Антарктический ледяной щит и изменения циркуляции Южного океана

Введение

Южная полярная ледяная шапка Земли. Единственный другой существующий ледяной покров на Земле — это Гренландский ледяной щит в Арктике. Антарктический ледяной щит разделен Трансантарктическими горами на два неравных участка, называемых Восточно-Антарктическим ледяным щитом (EAIS) и меньшим Западно-Антарктическим ледяным щитом (WAIS). Некоторые гляциологи считают ледяной покров на относительно небольшом Антарктическом полуострове (также в Западной Антарктике) третьим ледяным щитом в Антарктиде, отчасти потому, что его водосборные бассейны значительно отличаются от WAIS. В совокупности эти ледяные щиты имеют среднюю толщину около 300 метров. Даже Трансантарктические горы в основном покрыты льдом, лишь некоторые горные вершины и сухие долины Мак-Мердо в настоящее время свободны ото льда. Некоторые прибрежные районы также имеют обнаженную скальную породу, не покрытую льдом. Во время позднего кайнозойского оледенения многие из этих районов также были покрыты льдом. EAIS опирается на крупный массив суши, но основание WAIS в некоторых местах находится более чем на 800 метров ниже уровня моря. Это было бы морским дном, если бы не ледяной щит. WAIS классифицируется как морской ледяной щит, что означает, что его основание лежит ниже уровня моря, а его края впадают в плавучие шельфовые ледники. WAIS ограничен шельфовым ледником Росса, шельфовым ледником Фильхнера-Ронне и выводными ледниками, которые впадают в море Амундсена. Ледник Твейтс и ледник Пайн-Айленд — два наиболее важных выводных ледника.

Ослабление антарктической циркуляции

[[Файл:Pellichero 2018 смешанный слой Южного океана.jpg|thumb|Обычно некоторая сезонная талая вода из Антарктического ледяного щита способствует движению в нижней циркуляционной ячейке. Однако изменение климата значительно увеличило объем талой воды, что создает угрозу дестабилизации. Это уменьшение солености Южного океана приводит к увеличению стратификации и стабилизации его слоев, в то время как циркуляция нижней ячейки замедляется, поскольку она зависит от высокосоленой антарктической придонной воды, которая, по-видимому, уже заметно ослабла из-за уменьшения солености, несмотря на ограниченное восстановление в 2010-х годах. [[Файл:Изменения NOAA SMOC.png|thumb|upright=1.25|left|С 1970-х годов верхняя циркуляционная ячейка усилилась, а нижняя – ослабла. Вероятно, в будущем ситуация ухудшится. По состоянию на начало 2020-х годов наилучшая, хотя и ограниченная по уверенности, оценка климатических моделей заключается в том, что нижняя ячейка продолжит ослабевать, в то время как верхняя может усилиться примерно на 20% в течение XXI века. Ключевой причиной неопределенности является ограниченная уверенность в будущей потере льда в Антарктиде и недостаточно точное и последовательное представление стратификации океана даже в моделях CMIP6 – наиболее продвинутом поколении, доступном на начало 2020-х годов. Одно исследование предполагает, что к 2050 году циркуляция может потерять половину своей силы в наихудшем сценарии изменения климата, а затем последуют еще большие потери. Возможно, что южноокеанская циркуляция переворота не просто продолжит ослабевать в ответ на повышение температуры и уменьшение солености, но в конечном итоге полностью коллапсирует, что будет трудно обратить вспять и станет примером переломных точек в климатической системе. Это будет аналогично некоторым прогнозам для Атлантической меридиональной циркуляции переворота (AMOC), на которую также влияют потепление океана и потоки талой воды от сокращающегося ледяного щита Гренландии. Однако в Южном полушарии проживает лишь 10% населения мира, и южноокеанская циркуляция переворота исторически привлекала гораздо меньше внимания, чем AMOC. Некоторые предварительные исследования показывают, что такой коллапс может стать вероятным, когда глобальное потепление достигнет уровней между 2 и 4 °C, но уверенность в этом гораздо ниже, чем в оценках большинства других переломных точек в климатической системе. Даже если коллапс начнется в ближайшем будущем, его завершение маловероятно до 2300 года. Аналогично, такие последствия, как сокращение осадков в Южном полушарии с соответствующим увеличением в Северном, или сокращение рыбных запасов в Южном океане с потенциальным коллапсом некоторых морских экосистем, также, как ожидается, будут развиваться в течение нескольких столетий. и 45,5 миллионов лет назад и усилилось во время эоцено-олигоценового вымирания около 34 миллионов лет назад. Уровень CO2 тогда составлял около 760 ppm и снижался по сравнению с более ранними уровнями в тысячах ppm. Снижение концентрации углекислого газа, с переломной точкой в 600 ppm, было основным фактором, вызвавшем оледенение Антарктиды. Оледенению способствовал период, когда орбита Земли благоприятствовала прохладным летам, но изменения в цикле соотношения изотопов кислорода были слишком велики, чтобы объяснить их только ростом антарктического ледяного покрова, что указывает на ледниковый период значительных масштабов. Открытие прохода Дрейка также могло сыграть свою роль, хотя модели изменений предполагают, что снижение уровня CO2 было более важным. Ледяной покров Западной Антарктиды несколько уменьшился во время теплой эпохи раннего плиоцена, примерно пять-три миллиона лет назад; в это время открылось море Росса. Однако значительного уменьшения наземного ледяного покрова Восточной Антарктиды не произошло.

[[File:Pellichero 2018 Southern Ocean mixed layer. jpg|thumb|Normally, some seasonal meltwater from the Antarctic ice sheet helps to drive the lower cell circulation. However, climate change has greatly increased meltwater amounts, which threatens to destabilize it. This freshening of the Southern Ocean results in increased stratification and stabilization of its layers, while the lower cell circulation slows down, as it is dependent on the highly saline Antarctic bottom water, which already appears to have been observably weakened by the freshening, in spite of the limited recovery during 2010s. [[File:NOAA SMOC changes. png|thumb|upright=1.25|left|Since the 1970s, the upper cell of the circulation has strengthened, while the lower cell weakened. they are likely to worsen in the future. As of early 2020s, climate models' best, limited confidence estimate is that the lower cell would continue to weaken, while the upper cell may strengthen by around 20% over the 21st century. A key reason for the uncertainty is limited certainty about future ice loss from Antarctica and the poor and inconsistent representation of ocean stratification in even the CMIP6 models the most advanced generation available as of early 2020s. One study suggests that the circulation would lose half its strength by 2050 under the worst climate change scenario, with greater losses occurring afterwards. It is possible that the South Ocean overturning circulation may not simply continue to weaken in response to increased warming and freshening, but will eventually collapse outright, in a way which would be difficult to reverse and constitute an example of tipping points in the climate system. This would be similar to some projections for Atlantic meridional overturning circulation (AMOC), which is also affected by the ocean warming and by meltwater flows from the declining Greenland ice sheet. However, Southern Hemisphere is only inhabited by 10% of the world's population, and the Southern Ocean overturning circulation has historically received much less attention than the AMOC. Some preliminary research suggests that such a collapse may become likely once global warming reaches levels between and , but there is far less certainty than with the estimates for most other tipping points in the climate system. Even if initiated in the near future, the circulation's collapse is unlikely to be complete until close to 2300, Similarly, impacts such as the reduction in precipitation in the Southern Hemisphere, with a corresponding increase in the North, or a decline of fisheries in the Southern Ocean with a potential collapse of certain marine ecosystems, are also expected to unfold over multiple centuries. and 45.5 million years ago and escalated during the Eocene–Oligocene extinction event about 34 million years ago. CO2 levels were then about 760 ppm and had been decreasing from earlier levels in the thousands of ppm. Carbon dioxide decrease, with a tipping point of 600 ppm, was the primary agent forcing Antarctic glaciation. The glaciation was favored by an interval when the Earth's orbit favored cool summers but oxygen isotope ratio cycle marker changes were too large to be explained by Antarctic ice sheet growth alone indicating an ice age of some size. The opening of the Drake Passage may have played a role as well though models of the changes suggest declining CO2 levels to have been more important. The Western Antarctic ice sheet declined somewhat during the warm early Pliocene epoch, approximately five to three million years ago; during this time the Ross Sea opened up. But there was no significant decline in the land based Eastern Antarctic ice sheet.