anni a venire, poiché gli scienziati continuano a osservare sistemi in rapida evoluzione come il ghiacciaio Thwaites.

Illustrazione di Marine Ice Cliff Instability. Se la scogliera è abbastanza alta (almeno ~ 800m di spessore del ghiaccio totale, o circa 100m di ghiaccio sopra la linea di galleggiamento), le sollecitazioni sulla parete della scogliera superano la forza del ghiaccio e la scogliera fallisce strutturalmente in ripetuti eventi di parto. Credito: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1b Illustrazione di Marine Ice Cliff Instability. Se la scogliera è abbastanza alta (almeno ~ 800m di spessore del ghiaccio totale, o circa 100m di ghiaccio sopra la linea di galleggiamento), le sollecitazioni sulla parete della scogliera superano la forza del ghiaccio e la scogliera fallisce strutturalmente in ripetuti eventi di parto. Credito: IPCC SROCC (2019) Figura CB8.1b

A Natura uno studio condotto nel 2016 su MICI ha concluso che l'Antartide "ha il potenziale di contribuire per oltre un metro di innalzamento del livello del mare entro il 2100 e più di 15 metri per 2500". Ricerche più recenti ha concluso che questo potrebbe essere sopravvalutato, ma ha osservato che non è ancora chiaro quale ruolo potrebbe svolgere il MICI in questo secolo. Un altro studio ha anche suggerito che una rapida perdita di ghiaccio attraverso MICI potrebbe essere mitigata da una perdita più lenta delle piattaforme di ghiaccio che trattengono i ghiacciai.

Soglia chiusa

Alla fine dell'anno scorso, a grande squadra di modellisti valutato diversi studi sulla risposta della calotta glaciale all'obiettivo del clima di Parigi per mantenere il riscaldamento medio globale "ben al di sotto" 2C.

I modelli puntano tutti nella stessa direzione. Vale a dire, che la soglia per la perdita irreversibile di ghiaccio sia nella calotta glaciale della Groenlandia che nel WAIS è compresa tra 1.5 e 2 ° C di riscaldamento globale. E siamo già a un po 'più di 1C di riscaldamento al momento.

Questa finestra da 1.5-2 ° C è la chiave per la "sopravvivenza delle piattaforme antartiche", ha spiegato il documento di revisione, e quindi il loro effetto "contrafforte" sui ghiacciai che trattengono.

Glossario: RCP2.6: I RCP (Rappresentative Concentration Pathways) sono scenari di future concentrazioni di gas a effetto serra e altri forzanti. RCP2.6 (a volte indicato anche come "RCP3-PD") è uno scenario di "picco e declino" in cui una mitigazione rigorosa.

Un'altra soglia potrebbe essere compresa tra 2 ° C e 2.7 ° C, hanno aggiunto gli autori. Raggiungere questo livello di aumento della temperatura globale potrebbe innescare "l'attivazione di numerosi sistemi più grandi, come i bacini di drenaggio di Ross e Ronne-Filchner, e l'inizio di contributi SLR molto più grandi". 

Ross e Ronne-Filchner sono le due più grandi piattaforme di ghiaccio in Antartide. Questi potrebbero essere sostanzialmente ridotti "entro 100–300 anni", un altro studio dice, in scenari in cui le emissioni globali superano il Scenario RCP2.6. Questo percorso di emissione è generalmente considerato coerente con la limitazione del riscaldamento a 2 ° C.

Questi risultati implicano che la prevenzione della perdita sostanziale di ghiaccio antartico si basa sulla limitazione delle emissioni globali a - o al di sotto - RCP2.6. Come conclude il documento: "Il superamento di queste soglie implica l'impegno a grandi cambiamenti di calotte glaciali e SLR che potrebbero richiedere migliaia di anni per essere pienamente realizzati ed essere irreversibili su tempi più lunghi."

Circa l'autore

Prof. Christina Hulbe, geofisica della National School of Surveying dell'Università di Otago in Nuova Zelanda.

Questo articolo è originariamente apparso su Carbon Brief

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