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从南极西部返回的“冰桥行动”(Operation IceBridge)研究飞机上,可以看到傍晚的阳光下的冰川和山脉。 资料来源:Sipa US / Alamy Stock Photo。
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2021年5月5日16:00

客座文章:海平面上升超过2摄氏度有可能导致南极洲海平面迅速且不可阻挡的上升

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05.05.21.
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下午1:00 05.05.2021 |
客人的帖子 客座文章:海平面上升超过2摄氏度有可能导致南极洲海平面迅速且不可阻挡的上升

2015年,各国世界各地致力于巴黎协定其目标是将全球变暖的目标变为1.5℃或2℃。然而,排放量承诺,这些政府自提议将世界纳入课程多达3C变暖。

野心和行动之间的这种不匹配可能对世界产生巨大的影响,而不是全球海平面上升,这是已经加速

在一项新的模型研究中,发表于自然,我们展示了遇见巴黎目标和过度的差异可能对南极洲的融化冰来说意味着什么。

在1.5C或2C时,我们发现南极冰融体在今天的类似水平上继续 - 尽管几个世纪以来的贡献。

然而,在3摄氏度,我们发现海平面在2100年之前有迅速、不可逆转的上升的重大风险。我们的模型结合了过去几十年观察到的冰川学过程,包括冰架损失对出口冰川的影响以及随后的海洋“冰崖”崩塌。

我们还表明,我们的模型能够准确地再现地球古代过去的海平面变化,这增加了他们可以模拟2100以后的长期影响的信心。显着,我们的模型演示了阈值行为一旦全球变暖超过2摄氏度,就会暴露出超出《巴黎协定》目标的风险,以及一旦这些进程开始,要想停止这些进程,碳去除的明显限制。

过去+现在=未来

在过去的一百万年里,地球经历了系列冰龄被相对较短的升温期打破,即所谓的“间冰期”。

代理数据透露,在这一年的最后一个 - 大约125,000年前 - 全球平均气温与今天的平均气温大致相同,但海平面是周围的6 - 9米高

数据表明了大部分的格陵兰冰盖- 具有相当于7.4米的海平面上涨的现代体积 - 幸存下来。这表明某些部分西南极冰盖(WAIS)甚至在今天的温度下也必须融化。

然而,今天的全球气温正在上升,这意味着我们需要在地球上找到另一个类似的模拟,以便在未来海平面可能发生的情况下的线索。

根据现行的减排承诺巴黎协定让世界走上正轨到2100年,气温上升2.5摄氏度(范围为1.9至3.0摄氏度).中间上新世在大约3米前,进行了适当的时间以进行比较。地质学家认为二氧化碳水平与今天的400份(PPM)相同,温度范围在上面的2-3℃之间预工业水平

最近的地质数据表明,海平面曾经一度比现在高得多暗示关于的贡献乳米来自南极洲。这意味着除格陵兰和西南极洲之外,东南极洲的部分部分将失去冰。信息很清楚:南极冰板 - 地球的唯一最大的潜在海平面源升高 - 在2℃左右的某个地方敏感。

因此,重要的是,我们用来制定未来海平面的预测的模型正确捕获地球遥远和最近过去的变化。

我们发现我们的模型只能通过基于我们的观察到几十年来包括“动态”冰板流程来复制这些地质观测。当它们被熔融水覆盖时,这些是突然分解的支撑冰架;当冰架丢失时,高大,不稳定的冰盖坍塌,在冰盖的边缘出现。

浮动支撑

潜在海平面上升高度为57米的南极洲冰原向下流入周围的南大洋,形成了一个巨大的保护圈,冰架延伸到水面上。

这些冰架与海底侧面和局部峰之间的摩擦载有这些冰架,这反过来“支撑” - 或阻挡 - 冰盖,大大放缓其向海洋排放。以这种方式,虽然冰搁架自己(因为它们漂浮在水面)没有贡献海平面上升,但它们在减缓南极洲冰的损失和海平面上升时发挥着至关重要的作用。

Riiser-Larsen

Fimbul

Filchner-Ronne

拉森C.

阿梅里

乔治六

南极东部

西

威尔金斯

南极

松岛

阿博特

Shackleton.

西南极洲

Thwaites

男孩旁边

罗斯

1,000公里

图形:碳简介。必威手机官网©Quantarctica / Norwegian Polar Institute

温暖的气候中的冰架易受熔化的影响从下面的海洋表面熔化从上面.越来越多的冰架变薄,使它们变薄容易突然崩溃,尤其是在持续高于冰点的温度峰值期间,融水会堆积在冰的表面,楔开现有的深裂缝,即“裂缝”。

去年夏天,北极地区发生了两次突然的冰货架塌陷的情况,当时加拿大最后剩下的冰架米尔恩,7月倒塌,其次是Spalte不到一个月就在格陵兰岛东北部被发现。斯帕尔特形成了北极现存最大冰架的一部分。

在2002年的南极半岛看到另一个壮观的冰架崩溃,何时在拉森B.被融水覆盖后断裂。南极半岛温暖速度更快但是这样的崩溃事件可能会随着额外的变暖开始在南极洲周围发生;我们的模型考虑到了这一点。

这幅图显示了拉森B冰架的解体
C照片中拉森- b冰架的坍塌。资料来源:图片来自美国宇航局地球观测站;Rosamund Pearce的动画是碳简介。必威手机官网

冰架能重新形成并再次阻挡冰盖吗?从理论上讲,是的,但在过去几十年观察到的格陵兰岛和南极半岛的崩塌中,它们并没有做到这一点。

因此,建造冰架似乎比打破冰架更难。至少在一定程度上,这是因为海洋也在变暖——海洋保持热量的时间比大气长得多,阻止了新的冰架的出现。

对于上面提到的倒塌的冰架,没有人阻碍了很多冰会导致海平面上升,但今天南极洲周围存在的巨型支架冰货架并非如此。这些可以被认为是对最后一次冰河时代的诱捕,一旦他们走了,他们就不会再在凉爽的温度再次建立后重新收入数千年。

一大碗又大又深的冰

南极“大陆”的大部分实际上是由岛屿组成的,类似于东南亚的大群岛。结果,整整三分之一的南极洲冰盖坐落在海床上,有些地方甚至低于海平面2.5公里。换句话说,它是一个“以海洋为基础的”冰盖。

使用BEDMAP2数据集绘制的南极洲基岩高程图。
使用BEDMAP2数据集绘制的南极洲基岩高程图。资料来源:Bernales等(2017年).复制下Creative Commons归因4.0许可证

这些冰太厚了,无法漂浮,因此它的消失会导致海平面上升。但深床为冰盖的不稳定奠定了基础,会导致冰盖迅速融化,使其变得不稳定。

在许多模型中包含一个不稳定性是“海洋冰盖不稳定“(MISI),它涉及在基岩上的冰盖的区域,其具有反向或”逆行“,斜坡 - 即,下面的床进一步进一步。因为海边冰流动的步伐 - 接地和浮冰之间的过渡点 - 随着它们的回到厚度较厚的冰,反向斜坡基岩上的初始撤退可以触发自我维持的正反馈回路,导致更快的阳性反馈回路,导致更快更快的冰损。

南极西部的研究人员已经做到了观察到的这种现象的证据,特别是在Thwaites冰川它的排水面积相当于法国大小,并通过深层内陆盆地与南极西部冰盖的其他部分相连。对MISI作为一个可行的过程越来越有信心,这在很大程度上是海平面预测上升的原因气候变化中海洋和冰冻圈的特别报道由这件事政府间气候变化专门委员会(IPCC)在2019年。

坍塌的悬崖

如果流入海洋的千米厚的冰完全失去了支撑它的冰架,那么海平面以上的部分冰(大约总厚度的10%)就会形成一个暴露在海洋表面的巨大的“冰崖”。

这些已经发生在格陵兰最大的最大流星出口冰川的末端,近几十年来已经失去了防御冰架。下面的照片显示了格陵兰岛东南部的赫尔海姆冰川的一个例子。

格陵兰东南部赫尔海姆冰川末端
格陵兰岛东南部赫尔海姆冰川末端,带有〜70-90米高的冰崖,将冰山送入峡湾。信用:Knut Christianson。

这种漂浮的冰崖本身就不稳定。海平面以上无支撑的冰产生了可能的压力超过冰的力量特别是在冰层严重受损和破裂的地方。结果是下滑和“崩解”——或断裂——冰锋变成冰山。

在一个名为“海洋冰悬崖不稳定”(MICI)的过程中,水平前部进一步达到冰。这一直持续到边缘恢复稳定性 - 最容易通过再次在浅基岩上休息 - 或者被冰架的(不太可能)再生的浅滩。格林兰最大的冰川之后,Jakobshavn,失去了防护冰架在20世纪90年代末,冰川的100米冰崖撤退内陆2002年至2015年之间超过12公里。

在南极半岛,起重机冰川遭遇了一个类似的命运,与Larsen B冰架的2002年崩溃。起重机的流动突然增加了速度,它形成了一个持久的100米冰崖,从原来5-8公里宽的出口撤退直到到达一个更窄更浅的上坡峡湾(如下图所示)。

起重机冰川撤退后Larsen B冰架崩溃
仙鹤冰川在“守护神B”冰架崩塌后退缩。信贷:美国宇航局地球天文台图像由杰西·艾伦和罗伯特·西蒙创建,使用EO-1 ALI数据NASA EO-1团队

2016年提出了MICI的发病及其对未来海平面的潜在影响自然我们新论文的两位作者的研究。作为回应,一些科学家反驳道这些冰悬崖可能不是那么不稳定 - 例如,这种新兴的海洋基悬崖可能比预期的更强,并且在失败之前达到500米。

然而,我们最新的工作总结的证据表明,天然冰川的冰充满了预先存在的缺陷、裂缝和深层裂缝,因此不太可能如此强大,特别是在冰快速流动的条件下。

关于这些冰解动力学将冰带到海洋的速度仍不确定,但根据在格陵兰岛的观察,很明显,100米高的冰崖反复崩塌,可能导致冰川向上游退缩,尽管朝海的冰流非常快。

幸运的是,如今,这种快速产犊并不普遍存在南极洲,因为大多数南极洲的主要出口冰川流入配套冰架。但这可能有足够的未来变暖。重要的是,南极洲的一些冰川,如西南极洲的冰川,比格陵兰同行越来越宽。

Thwaites大约是宽度的10倍,jakobshavn厚度的两倍,达到西南极洲最深的碗上游。目前正在冰川冰架的下侧进食,以速度帮助驱动接地末端的撤退大约一年1公里在一些地方。斯韦茨的后退终点目前的厚度还不足以形成一个破碎的冰崖,但是,如果它继续变厚成为越来越厚的冰,它可能会开始像格陵兰岛的冰川崩解,只是规模更大。

在我们的研究中,我们选择将裂冰率限制在格陵兰岛观测到的水平上,但在南极洲,裂冰的速度可能会更快。

简而言之,Mici仍然是南极洲对全球海平面上升贡献的关键通用卡。

1.5-2C -长时间缓慢的融化

我们将这些对真实世界冰川行为和冰流失的观察纳入了我们的新模型研究,即南极洲冰原将如何应对额外的变暖。冰川流失是由支撑冰架的解体引发的——MISI和MICI都导致了突然的快速退缩。

We tested the model against both present-day (the past 30 years) behaviour, as well as Antarctica’s likely contribution to sea level rise 125,000 years ago (the end of the last Ice Age, at around 1C of warming) and around 3m years ago (the mid-Pliocene, at 2-3C of warming).

该模型在再现这些过去的条件时表现良好 -但只有当与被水覆盖的冰架破裂相关的动力学和MICI被包括在内时。

那么这个新的动态模型会告诉我们南极洲对海平面上涨的贡献,在变暖的未来吗?简而言之,随着温度升高,抗野凝的冰损失增加,更快地发生,并且可以相对迅速地达到不可逆的条件。我们发现,早在2070年左右,截至2070年左右,截至2070年至千年,截至2070年的目前的承诺。

以下图表显示了南极洲在与1.5C(顶部)和2C(底部)的方案下对海平面上升到2100(左)和2300(右)的情况下的投影贡献。蓝色着色和黑线分别表示模型蔓延和中位数,分别用于南极洲对海平面上升的总贡献。红线显示中位数的贡献。

从1.5C和2C的南极海平面上升的房价和海拔总量
从南极的海平面和海拔1.5℃(顶部)和2C(底部)的速率和总量增加到2100(左)和2300(右)。蓝色着色和黑线分别显示模型传播和中位数。红线每年展示海平面上升的速度。资料来源:Deconto等人(2021.).

我们发现,在这些温度下,南极冰丧失和对海平面上升的贡献继续在今天看到的速度下,达到了6-11厘米的“可能的范围”,达到了2100年的“可能的范围”。超越本世纪,贡献继续以类似的速度,仅加速略微达到2300。

值得注意的是,即使全球变暖仍然保持在今天的1.1℃,即使是1.1级,南极洲的海平面也不会停止。相反,它继续 - 慢慢地 - 几个世纪而不停止。这与我们对地球过去的了解一致。例如,在最后一个中间爆发中,当海平面高于今天的海平面稳定在6-9米处 - 花了几千年来达到那些水平。

我们的研究还关注了是否有其他因素可能减缓南极冰的流失,包括基岩的反弹,随着冰盖融化,附近海洋中淡水的增加,以及冰架顶部融水的表面径流。然而,我们发现,这些负反馈要么作用不大,要么发生得太晚,无法防止不可逆转的损失和海平面上升。

3-4.5C -快速和长期熔化

在与气温升高3摄氏度相一致的情况下,我们的模型表明,由于斯韦茨冰川的迅速退缩,南极洲的海平面上升速度急剧上升,这破坏了大部分或全部南极西部冰盖的稳定。

我们的模型模拟表明,这种加速度大约从2060年开始,到本世纪末达到每年5毫米(0.5厘米)。相比之下,今天所有来源(包括格陵兰岛、陆地冰川和热膨胀)的速度都是大约3-4毫米每年。然后,每年海平面上涨可能超过1厘米,为适应努力构成了巨大挑战。

当气温上升到3摄氏度以上时,就会出现更剧烈、更灾难性的跳跃。使用非常高的排放情景RCP8.5我们发现,到2100年,南极洲的海平面上升幅度几乎是3摄氏度的两倍,达到34厘米。海平面上升的速度很快就会大大加快——超过6厘米每年到2150年,作为西南南极冰盖完全崩解。在这种情况下,冰盖不稳定也在东南南极洲触发;到2300年,从南极洲的海平面上升达到近10米 - 从1.5C场景中看到的金额的10倍。

这些预测如下图所示,上面是3C,下面是4.5C。

3C和4.5℃的南极地区海拔海平面的率和总量
从3C(顶部)和4.5C(底部)的南极升温到2100(左)和2300(右)的抵抗力率和总量。蓝色着色和黑线分别显示模型传播和中位数。红线每年展示海平面上升的速度。资料来源:Deconto等人(2021.).

与在1.5C和2C场景中一样,这种南极冰损和海平面上升很多几个世纪。同样,来自地球过去的数据表明,2C和3C之间的海平面上升(由所有来源引起的)比今天高达约20米。

二氧化碳去除 - 太少,太晚了

在我们的研究中,我们还考虑二氧化碳去除(CDR)对海平面上升的影响。

CDR,也叫负排放- 包括一系列措施,以从大气中删除CO2并将其存储地下。它通常被提出作为抵消排放的方式,这些方法应该继续过去允许的限制对于1.5-2C巴黎的目标。

很多技巧仍未经证实的但我们的研究乐观地认为,它们可以在几个世纪内迅速将二氧化碳水平降至工业化前的水平(约280ppm)。

利用温和升温的3C情景,我们评估了CDR在2030年至2200年时间点的影响。我们发现,在2060年之后的任何时间点启动CDR都不会明显减缓冰盖的损失,每延迟十年,海平面上升就会增加一次。

曾经认真地开始 - 在中世纪的温度下2C后,南极海平面升起基本不可阻挡,即使快速回归工业温度。失去冰架和持有其热量的温暖的海洋损失了许多世纪的暖海,防止了南极的冰架。结果表明,二氧化碳拆卸可能会慢,但一旦开始,就无法停止这种巨大的冰损失。

目前的巴黎承诺和超额

必须记住,这是一项研究,只有一个模型。气候研究是建立在通过开发和测试许多模型来达成共识的基础上的。因此,一旦其他模型包含了更多的已知物理知识,它们可能会发现海平面上升的情况会更少或更多。

然而,我们的研究结果表明,超过《巴黎协定》的目标——包括当前承诺的目标——将对南极洲海平面的长期上升带来异常风险。

这些风险随着越高越长而增加。特别是,假设巨大的南极冰川永远不会比较小的格陵兰冰川失去冰的速度快,这是一个非常乐观的假设。然后,另一种更引人注目的裂冰和冰流失模式可能会在更厚的南极冰层中出现——其规模是我们以前从未观察到的。

《巴黎气候协定》和未来南极洲海平面上升,自然,doi: 0.1038 / s41586 - 021 - 03427 - 0

这篇文章包括来自理查德博士巷他是宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State Universibiwei6868ty)的地球科学教授,参与了多项IPCC评估报告。

来自这个故事的Sharelines
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