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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

客座邮政:南极洲的过冲2C风险快速和不可易于的海平面上升

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05.05.21.
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下午1:00 05.05.2021 |
客人的帖子 客座邮政:南极洲的过冲2C风险快速和不可易于的海平面上升

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

在一个新的建模研究中,发表在自然,我们展示了实现巴黎目标和超过这些目标对南极洲冰川融化意味着什么区别。

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3C时,我们在2100年之前发现了快速,不可逆的海平面上升的重大风险。我们的模型在过去几十年中涉及观察到的冰川工艺,包括冰货架损失对出口冰川和随后的海洋为基础的“冰崖”的影响。坍塌。

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变暖通过2℃,揭示了一旦碳去除了巴黎目标的风险和一旦开始就停止这些过程的碳切除的明显限制。

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。这表明某些部分南极西部冰盖(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。

目前削减排放量的承诺巴黎协定把世界放在课程2.5C的变暖2100(范围为1.9-3.0C).中间上新世大约300万年前,是比较合适的时期。地质学家认为,当时的二氧化碳浓度与今天大致相同,为400ppm(百万分之百),温度在2-3C之间工业化前的水平

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从南极洲。这意味着除格陵兰岛和南极洲西部之外,南极洲东部的一些地区将会失去冰。信息很明确:南极冰盖——地球上潜在海平面上升的最大单一来源——对大约2摄氏度的气温上升很敏感。

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

南极洲的冰盖,占据了57米的潜在海平面上升,流向周围的南海,有一个大量的冰架,延伸在水面上。

这些冰架及其两侧之间的摩擦,以及海底局部的山峰阻碍了这些冰架,反过来又“支撑”——或阻碍——冰架,极大地减缓了其向海洋的排放。通过这种方式,尽管冰架本身(因为它们漂浮在水面上)不会导致海平面上升,但它们在减缓南极冰的流失以及由此导致的海平面上升方面发挥了关键作用。

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。亚慱官网©Quantarctica / Norwegian Polar Institute

气候变暖的冰架很容易融化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,北极发生了两个惊人的冰架突然崩塌的例子,当时加拿大仅存的冰架米尔恩今年7月,美国股市暴跌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。

另一次壮观的冰架崩塌发生在2002年的南极半岛拉森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天文台;Rosamund Pearce为Carbon Brief制作的动画亚慱官网。

冰货架可以重新形成,再次握住冰盖?从理论上讲,是的;但在过去几十年中,在格陵兰和南极半岛的所有观察到的崩溃中,他们没有设法这样做。

因此,建造冰架似乎更难,而不是打破一个。至少部分地,这是因为海洋也在变暖 - 它保持远远超过大气的热量,防止新的冰架出现。

对于上面提到的崩塌的冰架来说,没有一个能够阻挡大量的冰,从而导致海平面上升,但对于如今存在于南极洲周围的巨大支撑冰架来说,情况就不是这样了。它们可以被认为是上一个冰河时代的遗迹,一旦它们消失了,在低温再次确立之后的几千年里,它们可能不会再出现。

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)。以本文复制Creative Commons归因4.0许可证

这种冰太厚而无法浮动,因此其损失可能导致海平面上升。但是,深层床在可以产生快速冰损的冰盖中展开稳定性的舞台,使其变得不太稳定。

许多模型中包含的一个不稳定因素是海洋冰盖不稳定“(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,尤其是在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小组(IPCC)在2019年。

崩溃的悬崖

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了冰的强度,特别是冰受到严重损坏和裂缝的地方。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:美国宇航局地球观测站图像由杰西·艾伦和罗伯特·西蒙创建,使用EO-1 ALI数据美国宇航局EO-1球队。

2016年提出了MICI的发病及其对未来海平面的潜在影响自然两位作者在我们的新论文中研究。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,我们的最新工作总结了证据表明,天然冰川冰充满了预先存在的缺陷,裂缝和深沟,因此不太可能是如此强大,特别是在快速冰流的条件下。

关于这些产犊动态可以向海洋提供冰的不确定性仍然存在,但基于格陵兰岛的观察,很明显,尽管海洋冰流量非常快,但冰川可以崩溃。

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公里在某些地方。目前留下的止血末端不够厚,以产生一个摇摇欲坠的冰峭壁,但是,如果它继续重新进入较厚和较厚的冰,它可能开始在格陵兰岛上的加州冰川相似。

在我们的研究中,我们选择将在格陵兰岛观察到的人的计算费率限制在南极洲,但犊牛可能比这更快。

简而言之,MICI仍然是南极洲对全球海平面上升贡献的一个关键未知数。

1.5-2C -长时间缓慢的融化

我们将这些观察结果纳入了现实世界冰川行为和冰损,当冰架崩溃时触发 - 与MISI和MISI突然撤退 - 进入我们的新建模研究,对南极洲的冰盖如何回应额外的变暖。

我们用现在(过去30年)的行为,以及125000年前(最后一个冰河时代的末期,气温上升1摄氏度)和大约300万年前(上新世中期,气温上升2-3摄氏度)的南极洲对海平面上升的可能贡献来测试这个模型。

模型在重现这些过去的条件方面表现良好但只有当包括与水覆盖的冰架和麦米的分裂相关的动态时。

那么,这个新的动态模型能告诉我们南极洲在未来变暖过程中对海平面上升的贡献吗?简单地说,随着温度的上升,南极的冰融化增加,发生得更快,可能会在相对较短的时间内达到不可逆转的状态。我们发现,《巴黎协定》目前的承诺锁定了——最早在2070年左右——数百年至数千年的大规模海平面上升。

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。

海平面从南极洲上升1.5摄氏度到2摄氏度的速率和总量
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)的速度都是关于3-4mm每年。届时,海平面上升总量可能会超过每年1厘米,给适应气候变化的努力带来巨大挑战。

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,南极西部冰盖完全融化。在这种情况下,南极东部的冰盖也会不稳定;到2300年,仅南极的海平面上升就将近10米——是我们在1.5摄氏度情况下看到的上升量的10倍。

这些预测如下图所示,上面是3C,下面是4.5C。

海平面从南极洲上升3摄氏度到4.5摄氏度的速率和总量
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。

二氧化碳的去除——太少,太迟

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-包括一系列从大气中去除二氧化碳并将其储存在地下的措施。它经常被提出作为一种抵消排放的方法,如果这些继续过去允许的范围实现巴黎协定1.5-2C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。

一旦真正开始——在本世纪中叶气温达到2摄氏度之后——南极海平面的上升基本上是不可阻挡的,即使气温很快回到工业化前的水平。支撑冰架的消失和持续了好几个世纪的温暖海洋阻止了南极洲冰架的再次冻结。结果显示,二氧化碳的去除可以减缓,但无法阻止大规模的冰融化。

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。

这些风险较高,过度较长。特别是,假设巨大的南极冰川永远不会损失冰,而不是他们的较小的格陵兰同行是一个非常乐观的假设。然后另一个,较厚的南极冰可以出现更加戏剧性的产犊和冰损 - 以我们以前从未观察过的规模。

《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巷博士,Evan Pugh大学在宾夕法尼亚州立大学的地质教授和多个IPCC评估报告的亚慱彩票APP参与者。

来自这个故事的Sharelines
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