Sprzężenie zwrotne lodu-albedo

Schemat sprzężenia zwrotnego lód-albedo. Lód odbija więcej światła z powrotem w kosmos, podczas gdy ląd i woda pochłaniają więcej światła słonecznego.

Sprzężenie zwrotne lodu-albedo to proces klimatyczny ze sprzężeniem zwrotnym , w którym zmiana obszaru czap lodowych , lodowców i lodu morskiego zmienia albedo i temperaturę powierzchni planety. Lód jest bardzo odblaskowy, dlatego odbija znacznie więcej energii słonecznej z powrotem w kosmos niż inne rodzaje obszarów lądowych lub otwartych wód. Sprzężenie zwrotne lodu-albedo odgrywa ważną rolę w globalnej zmianie klimatu . Na przykład na wyższych szerokościach geograficznych wyższe temperatury topią pokrywy lodowe. Jeśli jednak wysokie temperatury zmniejszą pokrywę lodową, a obszar zostanie zastąpiony wodą lub lądem, albedo zmniejszy się. Zwiększa to ilość pochłanianej energii słonecznej, co prowadzi do większego ocieplenia. Zmiana albedo wzmacnia początkową zmianę w obszarze lodowym, prowadząc do większego ocieplenia. Ocieplenie ma tendencję do zmniejszania pokrywy lodowej, a tym samym do zmniejszania albedo, zwiększając ilość pochłanianej energii słonecznej i prowadząc do większego ocieplenia. W niedalekiej przeszłości geologicznej pozytywne sprzężenie zwrotne albedo lodu odegrało główną rolę w postępie i cofaniu się plejstocenu (~ 2,6 Ma do ~ 10 ka temu) pokrywy lodowe. I odwrotnie, niższe temperatury zwiększają lód, co zwiększa albedo, prowadząc do większego ochłodzenia.

Znaczenie

Aktualny

Zmiana albedo na Grenlandii

Sprzężenie zwrotne albedo śniegu i lodu ma znaczący wpływ na regionalne temperatury. W szczególności obecność pokrywy lodowej sprawia, że ​​biegun północny i biegun południowy są zimniejsze niż byłyby bez niej. W związku z tym niedawny spadek lodu morskiego w Arktyce jest jednym z głównych czynników stojących za ociepleniem Arktyki prawie czterokrotnie szybszym niż średnia światowa od 1979 r. (roku, w którym rozpoczęto ciągłe odczyty satelitarne lodu morskiego w Arktyce) . . Badania modelowe pokazują, że silne wzmocnienie Arktyki występuje tylko w miesiącach, w których występuje znaczna utrata lodu morskiego, i że w dużej mierze zanika, gdy symulowana pokrywa lodowa jest nieruchoma. I odwrotnie, wysoka stabilność pokrywy lodowej na Antarktydzie, gdzie grubość pokrywy lodowej Antarktydy Wschodniej pozwala na wzniesienie się prawie 4 km nad poziom morza, oznacza, że ​​ten kontynent nie doświadczył żadnego ocieplenia netto w ciągu ostatnich siedmiu dekad: utrata lodu na Antarktydzie, a jego wkład w podnoszenie się poziomu mórz jest w całości spowodowany ociepleniem Oceanu Południowego , który pochłonął 35–43% całkowitego ciepła pochłoniętego przez wszystkie oceany w latach 1970–2017.

Sprzężenie zwrotne lodu-albedo ma również mniejszy, ale wciąż zauważalny wpływ na globalne temperatury. Szacuje się, że zmniejszanie się pokrywy lodowej Arktyki w latach 1979-2011 było odpowiedzialne za 0,21 wata na metr kwadratowy (W/m2 ) wymuszania radiacyjnego , co odpowiada jednej czwartej wymuszania radiacyjnego spowodowanego wzrostem CO2 w tym samym okresie. W porównaniu ze skumulowanym wzrostem gazów cieplarnianych od początku rewolucji przemysłowej , odpowiada to szacunkowemu wymuszaniu radiacyjnemu w 2019 r. przez podtlenek azotu (0,21 W/m 2 ), prawie połowa 2019 r. wymuszenia radiacyjnego od metanu (0,54 W/m 2 ) i 10% skumulowanego wzrostu CO2 (2,16 W/m 2 ).

Przyszły

Wpływ sprzężenia zwrotnego lodu-albedo na temperaturę będzie się nasilać w przyszłości, ponieważ przewiduje się, że spadek lodu morskiego w Arktyce stanie się bardziej wyraźny, z prawdopodobną prawie całkowitą utratą pokrywy lodowej (spadek poniżej 1 miliona km 2 ) pod koniec arktyczne lato we wrześniu przynajmniej raz przed 2050 r. we wszystkich scenariuszach zmian klimatu i około 2035 r. w scenariuszu stale przyspieszającej emisji gazów cieplarnianych. Ponieważ wrzesień oznacza koniec arktycznego lata, oznacza to również najniższy poziom pokrywy lodowej w obecnym klimacie, z corocznym procesem odbudowy rozpoczynającym się w Arktyczna zima . Uważa się, że kolejne wrzesień bez lodu w najbliższej przyszłości jest bardzo mało prawdopodobny, ale ich częstotliwość będzie rosła wraz z rosnącym poziomem globalnego ocieplenia: w artykule z 2018 r. oszacowano, że wrzesień bez lodu wystąpi raz na 40 lat przy ociepleniu o 1,5 stopnia Celsjusza , ale raz na 8 lat poniżej 2 stopni i raz na 1,5 roku poniżej 3 stopni. Oznacza to, że utrata lodu morskiego w Arktyce we wrześniu lub wcześniej latem nie byłaby nieodwracalna, a w scenariuszach, w których globalne ocieplenie zaczyna się odwracać, jego roczna częstotliwość również zaczęłaby spadać. Jako taki nie jest uważany za jeden z punkty krytyczne w systemie klimatycznym .

Warto zauważyć, że chociaż utrata pokrywy lodowej we wrześniu byłaby wydarzeniem historycznym o znaczących konsekwencjach dla dzikich zwierząt Arktyki, takich jak niedźwiedzie polarne , to jej wpływ na sprzężenie zwrotne lodu-albedo jest stosunkowo ograniczony, ponieważ całkowita ilość energii słonecznej otrzymywanej przez Arktykę w Wrzesień jest już bardzo niski. Z drugiej strony, nawet stosunkowo niewielkie zmniejszenie zasięgu lodu morskiego w czerwcu miałoby znacznie większy wpływ, ponieważ czerwiec to szczyt arktycznego lata i najbardziej intensywny transfer energii słonecznej. CMIP5 szacują, że całkowita utrata pokrywy lodowej Arktyki od czerwca do września spowodowałaby wzrost globalnych temperatur o 0,19 stopnia Celsjusza, w zakresie 0,16–0,21°C, podczas gdy temperatury w regionach wzrosłyby o ponad 1,5 stopnia. Oszacowanie to obejmuje nie tylko samo sprzężenie zwrotne albedo lodu, ale także jego efekty drugiego rzędu, takie jak wpływ takiej utraty lodu morskiego na dotyczące szybkości wygasania , zmiany stężenia pary wodnej i informacje zwrotne dotyczące regionalnych chmur. Ponieważ obliczenia te są już częścią każdego modelu CMIP5 i CMIP6, są one również uwzględniane w ich prognozach ocieplenia w ramach każdej ścieżki zmiany klimatu i nie stanowią źródła „dodatkowego” ocieplenia oprócz istniejących prognoz.

Bardzo wysoki poziom globalnego ocieplenia może uniemożliwić ponowne tworzenie się lodu morskiego Arktyki podczas arktycznej zimy. W przeciwieństwie do lata bez lodu, ta arktyczna zima bez lodu może stanowić nieodwracalny punkt zwrotny. Najprawdopodobniej wystąpi w temperaturze około 6,3 stopnia Celsjusza, chociaż potencjalnie może wystąpić już przy 4,5 ° C lub dopiero przy 8,7 ° C. Chociaż lód morski w Arktyce zniknąłby na cały rok, miałoby to wpływ na sprzężenie zwrotne albedo lodu tylko w miesiącach, w których Arktyka otrzymuje światło słoneczne, tj. od marca do września. Różnica między całkowitą utratą lodu morskiego a jego stanem z 1979 r. odpowiada bilionowi ton emisji CO2 – około 40% z 2,39 bilionów ton skumulowanych emisji między 1850 a 2019 r., chociaż około jedna czwarta tego wpływu miała już miejsce w przypadku obecną utratę lodu morskiego. W porównaniu do chwili obecnej bezlodowa zima miałaby wpływ na globalne ocieplenie o 0,6 stopnia, z regionalnym ociepleniem między 0,6 a 1,2 stopnia.

Sprzężenie zwrotne lodu-albedo występuje również w przypadku innych dużych mas lodu na powierzchni Ziemi, takich jak lodowce górskie , pokrywa lodowa Grenlandii , pokrywa lodowa Antarktydy Zachodniej i Antarktydy Wschodniej . Oczekuje się jednak, że ich stopienie na dużą skalę zajmie stulecia, a nawet tysiąclecia, a jakakolwiek utrata powierzchni do końca XXI wieku będzie znikoma. W związku z tym modele zmian klimatu nie uwzględniają ich w swoich prognozach dotyczących zmian klimatu w XXI wieku: eksperymenty, w których modelują zanikanie tych mas lodowych, wskazują, że całkowita utrata pokrywy lodowej Grenlandii dodaje 0,13°C do globalnego ocieplenia (z zakresem 0,12–0,14 ° C), podczas gdy utrata pokrywy lodowej Antarktydy Zachodniej dodaje 0,05 ° C (0,04–0,06 ° C), a utrata lodowców górskich dodaje 0,08 ° C (0,07–0,09 ° C). Ponieważ oczekuje się, że pokrywa lodowa Antarktydy Wschodniej całkowicie zniknie po co najmniej 10 000 lat, nawet przy bardzo wysokim (5-10 stopni) ociepleniu, przy maksymalnym wpływie około 0,6 stopnia. Całkowita utrata pokrywy lodowej Grenlandii spowodowałaby wzrost regionalnych temperatur w Arktyce o 0,5 do 3 stopni, podczas gdy regionalna temperatura na Antarktydzie prawdopodobnie wzrośnie o 1 stopień po utracie pokrywy lodowej Zachodniej Antarktydy i 2 stopnie po utracie pokrywy lodowej Antarktydy Wschodniej.

Gdy lód lądowy topi się i powoduje eustatyczny wzrost poziomu mórz , może również potencjalnie wywołać trzęsienia ziemi w wyniku odbicia polodowcowego , co dodatkowo zakłóca lodowce i szelfy lodowe.

Śnieżna Ziemia

Uciekające sprzężenie zwrotne albedo lodu było również ważne dla Snowball Earth . Dowody geologiczne wskazują na lodowce w pobliżu równika, a modele sugerują, że pewną rolę odegrało sprzężenie zwrotne lodu-albedo. Gdy utworzyło się więcej lodu, więcej docierającego promieniowania słonecznego zostało odbite z powrotem w kosmos, powodując spadek temperatur na Ziemi. To, czy Ziemia była kompletną stałą kulą śnieżną (całkowicie zamarzniętą), czy też kulą błota pośniegowego z cienkim równikowym pasem wody, nadal pozostaje przedmiotem dyskusji, ale mechanizm sprzężenia zwrotnego lód-albedo pozostaje ważny w obu przypadkach.

Sprzężenie zwrotne lodu-albedo na egzoplanetach

Na klimat Ziemi duży wpływ mają interakcje z promieniowaniem słonecznym i procesy sprzężenia zwrotnego. Można by się spodziewać, że egzoplanety krążące wokół innych gwiazd również doświadczają procesów sprzężenia zwrotnego wywołanych promieniowaniem gwiazdowym, które wpływa na klimat świata. Podczas modelowania klimatów innych planet badania wykazały, że sprzężenie zwrotne albedo lodu jest znacznie silniejsze na planetach typu ziemskiego , które krążą wokół gwiazd (patrz: klasyfikacja gwiazd ), które mają wysokie promieniowanie w zakresie bliskiego ultrafioletu .

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ice–albedo_feedback&oldid=1138811950 ”