Гренландский ледяной щит: история, структура и современное состояние.

Введение

Обширный ледяной массив Гренландии, Северное полушарие

Гренландия имеет крупные ледники и ледяные шапки на протяжении как минимум 18 миллионов лет, но единый ледяной щит впервые покрыл большую часть острова около 2,6 миллионов лет назад. С тех пор он значительно рос и сокращался. Самый древний известный лед Гренландии имеет возраст около 1 миллиона лет. В результате антропогенных выбросов парниковых газов ледяной щит сейчас находится в самом теплом состоянии за последние 1000 лет, причём в наихудшем сценарии полное таяние привело бы к повышению глобального уровня моря на ~. Однако в истории Гренландии было 11 периодов, когда ледяной щит простирался за пределы своих нынешних границ; последний из них был около 1 миллиона лет назад. Вес льда заставляет его медленно "течь", если его не останавливает достаточно крупное препятствие, такое как гора. Последующий подъем в плиоцене сформировал нижнюю планационную поверхность на высоте от 500 до 1000 метров над уровнем моря. Третий этап подъема создал многочисленные долины и фьорды ниже планационных поверхностей. Этот подъем усилил оледенение за счет увеличения орографических осадков и более низких температур поверхности, что позволило льду накапливаться и сохраняться. С тех пор ледяной покров постепенно расширялся.

Основание ледяного щита может быть достаточно теплым из-за геотермальной активности, чтобы под ним находилась жидкая вода. Эта жидкая вода, находящаяся под давлением веса льда, может вызывать эрозию, в конечном итоге оставляя под ледяным щитом лишь скальную основу. Однако есть части гренландского ледяного щита, вблизи вершины, где он скользит по базальному слою льда, который промерз к земле, сохраняя древнюю почву, которую затем можно извлечь при бурении. Самая древняя из таких почв находилась под непрерывным ледяным покровом около 2,7 миллионов лет. Другие образцы ледяных кернов из лагеря Century на северо-западе Гренландии показывают, что лед там таял по крайней мере один раз за последние 1,4 миллиона лет, в плейстоцене, и не восстанавливался в течение как минимум 280 000 лет. Ледяные керны предоставляют ценную информацию о прошлых состояниях ледяного щита и других видах палеоклиматических данных. Незначительные различия в изотопном составе кислорода в молекулах воды в ледяных кернах могут раскрыть важную информацию о водном цикле в то время, характере осадков, извержениях вулканов, солнечной активности, первичной продуктивности океана и даже изменениях в почвенной растительности и связанной с этим частоте лесных пожаров. Ледяные керны Гренландии также фиксируют антропогенное воздействие, например, производство свинца во времена Древней Греции и Римской империи.

Краткосрочные

В 2021 году в Шестом оценочном докладе МГЭИК было установлено, что в соответствии со сценарием SSP5 8.5, связанным с наибольшим глобальным потеплением, таяние ледяного щита Гренландии добавит около к глобальному уровню моря (с вероятным диапазоном 17–83% и очень вероятным диапазоном 5–95% уровня доверия), в то время как "умеренный" сценарий SSP2 4.5 добавит с вероятным и очень вероятным диапазоном и , соответственно. Оптимистический сценарий, предполагающий, что цели Парижского соглашения в значительной степени выполнены, SSP1 2.6, добавит около и не более , с небольшим шансом на увеличение массы ледяного щита и, таким образом, снижение уровня моря примерно на , но даже их прогнозы показывают, что значительная часть Гренландии, общий объем которой соответствует повышению уровня моря на , сразу же вызвала споры в научном сообществе, в то время как исследования 2019 года от разных ученых утверждали, что максимум к 2100 году в худшем сценарии изменения климата составит . [[Файл:Choi 2021 GIS glacier trends.png|thumb|Прогнозы отступления крупнейших ледников Гренландии в XXI веке]] С другой стороны, три крупнейших ледника – Якобшавн, Хельхейм и Кангерлуссуак – расположены в южной половине ледяного щита, и только они трое, как ожидается, добавят 9,1–14,9 мм при сценарии RCP 8.5. Аналогично, по оценкам 2013 года, к 2200 году они и еще один крупный ледник добавят 29–49 миллиметров при RCP 8.5 или 19–30 миллиметров при RCP 4.5. В целом, наибольший вклад в потерю льда в Гренландии в XXI веке, как ожидается, внесут северо-западные и центрально-западные потоки (последние включают Якобшавн), а отступление ледников будет отвечать за по крайней мере половину общей потери льда, в отличие от более ранних исследований, которые предполагали, что таяние поверхности станет доминирующим позже в этом веке. Если Гренландия потеряет все свои прибрежные ледники, то продолжит ли она сокращаться, будет полностью определяться тем, будет ли таяние ее поверхности летом последовательно превышать накопление льда зимой. В случае реализации сценария с наивысшими выбросами это может произойти примерно в 2055 году, задолго до того, как исчезнут прибрежные ледники. Повышение уровня моря в Гренландии не влияет на все побережья одинаково. Южная часть ледяного щита намного более уязвима, чем другие части, и объемы льда, задействованные в этом процессе, оказывают влияние на деформацию земной коры и вращение Земли. Хотя этот эффект незначителен, он уже вызывает более быстрое повышение уровня моря на Восточном побережье Соединенных Штатов, чем в среднем по всему миру. В то же время, сама Гренландия испытает изостатический отскок, поскольку ее ледяной щит сокращается и давление на земную кору уменьшается. Аналогично, уменьшенная масса льда будет оказывать меньшее гравитационное притяжение на прибрежные воды по сравнению с другими сушами. Эти два процесса приведут к падению уровня моря вблизи побережья Гренландии, даже если он повышается в других местах. Обратная ситуация наблюдалась, когда ледяной щит набирал массу во время Малого ледникового периода: возросший вес привлек больше воды и затопил некоторые поселения викингов, вероятно, сыграв важную роль в их последующем уходе.

In 2021, the IPCC Sixth Assessment Report estimated that under SSP5 8.5, the scenario associated with the highest global warming, Greenland ice sheet melt would add around to the global sea levels (with a likely (17%–83%) range of and a very likely range (5–95% confidence level) of ), while the "moderate" SSP2 4.5 scenario adds with a likely and very likely range of and , respectively. The optimistic scenario which assumes that the Paris Agreement goals are largely fulfilled, SSP1 2.6, adds around and no more than , with a small chance of the ice sheet gaining mass and thus reducing the sea levels by around but even their projections also have much of Greenland, whose total size amounts to of sea level rise, which was immediately controversial amongst the scientific community, while 2019 research from different scientists claimed a maximum of by 2100 under the worst case climate change scenario. [[File:Choi 2021 GIS glacier trends. png|thumb|Projections of 21st century retreat for Greenland's largest glaciers On the other hand, the three largest glaciers Jakobshavn, Helheim, and Kangerlussuaq are all located in the southern half of the ice sheet, and just the three of them are expected to add 9.1–14.9 mm under RCP 8.5. Similarly, 2013 estimates suggested that by 2200, they and another large glacier would add
29 to 49 millimetres by 2200 under RCP 8.5, or 19 to 30 millimetres under RCP 4.5. Altogether, the single largest contribution to 21st century ice loss in Greenland is expected to be from the northwest and central west streams (the latter including Jakobshavn), and glacier retreat will be responsible for at least half of the total ice loss, as opposed to earlier studies which suggested that surface melting would become dominant later this century. If Greenland were to lose all of its coastal glaciers, though, then whether or not it will continue to shrink will be entirely determined by whether its surface melting in the summer consistently outweighs ice accumulation during winter. Under the highest emission scenario, this could happen around 2055, well before the coastal glaciers are lost. Sea level rise from Greenland does not affect every coast equally. The south of the ice sheet is much more vulnerable than the other parts, and the quantities of ice involved mean that there is an impact on the deformation of Earth's crust and on Earth's rotation. While this effect is subtle, it already causes East Coast of the United States to experience faster sea level rise than the global average. At the same time, Greenland itself would experience isostatic rebound as its ice sheet shrinks and its ground pressure becomes lighter. Similarly, a reduced mass of ice would exert a lower gravitational pull on the coastal waters relative to the other land masses. These two processes would cause sea level around Greenland's own coasts to fall, even as it rises elsewhere. The opposite of this phenomenon happened when the ice sheet gained mass during the Little Ice Age: increased weight attracted more water and flooded certain Viking settlements, likely playing a large role in the Viking abandonment soon afterwards.

Долгосрочные

Эти графики показывают переход периферических ледников в динамическое состояние устойчивой потери массы после широкого отступления в 2000–2005 годах, что делает их исчезновение неизбежным. Примечательно, что огромный размер ледяного покрова одновременно делает его нечувствительным к изменениям температуры в краткосрочной перспективе, но также предопределяет огромные изменения в будущем, как это демонстрируют палеоклиматические данные. Таким образом, период, подобный эмианскому межледниковью 130 000–115 000 лет назад, был не намного теплее, чем сегодня, но ледяной покров был теплее, а его северо-западная часть была на 130 ± 300 метров ниже, чем в настоящее время. По некоторым оценкам, наиболее уязвимые и быстро отступающие части ледяного щита уже прошли "точку невозврата" около 1997 года и будут уничтожены, даже если температура перестанет расти. В статье 2022 года было установлено, что климат 2000–2019 годов уже приведет к потере ~3,3% объема всего ледяного покрова в будущем, предопределив повышение уровня моря (SLR), независимо от любых будущих изменений температуры. Также было подсчитано, что если рекордное таяние, наблюдавшееся на ледяном покрове в 2012 году, станет новой нормой, то ледяной покров будет обречен на повышение уровня моря. Другая статья показала, что палеоклиматические данные 400 000 лет назад согласуются с потерями льда в Гренландии, эквивалентными по крайней мере повышению уровня моря на , в климате с температурами около , которые теперь неизбежны, по крайней мере, в ближайшем будущем. Также известно, что при определенном уровне глобального потепления весь ледяной покров Гренландии в конечном итоге растает. Его объем первоначально оценивался в ~, что привело бы к повышению глобального уровня моря на , однако эти оценки были значительно снижены в 2012 году, с предположением, что порог может лежать где-либо между и , при этом наиболее вероятной глобальной температурой для исчезновения ледяного покрова является . Этот пониженный диапазон температур широко использовался в последующей литературе, и в 2015 году известный глетциолог NASA Эрик Риньо заявил, что "даже самые консервативные специалисты в нашем сообществе" согласятся, что "лед Гренландии исчезнет" после глобального потепления. В 2022 году крупный обзор научной литературы о переломных моментах в климатической системе незначительно изменил эти значения: было предложено, что порог, скорее всего, будет равен , с верхним уровнем в , а порог наихудшего сценария остался неизменным. В то же время было отмечено, что самый быстрый вероятный срок распада ледяного покрова составляет 1000 лет, что основано на исследованиях, предполагающих наихудший сценарий глобальных температур, превышающих 2500, в то время как потеря льда в остальном происходит примерно через 10 000 лет после пересечения порога; самая длинная возможная оценка составляет 15 000 лет. Потенциальные равновесные состояния ледяного покрова в ответ на различные равновесные концентрации углекислого газа в частях на миллион. Второе и третье состояния приведут к повышению уровня моря на и , а четвертое состояние эквивалентно . Проекции на основе моделей, опубликованные в 2023 году, показали, что ледяной щит Гренландии может быть немного более стабильным, чем предполагалось в более ранних оценках. В одной из статей было обнаружено, что порог распада ледяного покрова, скорее всего, лежит между и . Также было указано, что ледяной покров все еще можно спасти и предотвратить его устойчивый коллапс, если потепление сократится до уровня ниже , вплоть до нескольких столетий после того, как порог был впервые нарушен. Однако, хотя это предотвратит потерю всего ледяного покрова, это увеличит общее повышение уровня моря на несколько метров, в отличие от сценария, в котором порог потепления не был нарушен. Другая статья, использующая более сложную модель ледяного покрова, обнаружила, что с тех пор, как потепление превысило градус, повышение уровня моря на ~ стало неизбежным, что близко соответствует оценке, полученной из прямых наблюдений в 2022 году. Однако в статье также говорилось, что снижение температуры до или ниже может обратить вспять потерю льда в Гренландии, до тех пор пока не растает весь лед Южной Гренландии, что вызовет повышение уровня моря на и предотвратит его восстановление, если концентрация не снизится до 300 ppm. Если бы весь ледяной покров растаял, он не начал бы расти, пока температура не упадет ниже доиндустриального уровня. Вид с воздуха на восточное побережье ледяного покрова.

thumb|These graphs indicate the switch of peripheral glaciers to a dynamic state of sustained mass loss after the widespread retreat in 2000–2005, making their disappearance inevitable. Notably, the ice sheet's massive size simultaneously makes it insensitive to temperature changes in the short run, yet also commits it to enormous changes down the line, as demonstrated by paleoclimate evidence. thus, while a period like the Eemian interglacial 130,000–115,000 years ago was not much warmer than today globally, the ice sheet was warmer, and its northwest part was 130 ± 300 meters lower than it is at present. Some estimates suggest that the most vulnerable and fastest receding parts of the ice sheet have already passed "a point of no return" around 1997, and will be committed to disappearance even if the temperature stops rising. A 2022 paper found that the 2000–2019 climate would already result in the loss of ~3.3% volume of the entire ice sheet in the future, committing it to an eventual of SLR, independent of any future temperature change. They have additionally estimated that if the then record melting seen on the ice sheet in 2012 were to become its new normal, then the ice sheet would be committed to around SLR. Another paper suggested that paleoclimate evidence from 400,000 years ago is consistent with ice losses from Greenland equivalent to at least of sea level rise in a climate with temperatures close to , which are now inevitable at least in the near future. It is also known that at a certain level of global warming, effectively the entirety of the Greenland Ice Sheet will eventually melt. Its volume was initially estimated to amount to ~, which would increase the global sea levels by , However, these estimates were drastically reduced in 2012, with the suggestion that the threshold may lie anywhere between and , with the most plausible global temperature for the ice sheet's disappearance. That lowered temperature range had been widely used in the subsequent literature, and in the year 2015, prominent NASA glaciologist Eric Rignot claimed that "even the most conservative people in our community" will agree that "Greenland’s ice is gone" after or of global warming. In 2022, a major review of scientific literature on tipping points in the climate system barely modified these values: it suggested that the threshold would be most likely be at , with the upper level at and the worst case threshold of remained unchanged. At the same time, it noted that the fastest plausible timeline for the ice sheet disintegration is 1000 years, which is based on research assuming the worst case scenario of global temperatures exceeding by 2500, while its ice loss otherwise takes place over around 10,000 years after the threshold is crossed; the longest possible estimate is 15,000 years. thumb|Potential equilibrium states of the ice sheet in response to different equilibrium carbon dioxide concentrations in parts per million. Second and third states would result in and of sea level rise, while the fourth state is equivalent to
Model based projections published in the year 2023 had indicated that the Greenland ice sheet could be a little more stable than suggested by the earlier estimates. One paper found that the threshold for ice sheet disintegration is more likely to lie between and It also indicated that the ice sheet could still be saved, and its sustained collapse averted, if the warming were reduced to below , up to a few centuries after the threshold was first breached. However, while that would avert the loss of the entire ice sheet, it would increase the overall sea level rise by up to several meters, as opposed to a scenario where the warming threshold was not breached in the first place. Another paper using a more complex ice sheet model has found that since the warming passed degrees, ~ of sea level rise became inevitable, closely matching the estimate derived from direct observation in 2022. However, it had also found that would likely only commit the ice sheet to of long term sea level rise, while near complete melting of worth of sea level rise would occur if the temperatures consistently stay above The paper also suggested that ice losses from Greenland may be reversed by reducing temperature to or lower, up until the entirety of South Greenland ice melts, which would cause of sea level rise and prevent any regrowth unless concentrations is reduced to 300 ppm. If the entire ice sheet were to melt, it would not begin to regrow until temperatures fall to below the preindustrial levels. thumb|upright=0.7|Aerial view of the ice sheet's eastern coast.