Dzięki zdjęciom satelitarnym wiemy, że od lat 70. ub. wieku ubywa morskiego lodu w Oceanie Arktycznym. Maksymalny, zimowy zasięg pokrywy lodowej Arktyki w latach 70. XX wieku (podobnie jak i ten zrekonstruowany sto lat wcześniej) obejmował powierzchnię ok. 17 mln km kwadratowych. A obecnie to jedynie 14,4 mln km kwadratowych. W ostatnich latach coraz bardziej intensywne jest zanikanie lodu morskiego w rejonach na północ od Ameryki i Syberii.

To, że pokryte lodem rejony arktyczne są pod wpływem szybko ogrzewającej i zmieniającej się w ostatnich dekadach atmosfery, nie budzi niczyich wątpliwości. "Jednak dopiero teraz badacze udowodnili, że nie można też bagatelizować roli ciepła dostarczanego przez ocean pod arktycznym lodem" - opowiada Ilona Goszczko, doktorantka z Instytutu Oceanologii PAN w Sopocie. Badaczka jest współautorką pracy, która ukazała się w kwietniu na stronie prestiżowego tygodnika "Science" http://science.sciencemag.org/content/early/2017/04/05/science.aai8204.

PRZEŁAMYWANIE LODÓW

Rosyjski statek badawczy Akademik Triosznikow wyrusza latem 2015 roku z północnej Norwegii w kierunku Ziemi Północnej i dalej do Oceanu Arktycznego. Badacze, którzy statkiem podróżują, muszą dotrzeć do dziewięciu zakotwiczonych dwa lata wcześniej pionów pomiarowych. Aparatura umocowana jest w arktycznych odmętach poniżej 50-100 m pod powierzchnią wody i lodu morskiego.

Na morskim dnie - pomiędzy głębokością 200 metrów i kilku kilometrów - umieszczone są masywne, ważące nawet tonę kotwice. Do nich, na łańcuchach i linie, zamocowane są urządzenia pomiarowe, które na różnych głębokościach zbierają dane o temperaturze, zasoleniu, ruchu wody morskiej i innych jej parametrach. Całość utrzymuje w pionie boja wypornościowa, która znajduje się kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią – by zakotwiczonych urządzeń nie przesunął dryfujący lód.

Aby to wszystko umieścić na dnie morskim, potrzebny jest nie lada wysiłek: dźwigi, bramy, windy, skoordynowana praca pracowników technicznych i badaczy. Również i odzyskanie danych z pozostawionych urządzeń proste nie jest - po roku lub dwóch trzeba dotrzeć na miejsce, zlokalizować podwodny nadajnik i za pomocą sygnału akustycznego uwolnić cały pion pomiarowy od kotwicy.

Jednak dzięki takiej strategii pomiarowej obejmującej zarówno zakotwiczone urządzenia jak i dryfujące w lodzie boje, pod którymi podobna aparatura zbiera dane o środowisku morskim, naukowcy uzyskują wiarygodne informacje o zmianach, jakie zachodzą na dużych głębokościach w morskiej toni i to z dużą rozdzielczością czasową – aparatura wykonuje bowiem pomiary co dwadzieścia minut i zapisuje dane w wewnętrznej pamięci. To „holter” serca oceanu.

CIEPŁO Z GŁĘBIN

Ciepło, które zostaje zaabsorbowane z atmosfery, głównie dostaje się do oceanu w niskich i umiarkowanych szerokościach geograficznych i jest za pośrednictwem prądów morskich transportowane do obu biegunów, m.in w stronę Arktyki.

W tej podróży na północ część ciepła tracona jest do atmosfery w Północnym Atlantyku. Woda staje się cięższa i niejako zapada się pod lżejsze, zimne i mniej słone wody powierzchniowe tuż na wejściu do Oceanu Arktycznego – na północ od Spitsbergenu i Ziemi Franciszka Józefa. Do tej pory powszechnie uważano, że dalej na wschód od tego obszaru ciepło zmagazynowane w warstwie pośredniej (od około 150 do 900 metrów) praktycznie nie przedostaje się pod powierzchnię lodu i nie ma wpływu na jego topnienie i zamarzanie.

Pod lodem istnieją bowiem warstwy wody charakteryzujące się gwałtownym skokiem gęstości i zasolenia (tzw. zimna haloklina i główna piknoklina), które - zwiększając stratyfikację (uwarstwienie) - utrudniają pionowe mieszanie. Cieplejsza woda była więc izolowana od lodu warstwami zimniejszymi. Od pewnego czasu coś jednak zaczęło się zmieniać. "Zauważyliśmy, że w ciągu ostatnich 10-15 lat cieplejsza woda znalazła się wyżej w kolumnie wody - bliżej lodu. W latach 2003/2004 głębokość ta wynosiła 140 m, podczas zimy 2014/2015 było to już tylko 100 m. Natomiast rok wcześniej było to zaledwie 85 metrów, co stanowi absolutne minimum zaobserwowane w badanym obszarze Oceanu Arktycznego" - powiedziała Goszczko.

Najnowsze badania po raz pierwszy dowiodły jednak, że takie oddolne ogrzewanie rzeczywiście w Arktyce zachodzi. Ciepło, które jest uwalniane w procesie wentylacji z wody pośredniej może nawet w połowie odpowiadać za ubytek lodu w badanej przez nas części Arktyki" - komentuje Goszczko. I dodaje, że badaniami objęto wschodnie rejony Basenu Euroazjatyckiego Oceanu Arktycznego i porównano je z wynikami uzyskanymi w części zachodniej tego basenu.

OCEAN NIEWSTRZĄŚNIĘTY, ALE CORAZ BARDZIEJ ZMIESZANY

Oceanolożka opowiada, że w ciągu ostatnich dziesięcioleci zwiększają się w Arktyce obszary wolne od lodu. "W ten sposób dochodzi do zwiększonego oddziaływania między atmosferą a morzem" - komentuje. Podaje przykład, że np. pod wpływem coraz silniejszych sztormów powodujących zwiększoną pionową konwekcję, mieszanie wody o różnych gęstościach następuje intensywniej, niż w rejonach całkowicie zlodzonych. Ciepło z wody pośredniej przestaje być tak dobrze izolowane i z większych głębokości trafia bliżej powierzchni. Choć ta cieplejsza woda ma niewiele ponad 1 stopień C, to jest jej na tyle dużo, że jej wpływ na opóźnianie tworzenia nowego lodu zimą jest nie do pominięcia.

Do tego dochodzi inny efekt - zmiany albedo, czyli stosunku promieniowania odbitego do padającego. Jeżeli lodu jest mniej podczas arktycznego lata, ciepło łatwiej przenika do wody - ciemna woda pochłania więcej energii, niż biały lód. A przez to woda powierzchniowa jeszcze szybciej się ogrzewa i jej zamarzanie jest trudniejsze. Efekt ten nazywa się sprzężeniem zwrotnym.

Goszczko opowiada, że jeszcze 15 lat temu to okolice na północ od Spitsbergenu i Ziemi Franciszka Józefa były miejscem, gdzie ciepła woda atlantycka miała możliwość termicznej komunikacji z lodem morskim. "Teraz ta granica przesunęła się aż o 1500 km dalej na wschód" - informuje badaczka. To sporo - dla porównania tyle wynosi np. droga z Warszawy do Paryża. Badacze uważają, że to jeszcze nie koniec procesu "atlantyfikacji" Oceanu Arktycznego. Proces ten może postępować obejmując kolejne obszary, zwiększając i tak znaczne już skutki globalnego ocieplenia w rejonach północnego bieguna planety. Doktorantka z IO PAN ocenia, że zmiany te dotyczyć będą nie tylko środowiska fizycznego, lecz również zamieszkujących je organizmów morskich i tych związanych ze strefą marginalną lodu.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ zan/