По мере таяния полярных льдов происходит не только повышение уровня моря, но и деформация земной поверхности, как показало новое исследование, причем некоторые из последствий видны на расстоянии тысяч километров.
Происходит то, что земная кора поднимается и раздвигается под тяжестью льда в Гренландии, Антарктиде и на арктических островах. Движение не огромно, в среднем менее миллиметра в год, но оно есть и охватывает большую территорию.
Существует и обратная связь, поскольку по мере смещения коренных пород подо льдом, это, в свою очередь, влияет на то, как лед продолжает таять и откалываться. Полное понимание того, как это работает, необходимо для моделирования того, как наш мир может выглядеть в будущем.
"Ученые провели много работы непосредственно под ледяными щитами и ледниками", - говорит геофизик Софи Коулсон из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико.
"Поэтому они знали, что это определит регион, где находятся ледники, но они не понимали, что это глобальный масштаб".
В нескольких предыдущих исследованиях были зафиксированы подъемы, которые могут происходить при таянии ледниковых покровов, но Коулсон и ее коллеги более внимательно изучили горизонтальные сдвиги, причем на более обширной территории. Они обнаружили, что деформации могут значительно отличаться в разные годы.
В некоторых районах горизонтальные сдвиги фактически превышают вертикальные, обнаружили исследователи. Они использовали спутниковые данные и полевые измерения за 2003-2018 годы, чтобы измерить движение земной коры в трех измерениях.
Эти подвижки коры могут длиться тысячи лет - в исследовании отмечается, что некоторые изменения все еще ощущаются на поверхности Земли с конца последнего ледникового периода, примерно 11 000 лет назад.
"В последние годы мы думаем о Земле как об упругой структуре, как о резинке, в то время как в масштабах тысячелетий Земля действует скорее как очень медленно движущаяся жидкость", - говорит Коулсон.
"Процессы ледникового периода занимают очень, очень много времени, и поэтому мы можем наблюдать их результаты и сегодня".
Исследователи сравнивают эффект ледяного покрова с деревянной доской, на которую надавили водой: когда доску убирают и вес исчезает, жидкость расширяется, заполняя освободившееся пространство, и то же самое происходит с земной корой.
И поскольку скорость таяния льда продолжает расти по всему миру, важно, чтобы ученые могли определить, какое влияние это оказывает на форму земной поверхности, даже если сдвиги относительно невелики каждый год.
Новое исследование дает нам более подробные данные о происходящем, чем когда-либо прежде, и это полезно не только для изучения таяния льда и изменений формы Земли, но и для многих других областей научных исследований.
"Понимание всех факторов, вызывающих движение земной коры, действительно важно для широкого круга проблем науки о Земле", - говорит Коулсон.
"Например, для точного наблюдения за тектоническими движениями и активностью землетрясений нам необходимо уметь отделить движение, вызванное современной потерей ледяной массы".
Новое научное исследование показало, что охлаждающий эффект редких крупных извержений усиливается по мере потепления атмосферы.
В то время как на Ла-Пальме в настоящее время происходит крупное извержение, вы, вероятно, хотите знать, окажет ли оно влияние на климат. Новое научное исследование показало, что потепление нашей атмосферы усилит охлаждающий эффект редких крупных извержений, тем самым делая их еще более апокалиптическими.
Как вы уже знаете, извержения вулканов могут оказывать огромное влияние на климат Земли. Например, вулканический пепел и газы от извержения вулкана Тамбора (Индонезия) в 1815 году способствовали тому, что 1816 год стал "годом без лета", когда в Северном полушарии наблюдались неурожаи и голод. В 1991 году извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах охладило климат примерно на 3 года.
Крупные вулканические извержения, такие как Тамбора и Пинатубо, посылают шлейфы пепла и газа высоко в атмосферу. Сульфатные аэрозоли из этих шлейфов рассеивают солнечный свет, отражая часть его обратно в космос. Это рассеивание нагревает стратосферу, но охлаждает тропосферу (самый нижний слой земной атмосферы) и поверхность Земли.
Теперь новое исследование показало, что нынешнее потепление атмосферы может усилить охлаждающий эффект подобных крупных извержений, которые обычно происходят пару раз в столетие. Однако исследование также показало, что охлаждающий эффект более мелких и частых извержений может быть значительно снижен.
"Что действительно важно, так это то, попадают ли эти вулканические аэрозоли в стратосферу - то есть выше 16 километров в тропиках при нынешних климатических условиях и ближе к 10 километрам в высоких широтах", - объясняет Томас Обри.
"Если аэрозоли вводятся на этих высотах, они могут оставаться в атмосфере в течение нескольких лет. Если же их вводить на более низких высотах, то они, по сути, будут смыты осадками в тропосфере. Климатический эффект продлится всего несколько недель".
Мощность вулканического извержения влияет на высоту, на которой газы попадают в атмосферу: при более сильных извержениях в стратосферу попадает больше аэрозолей.
Плавучесть газов также влияет на высоту, на которой они оседают в атмосфере. Потепление может повлиять на эту плавучесть: При потеплении атмосфера становится менее плотной, что увеличивает высоту, на которой аэрозоли достигают нейтральной плавучести.
Обри и его коллеги использовали модели климата и вулканических шлейфов, чтобы смоделировать, что происходит с аэрозолями, выброшенными при извержении вулкана, в нынешнем климате и как это может измениться к концу века при продолжающемся глобальном потеплении. В их моделях все извержения происходили на вулкане Пинатубо.
Они обнаружили, что при извержениях умеренной силы высота, на которой сульфатные аэрозоли оседают в атмосфере, остается неизменной в более теплом климате. Однако охлаждающий эффект таких извержений снижался примерно на 75%.
Это расхождение имеет меньшее отношение к вулканическим выбросам и большее - к атмосфере: Согласно прогнозам, высота стратосферы будет увеличиваться с изменением климата. Поэтому аэрозоли от умеренных вулканических извержений с большей вероятностью останутся в тропосфере и будут удалены дождями, что снизит их силу.
Что касается крупных извержений, модели показывают, что вулканические шлейфы будут подниматься примерно на 1,5 километра выше в стратосферу в условиях более теплого климата. Это изменение высоты приведет к тому, что аэрозоли будут быстрее распространяться по всему миру. Это увеличение распространения аэрозолей в основном связано с прогнозируемым ускорением циркуляции Брюера-Добсона, которая перемещает воздух в тропосфере вверх в стратосферу и затем к полюсам.
Помимо усиления глобального охлаждающего эффекта аэрозолей, увеличение распространения аэрозолей снижает скорость столкновения и роста сульфатных частиц. Это еще больше усиливает их охлаждающий эффект, позволяя им лучше отражать солнечный свет.
"Существует "сладкая точка" с точки зрения размера этих крошечных и блестящих частиц, когда они очень эффективно рассеивают солнечный свет", - объясняет Аня Шмидт. "Так получилось, что в сценарии глобального потепления, который мы смоделировали, эти частицы растут близко к размеру, при котором они очень эффективны с точки зрения рассеивания".
"Мы обнаружили, что радиационный форсинг (количество энергии, удаляемой из планетарной системы вулканическим аэрозолем) будет на 30% больше в теплом климате по сравнению с современным климатом", - сказал Обри. "Тогда мы предполагаем, что это усилит охлаждение поверхности на 15%".
Исследование интересно тем, что заставляет нас по-новому взглянуть на процессы, происходящие между вулканическими выбросами и климатом. Однако моделирование ограничивается извержениями вулкана Пинатубо в летний период. Было бы интересно посмотреть, сохранятся ли выводы при извержениях на других широтах и в другое время года.
Меняющаяся стратосфера
Трудно сказать, будет ли усиленное охлаждение от крупных вулканических извержений или уменьшение охлаждения от более мелких извержений иметь чистый эффект на климат.
Шмидт сказал, что нынешнее увеличение частоты и интенсивности лесных пожаров также может изменить климатический эффект вулканических извержений, поскольку они влияют на состав стратосферы. "В стратосфере действительно очень много аэрозольного загрязнения, возможно, в таких масштабах, каких мы никогда не видели раньше".
