Skrót tegorocznego wywiadu NBL z dr. Wiesławem Masłowskim, współtwórcą najbardziej zaawansowanego modelu systemu Arktyki.
Krótko o karierze
Dr Wiesław Masłowski: Ukończyłem Uniwersytet Gdański w 1987 r. Swój doktorat z oceanografii obroniłem na Uniwersytecie Alaski w Fairbanks w 1994 r. Do USA przyjechałem z myślą o dalszej edukacji pod okiem prof. Alberta Semtnera. Był on jednym z najlepszych na świecie modelarzy oceanu. Pionierskim osiągnięciem mojego mentora był model lodu morskiego. Po doktoracie odbyłem staż w Szkole Marynarki Wojennej (Naval Postgraduate School). W 1994 r. zaproponowano mi posadę pracownika badawczego. Jeszcze będąc w Polsce posługiwałem się komputerami o dużej mocy obliczeniowej (ang. high-performance computers – HPC). W Stanach przeszedłem na superkomputery. Przedmiotem mojego zainteresowania było stworzenie modelu Oceanu Arktycznego. Współpraca z prof. Semtnerem trwała do jego emerytury. Od tamtej pory kontynuuję studia nad regionem polarnym. Jako pełnoetatowy profesor zostałem liderem kilku uzupełniających się projektów, które mają poprawić zdolność predykcyjną modeli Arktyki.
Projekcja a prognoza
W 2008 r. nasz zespół dokonał projekcji zanikania lodu morskiego Arktyki. Oparliśmy ją na liniowym trendzie grubości i objętości z 1997–2007. Pod koniec lat 90. zjawisko nabrało dramatycznego tempa, zaś w 2007 r. mieliśmy drugi najmniejszy zasięg paku w historii obserwacji satelitarnych. Kolejna dekada przyniosła wahania będące efektem złożoności systemu klimatycznego. Trend wytracił przejściowo swój impet. Należy tu zaznaczyć, iż wyprowadziliśmy go z krótkiego okresu czasu. Projekcje pełnią rolę ostrzeżenia i są mniej dokładne od prognoz. Te ostatnie wymagają zastosowania lepszych narzędzi.
Po opublikowaniu naszej projekcji rozpoczęliśmy realizację wspomnianych projektów sfinansowanych przez różne agencje – m.in. Departament Energii USA, Narodową Fundację Nauki i Biuro Badań Marynarki Wojennej. Od 11 lat budujemy oryginalny model systemu Arktyki (ang. Regional Arctic System Model – RASM) posiłkując się regionalną ekstrapolacją skutków globalnych procesów klimatycznych (ang. dynamical downscaling). Dzięki symulacjom, projekcjom i reanalizie klimatu Ziemi, czyli najlepszym, realistycznym odchyleniom klimatu dawnego i obecnego, staramy się lepiej rozumieć i prognozować zachowania systemu Arktyki. Aktualnie nie potrafimy przewidywać, co się zdarzy w najbliższych sezonach czy dziesięcioleciach. Zrobiliśmy dostateczne postępy, by poprawić prognozę na okres kolejnych 6 miesięcy. Ograniczają nas modele globalne.
Zasięg a objętość lodu morskiego
Środowisko naukowe ustaliło, że w chwili, gdy powierzchnia pokrywy morskiej w Arktyce nie przekroczy latem miliona kilometrów kwadratowych, Ocean Arktyczny można będzie uznać za wolny od lodu. Przy takim scenariuszu pozostałość paku utrzyma się na północ od Archipelagu Arktycznego i Grenlandii. W badaniu z 2012 r. przestrzegaliśmy, że nastąpi to około 2016 r. (+/- 3 lata). Chcieliśmy uświadomić opinię publiczną, że projekcje wykorzystujące dwuwymiarowe zapisy zasięgu są zbyt ostrożne. Nie powinniśmy ulegać złudnemu poczuciu bezpieczeństwa, bo faktyczne tempo redukcji lodu oceanicznego może być znacznie szybsze. Poza tym sugerowaliśmy, iż projekcje bazujące na globalnych modelach klimatu mogą być skrajnie powściągliwe. Udowodniliśmy to poprzez porównanie długoterminowych danych satelitarnych z rezultatami modelowania.
Dezintegracja lodu w Basenie Arktycznym
Zgodnie z podstawowymi prawami fizyki na wodzie unosi się około 10–15% paku. Jego powierzchnię możemy oglądać z góry. Reszta jest zanurzona. Satelity nie rejestrują zmian grubości lodu. Dysponujemy urządzeniami, które ją szacują. Wyposażono w nie przelatujący nad biegunem CryoSat-2 Europejskiej Agencji Kosmicznej. Mierzy on wysokość lodu nad poziomem morza. Nieścisłości obliczeniowe pomiarów są związane z ilością śniegu, obciążeniem śniegiem, stosunkiem gęstości śniegu i lodu do gęstości wody itd. Większą precyzję oferuje ICESat-2 należący do NASA.
Wraz z innymi badaczami zwracam uwagę, że monitoring zasięgu lodu może błędnie informować o szybkości zanikania pokrywy. Musimy uzyskać lepsze zrozumienie zmian grubości i objętości całkowitej. W naszej analizie pokazaliśmy, że objętość lodu kurczyła się prawie dwa razy gwałtowniej niż jego powierzchnia. Zatem część naszych ustaleń była trafna. Cieszę się, że przywidywania nie sprawdziły się w pełni. Co nie zmienia faktu, iż latem może dojść do nagłego zniknięcia paku morskiego. Sformułowałem tę konkluzję, ponieważ nowe satelity dają nam pojęcie o przebiegu spadku jego masy. Gdy przekroczy on pewien krytyczny próg – mam na myśli grubość lodu, jaka może stopnieć w trakcie jednego lata – będzie to urwisko, z którego stoczymy się wcześniej, niż zakładamy.
Pożegnanie z letnim lodem morskim Arktyki
Projekcje skupiające się na powierzchni pokrywy oceanicznej nie uwzględniają realiów symulacji dystrybucji grubości i dynamiki przebiegu zmian objętości. W ramach naszego modelu regionalnego dysponujemy wynikami własnych symulacji. Otóż nieznacznie zmieniony parametr w jednym, dwóch lub trzech różnych procesach – z którymi do końca nie radzą sobie modele ze względu na swoją niedostateczną rozdzielczość główną – sprawia, iż w dwóch eksperymentach objętość lodu mającego ten sam zasięg może być dwa, a nawet trzy razy mniejsza. Z tej perspektywy argumentujemy, że koncentrowanie się na dwuwymiarowych obserwacjach nie pozwala precyzyjnie określić dotychczasowego i przyszłego tempa dezintegracji paku. Pojawiły się już badania poddane recenzji naukowej, w których posłużono się modelami klimatu i systemu Ziemi wyselekcjonowanymi pod kątem lepszego odzwierciedlenia zasięgu lodu morskiego Arktyki. Według zawartych w nich wyliczeń lód letni zniknie w latach 2030–2040. Uważam, że dojdzie do tego wcześniej. System jest jednak zbyt złożony i nieliniowy, bym mógł podać konkretny termin tego zdarzenia.
Badanie opublikowane 8 stycznia 2020 r. w Nature ustaliło, że zanikanie lodu morskiego na Oceanie Arktycznym przyspiesza rozpad wiecznej zmarzliny i uwalnianie dwutlenku węgla do atmosfery. Byliśmy zaskoczeni odkryciem, że topnienie permafrostu nie tylko pokrywało się z okresami najintensywniejszego ocieplenia Ziemi; było ono znacznie bardziej prawdopodobne, gdy wody Arktyki były wolne latem od lodu, powiedział Gideon Henderson z Uniwersytetu Oxfordzkiego. To odkrycie dotyczące przeszłych zachowań wiecznej marzłoci sugeruje, że spodziewana w niedalekiej przyszłości utrata arktycznego paku morskiego przyspieszy jej dezintegrację, dodał uczony. Według naukowców wywołany utratą lodu morskiego napływ wilgoci prawdopodobnie zwiększa pokrywę śnieżną na Syberii, która izolując podłoże od zimowego chłodu, potęguje zjawisko topnienia wiecznej zmarzliny.
Naukowcy z Instytutu Oceanograficznego Scrippsów Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego obliczyli w 2019 r., że utrata tego, co pozostało z letniego lodu morskiego Arktyki i jego zdolności do odbijania energii słonecznej z powrotem w kosmos, byłaby równoznaczna z dodaniem jednego biliona ton dwutlenku węgla do atmosfery, w której jest już 2,4 biliona ton tego gazu wyemitowane przez cywilizację od początku epoki przemysłowej. Odpowiada to w przybliżeniu 25 latom aktualnych globalnych emisji CO2. Zanik lodu morskiego Arktyki rozdepcze ludzkość jak robaka, skomentował wynik analizy Paul Beckwith, badacz systemu klimatycznego planety, ekspert od nagłych zmian klimatu (paleoklimatologia) i wykładowca na Uniwersytecie Ottawskim.
Międzynarodowy zespół uczonych wykazał, że w przeszłości przyczyną nagłej zmiany klimatu była znaczna redukcja lodu morskiego. Ten naukowy przełom kończy długą debatę na temat mechanizmów, które wywołały gwałtowne przeobrażenia klimatu podczas zlodowaceń. 10 000–110 000 lat temu, półkulę północną, w tym morza nordyckie, pokrywał lód lodowcowy. Warunki ekstremalnego zimna były przerywane epizodami szybkiego ocieplenia zwanymi zdarzeniami Dansgaarda-Oeschgera (in. D-O) – w ich trakcie nad lądolodem Grenlandii temperatura podnosiła się nawet o 16,5°C. Wagi tych zjawisk nie sposób dzisiaj przecenić, ponieważ obserwowane ocieplenie Arktyki i zanikanie tamtejszego paku morskiego przebiega w tempie bezprecedensowym. Nasza jak dotąd najdokładniejsza rekonstrukcja lodu morskiego dokumentuje znaczenie gwałtownego zmniejszania się pokrywy lodowej i związanych z nim mechanizmów sprzężenia zwrotnego, które powodują nagłe zmiany klimatu, powiedział Henrik Sadatzki, główny autor badania zamieszczonego 24 listopada 2020 r. w Proceedings of the National Academy of Sciences.
Badanie zamieszczone 29 lipca 2020 r. w Nature Climate Change z opóźnieniem potwierdziło, że lód morski Arktyki topi się znacznie szybciej, niż zakładano, bo trwa nagła zmiana klimatu. Naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze i innych instytucji alarmują też, że modele klimatyczne nie uwzględniają gwałtownego wzrostu temperatur, który miał miejsce w ciągu ostatnich 40 lat. Nasze analizy warunków Oceanu Arktycznego pokazują, iż wyraźnie zaniżamy tempo wzrostu temperatury atmosfery tuż nad poziomem morza, który ostatecznie spowodował, że pak morski skurczył się gwałtowniej, niż się spodziewaliśmy, wyjaśnia Jens Hesselbjerg Christensen z Instytutu im. Nielsa Bohra (Uniwersytetu Kopenhaski), współautor analizy. Do tej pory modele klimatyczne przewidywały, że średnia temperatura w Arktyce będzie rosła powoli i stabilnie. W miesiącach letnich zmiana zachodzi tak nagle, że lód morski prawdopodobnie zniknie szybciej, niż wskazuje na to większość dotychczasowych prognoz, dodaje Christensen.
Rzeki arktyczne roztapiają lód morski w alarmującym tempie
Słodka woda napływająca do Oceanu Arktycznego z kontynentu potęguje arktyczną amplifikację – rekordowe w skali planety ocieplenie regionu. Zmiany w przepływie wody słodkiej w okresie zimowym przypisywano dotychczas rosnącym temperaturom powietrza, sezonowym zmianom opadów lub pokrywie śnieżnej. Badanie Jeniseju – największej rzeki Arktyki – potwierdza, że głównym czynnikiem napędzającym jest w rzeczywistości degradacja wiecznej zmarzliny oraz pożary lasów w południowej Syberii. Odkryliśmy niespotykany wzrost natężenia przepływu w zimie na przestrzeni minionych 25 lat. – informuje Irina Panyushkina, klimatolog zajmująca się dendrochronologią w Laboratorium Badań nad Słojami Drzew (Uniwersytet Arizony). Odnotowana prędkość jest o 80% wyższa od średniej stulecia. Zimą, kiedy rzeki Syberii są pokryte lodem, można zebrać informacje o wodzie, która pochodzi spod ziemi – z rozmrażania permafrostu, a także z warstw wodonośnych zalegających poniżej. Utrata zmarzłoci zwiększa wymianę wody między rzekami a warstwami wodonośnymi. Ponieważ oba źródła wód gruntowych są cieplejsze od mroźnego powietrza, po przedostaniu się do Oceanu Arktycznego topią pak dryfujący. Pożary lasów syberyjskich to jeszcze jeden proces wzmagający łączność między warstwami wodonośnymi a rzekami. Pożoga powoduje głębokie rozmrażanie podziemnych zlodowaceń. Dotknięty obszar potrzebowałby nawet 60 lat, aby wrócić do stanu pierwotnego. Częstotliwość i intensywność pożarów wzbiera. Przekroczony został punkt krytyczny, w którym rozpad wiecznej zmarzliny staje się procesem nieodwracalnym. [Environmental Research Letters, 30 grudnia 2021 r.]
Wody Atlantyku powstrzymują zimową regenerację lodu morskiego w Arktyce
Cieplejsze wody Atlantyku nie pozwalają już na normalną zimową odbudowę lodu morskiego na Oceanie Arktycznym. Poprzednie ustalenia sugerowały, iż pak może zimą doświadczyć częściowej regeneracji po intensywnym topnieniu latem, ponieważ cienki lód narasta szybciej niż gruby. Teraz atlantyckie ciepło wygrywa z tym stabilizującym efektem. Oznacza to, że pokrywa morska jest bardziej narażona na dezintegrację zarówno podczas cieplejszych sezonów letnich, jak i zimowych sztormów. Autorzy raportu wykorzystali bazę zapisów satelitarnych Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) do obliczenia zmian w objętości arktycznego lodu morskiego w latach 2002–2019. Instytut Alfreda Wegnera (AWI), który łączy cotygodniowe dane CryoSat z codziennymi danymi SMOS, podał, że objętość lodu morskiego w sezonie zimowym 2020–21 była najniższa w historii zestawień obserwacyjnych. [18 maja 2021 r., Journal of Climate]
„Bomby gorąca” zniszczą wkrótce letni lód morski Arktyki
W 2018 r. ekspedycja badawcza zaobserwowała „bomby gorąca” niszczące od spodu lód morski Arktyki. To przełomowe odkrycie przedstawione 23 kwietnia 2021 r. w Nature Communications jest zasadniczym elementem układanki dowodów, która nie pozostawia wątpliwości, iż pak arktyczny – źródło globalnej równowagi klimatycznej – niebawem roztopi się całkowicie w miesiącach letnich. Nasze dochodzenie pokazuje, jak dużą rolę w ociepleniu regionu arktycznego odgrywa woda oceaniczna – jedno z wielu dodatnich sprzężeń zwrotnych. – powiedziała Jennifer MacKinnon z Instytutu Oceanografii Scripps w San Diego, kierownik wyprawy i główna autorka badania opracowanego przez 27 ekspertów z wiodących jednostek naukowych świata.
Ocean Arktyczny jest niezwykłym akwenem, ponieważ jego uwarstwienia nie determinuje temperatura, tylko zasolenie. Większość oceanów ma cieplejszą, lżejszą wodę przy powierzchni i zimniejszą, gęstszą wodę poniżej. W Arktyce warstwa powierzchniowa jest zimna i słodka, czego przyczyną są odpływy rzeczne i topnienie lodu. Ciepła, stosunkowo słona woda Pacyfiku przedostaje się przez Cieśninę Beringa, a następnie przez Kanion Barrow u północnego wybrzeża Alaski. Ponieważ jest ona bardziej słona od wody powierzchniowej Arktyki, bez trudu pod nią wpływa. Jej ruch tworzy kieszenie bardzo ciepłych smug, które w ciągu ostatniej dekady wzmocniły się.
Te „bomby gorąca” są bardzo stabilne, co pozwala im przetrwać przez miesiące i lata. Wirując daleko na północ, destabilizują główną pokrywę dryfującą, ponieważ ich ciepło rozprasza się stopniowo w górę i topi lód. Ten kluczowy proces został zidentyfikowany i zrozumiany po raz pierwszy dzięki kombinacji najnowszych instrumentów oceanograficznych, obrazowania satelitarnego, profilowania danych, próbek biologicznych i szczegółowej analizy danych. Klimatolodzy nie uwzględniają go w modelach prognostycznych, które rozmijają się z panującymi realiami. Arktyczny lód morski może zniknąć latem przyszłego roku i formować się tylko w miesiącach zimowych. – podzieliła się tragicznym dla planetarnego życia podsumowaniem MacKinnon.
Badanie przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców wyjaśnia, co stoi za wyhamowaniem trendu utraty lodu morskiego na Oceanie Arktycznym po 2007 roku. Zanikanie paku dryfującego przyspieszy ponownie, gdy cecha atmosferyczna znana jako dipol arktyczny ulegnie cyklicznemu odwróceniu.
Reakcje środowiska naturalnego na dipol arktyczny zostały opisane w artykule opublikowanym 31 sierpnia 2023 roku w Science.
Bogactwo danych z bezpośrednich obserwacji, rezultatów reanalizy i informacji satelitarnych zebranych na przestrzeni dekad pokazuje, że dipol arktyczny zmienia się co mniej więcej 15 lat i że system zbliża się ku końcowi obecnego cyklu.
W „dodatniej” fazie dipola arktycznego, która utrzymuje się od 2007 roku, wysokie ciśnienie koncentruje się nad kanadyjskim sektorem Arktyki i generuje wiatry zgodne z ruchem wskazówek zegara. Z kolei niskie ciśnienie umiejscawia się nad Arktyką Syberyjską i powoduje wiatry przeciwne do ruchu wskazówek zegara. Taki układ wiatrów napędza górne prądy oceaniczne, wywierając przez cały rok wpływ na regionalne temperatury powietrza, wymianę ciepła atmosfera-lód-ocean oraz dryf i „eksport” lodu morskiego.
Przyglądając się reakcjom oceanów na układ wiatrów po 2007 roku, eksperci odkryli z jednej strony zmniejszenie przepływu z Oceanu Atlantyckiego do Oceanu Arktycznego przez Cieśninę Fram na wschód od Grenlandii, zaś z drugiej zwiększenie przepływu wód Atlantyku do Morza Barentsa położonego na północ od Norwegii i Rosji zachodniej. Te naprzemienne zmiany są „mechanizmem rozdzielczym” tworzonym przez arktyczny cykl dipolowy.
Uczeni dowiedzieli się również, iż w „dodatniej” fazie dipola arktycznego przeciwne do ruchu wskazówek zegara wiatry z regionu niskiego ciśnienia przenoszą słodką wodę z syberyjskich rzek do kanadyjskiego sektora Oceanu Arktycznego. Ten ruch słodkiej wody na zachód w latach 2007-2021 pomógł spowolnić tempo ogólnej utraty lodu morskiego w Arktyce w porównaniu z okresem 1992-2006. Warstwa wody słodkiej stała się zbyt głęboka i stabilna, aby mieszać się z cięższą wodą słoną znajdującą się poniżej; gruba warstwa wody słodkiej zapobiegała topnieniu lodu morskiego od dołu przez cieplejszą wodę słoną. Przekroczyliśmy szczyt dodatniego cyklu dipolowego w Arktyce – powiedział prof. Igor Poljakow z Uniwersytetu Alaski w Faibanks, główny autor pracy badawczej. Jego zmiana może nastąpić w każdej chwili i przynieść znaczące następstwa klimatyczne i ekologiczne, w tym potencjalnie szybsze tempo utraty lodu morskiego w całym arktycznym i subarktycznym systemie klimatycznym.
Przeczytaj koniecznie: Energia zakumulowana w Oceanie Arktycznym wystarczy do stopienia całego lodu morskiego na półkuli północnej.
Raporty na temat stanu lodu morskiego są zamieszczane na blogu Arktyczny lód. 
Blog exignoranta 