Основные экологические проблемы , вызванные современным изменением климата в Арктическом регионе, варьируются от хорошо известных, таких как исчезновение морского льда или таяние ледникового щита Гренландии , до более малопонятных, но глубоко значимых проблем, таких как таяние вечной мерзлоты [1]. ] , а также связанные с ними социальные последствия для местных жителей и геополитические последствия этих изменений. [2] Арктика, вероятно, особенно пострадает от изменения климата из-за прогнозируемых высоких темпов регионального потепления и связанных с ним последствий. [3] Прогнозы температуры для арктического региона были оценены в 2007 году: [4] Они предполагали, что к 2100 году среднее потепление уже составит примерно от 2 °C до 9 °C. Диапазон отражает различные прогнозы, сделанные с помощью разных климатических моделей , рассчитанных с разными принудительные сценарии . Радиационное воздействие – это мера воздействия природной и человеческой деятельности на климат. Различные сценарии воздействия отражают, например, различные прогнозы будущих выбросов парниковых газов от человека .
Эти последствия широкомасштабны и могут наблюдаться во многих арктических системах: от фауны и флоры до территориальных претензий . [2] Согласно статье в журнале Geophysical Research Letters , опубликованной в июле 2022 года , температуры в Арктическом регионе растут в четыре раза быстрее, чем в других местах на Земле, [5] : 1 [6], что приводит к ухудшению этих эффектов из года в год и вызывает серьезную обеспокоенность. . Изменение Арктики имеет глобальные последствия, возможно, через изменения циркуляции океана [7] или усиление Арктики . [8]
Отчет Программы арктического мониторинга и оценки (AMAP) на 2021 год , подготовленный международной командой из более чем 60 экспертов, ученых и хранителей знаний коренных народов из арктических сообществ, готовился в период с 2019 по 2021 год. [9] : vii Это последующий отчет. оценки 2017 года «Снег, вода, лед и вечная мерзлота в Арктике» (SWIPA). [9] : vii Технический отчет IPCC AR6 WG1 2021 года подтвердил, что «наблюдаемое и прогнозируемое потепление» было «самым сильным в Арктике». [10] : 29 Согласно статье, опубликованной 11 августа 2022 года в журнале Nature , Поступали многочисленные сообщения о том, что Арктика нагревается в два-три раза быстрее, чем в среднем по миру с 1979 года, но соавторы предупредили, что недавний отчет о «четырехкратном коэффициенте потепления в Арктике» потенциально является «крайне маловероятным событием». [11] Согласно статье в журнале Geophysical Research Letters, опубликованной в июле 2022 года, среднегодовой индекс усиления в Арктике (AA) «достиг значений, превышающих четыре» с 2002 по 2022 год . [5] : 1 [6]
В 16-м отчете по Арктике от 14 декабря 2021 года, подготовленном Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (НОАА) и выпускаемом ежегодно, были рассмотрены «взаимосвязанные физические, экологические и человеческие компоненты» циркумполярной Арктики. [12] [13] В отчете говорится, что 12 месяцев с октября 2020 года по сентябрь 2021 года были «седьмыми самыми теплыми на арктических землях с момента начала регистрации в 1900 году». [12] В докладе 2017 года говорится, что таяние льдов в теплеющей Арктике было беспрецедентным за последние 1500 лет. [14] [15] Отчеты NOAA о состоянии Арктики, начиная с 2006 года, обновляют некоторые записи первоначальных отчетов по оценке воздействия на арктический климат (ACIA) за 2004 и 2005 годы, подготовленные межправительственным Арктическим советом и неправительственным Международным арктическим научным комитетом. . [16]
В докладе Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) за 2022 год «Распространяясь как лесной пожар: растущая угроза чрезвычайных ландшафтных пожаров» говорится, что дым от лесных пожаров по всему миру создает петлю положительной обратной связи , которая является фактором, способствующим таянию Арктики. [17] [18] Сибирская жара 2020 года была «связана с обширными пожарами за Полярным кругом». [17] : 36 Авторы доклада заявили, что это явление экстремальной жары было первым, продемонстрировавшим, что оно было бы «почти невозможно» без антропогенных выбросов и изменения климата. [19] [17] : 36
По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата , «температура приземного воздуха (SAT) в Арктике повысилась примерно в два раза быстрее, чем глобальные темпы». [20] Период 1995–2005 годов был самым теплым десятилетием в Арктике, по крайней мере, с 17 века: температура была на 2 ° C (3,6 ° F) выше среднего показателя 1951–1990 годов. [21] Кроме того, с 2013 года среднегодовая температура воздуха в Арктике была как минимум на 1 °C (1,8 °F) теплее, чем в среднем за 1981–2010 годы. В 2020 году это вторая самая теплая аномалия SAT после 2016 года: она на 1,9 ° C (3,4 ° F) теплее, чем в среднем за 1981–2010 годы. [22] В 2016 году с января по февраль наблюдались экстремальные аномалии, при этом температура в Арктике, по оценкам, была на 4–5,8 градуса Цельсия выше, чем в период с 1981 по 2010 год, и, как выяснилось, последующие годы не похолодали. [23]
В некоторых регионах Арктики потепление происходило еще быстрее: температура на Аляске и в западной Канаде выросла на 3–4 °C (5,40–7,20 °F). [24] Это потепление было вызвано не только ростом концентрации парниковых газов , но и отложением сажи на арктическом льду. [25] Дым от лесных пожаров, называемый « коричневым углеродом », также усиливает потепление в Арктике. Его согревающий эффект составляет около 30% от эффекта черного углерода (сажи). Поскольку лесные пожары увеличиваются с потеплением, это создает петлю положительной обратной связи . [18] Статья 2013 года, опубликованная в журнале Geophysical Research Letters, показала, что температура в регионе не была такой высокой, как сейчас, по крайней мере, 44 000 лет назад, а возможно, и 120 000 лет назад. Авторы приходят к выводу, что «антропогенное увеличение выбросов парниковых газов привело к беспрецедентному потеплению в регионе». [26] [27]
20 июня 2020 года впервые за Полярным кругом было измерено значение температуры 38 °C (более 100 °F). Такая погода ожидалась в регионе только к 2100 году. В марте, апреле и мае средняя температура в Арктике была на 10°С выше нормы. [28] [29] Согласно исследованию, опубликованному в июле 2020 года, эта волна тепла без антропогенного потепления могла бы случиться только один раз в 80 000 лет. Это самая сильная связь между погодным явлением и антропогенным изменением климата, которое на данный момент когда-либо найдено. [30] Такие волны тепла обычно являются результатом необычного состояния реактивного течения .
Некоторые ученые предполагают, что изменение климата замедлит реактивное течение за счет уменьшения разницы температур между Арктикой и более южными территориями, поскольку Арктика нагревается быстрее. Это может способствовать возникновению таких волн тепла. [31] Ученые не знают, является ли волна жары 2020 года результатом таких изменений. [32]
Повышение глобальной температуры на 1,5 градуса по сравнению с доиндустриальным уровнем, вероятно, изменит тип осадков в Арктике со снега на дождь летом и осенью, что усилит таяние ледников и таяние вечной мерзлоты . Оба эффекта приводят к еще большему потеплению. [13]
Одним из последствий изменения климата является сильное увеличение количества молний в Арктике. Молнии увеличивают риск возникновения лесных пожаров. [33]
Обратная связь снега и льда с альбедо оказывает существенное влияние на региональные температуры. В частности, наличие ледяного покрова и морского льда делает Северный и Южный полюса более холодными, чем они были бы без него. [34] Следовательно, недавнее сокращение морского льда в Арктике является одним из основных факторов, обуславливающих потепление в Арктике почти в четыре раза быстрее, чем в среднем в мире, начиная с 1979 года (года, когда начались непрерывные спутниковые измерения арктического морского льда), [35] в явление, известное как арктическое усиление . Моделирование показывает, что сильное усиление Арктики происходит только в те месяцы, когда происходит значительная потеря морского льда, и что оно в значительной степени исчезает, когда моделируемый ледяной покров остается неизменным. [36] И наоборот, высокая стабильность ледяного покрова в Антарктиде, где толщина восточно-антарктического ледникового щита позволяет ему подниматься почти на 4 км над уровнем моря, означает, что на этом континенте за последние семь десятилетий не наблюдалось какого-либо чистого потепления. : [37] Потеря льда в Антарктике и ее вклад в повышение уровня моря вместо этого полностью обусловлены потеплением Южного океана , который поглотил 35–43% общего тепла, поглощенного всеми океанами в период с 1970 по 2017 год. [ 38]
Обратная связь между льдом и альбедо также оказывает меньшее, но все же заметное влияние на глобальные температуры. По оценкам , сокращение морского льда в Арктике в период с 1979 по 2011 год стало причиной радиационного воздействия 0,21 Вт на квадратный метр (Вт/м 2 ) , что эквивалентно четверти радиационного воздействия от увеличения CO 2 [39] за тот же период. . По сравнению с совокупным увеличением радиационного воздействия парниковых газов с начала промышленной революции , оно эквивалентно расчетному радиационному воздействию закиси азота в 2019 году (0,21 Вт/м 2 ), что составляет почти половину радиационного воздействия метана в 2019 году (0,54 Вт/м2). м 2 ) и 10% совокупного увеличения CO 2 (2,16 Вт/м 2 ). [40] В период с 1992 по 2015 год этот эффект был частично компенсирован ростом морского ледяного покрова вокруг Антарктиды , что привело к похолоданию примерно на 0,06 Вт/м 2 за десятилетие. Однако впоследствии морской лед Антарктики начал сокращаться, а совокупная роль изменений ледяного покрова в период с 1992 по 2018 год эквивалентна 10% всех антропогенных выбросов парниковых газов . [41].jpg/1280px-NORTH_POLE_Ice_(19626661335).jpg)
Исторически Арктика нагревалась вдвое быстрее, чем в среднем по миру, [43] но эта оценка была основана на более старых наблюдениях, которые не учитывали недавнее ускорение. К 2021 году будет доступно достаточно данных, чтобы показать, что Арктика нагревалась в три раза быстрее, чем земной шар — на 3,1 °C в период с 1971 по 2019 год, в отличие от глобального потепления на 1 °C за тот же период. [44] Более того, эта оценка определяет Арктику как все, что находится выше 60-й параллели северной широты , или полной трети Северного полушария: в 2021–2022 годах было обнаружено, что с 1979 года потепление в пределах самого Полярного круга (выше 66-й параллели) ) был почти в четыре раза быстрее, чем в среднем по миру. [45] [46] В пределах самого Полярного круга еще большее усиление Арктики происходит в районе Баренцева моря , с горячими точками вокруг Западно-Шпицбергенского течения : метеостанции, расположенные на его пути, фиксируют десятилетнее потепление, которое происходит в семь раз быстрее, чем в среднем по миру. [47] [48] Это вызвало опасения, что в отличие от остальной части арктического морского льда, ледяной покров в Баренцевом море может навсегда исчезнуть даже при глобальном потеплении примерно на 1,5 градуса. [49] [50]
Ускорение усиления Арктики не было линейным: анализ 2022 года показал, что оно произошло в два резких этапа: первый примерно в 1986 году, а второй после 2000 года. [51] Первое ускорение связано с увеличением антропогенного радиационного воздействия в Арктике . региона, что, в свою очередь, вероятно, связано с сокращением загрязнения стратосферы аэрозолями серы в Европе в 1980-х годах с целью борьбы с кислотными дождями . Поскольку сульфатные аэрозоли обладают охлаждающим эффектом, их отсутствие, вероятно, приведет к повышению температуры в Арктике до 0,5 градуса Цельсия. [52] [53] Второе ускорение не имеет известной причины, [44] поэтому оно не отображалось ни в одной климатической модели. Вероятно, это будет примером естественной изменчивости на протяжении нескольких десятилетий, подобно предполагаемой связи между арктическими температурами и атлантическим многодесятилетним колебанием (AMO), [54] и в этом случае можно ожидать, что в будущем она изменится на противоположную. Однако даже первое увеличение усиления Арктики было точно смоделировано лишь частью текущих моделей CMIP6 . [51]Отложения сажи (от сгорания тяжелого мазута (HFO) на арктическом судоходстве) поглощают солнечную радиацию в атмосфере и сильно снижают альбедо при осаждении на снег и лед, тем самым ускоряя эффект таяния снега и морского льда. [55] Исследование 2013 года показало, что сжигание газа на факелах на объектах добычи нефти дает более 40% черного углерода, отложившегося в Арктике. [56] [57] Недавние исследования объяснили, что большая часть (56%) поверхностного черного углерода в Арктике связана с выбросами из России, за которой следуют выбросы из Европы, а Азия также является крупным источником. [58] [55]
Согласно исследованию 2015 года, сокращение выбросов черного углерода и других второстепенных парниковых газов примерно на 60 процентов может охладить Арктику до 0,2 °C к 2050 году. [59] Однако исследование 2019 года показывает, что «выбросы черного углерода будут постоянно увеличится из-за увеличения судоходства», особенно рыболовных судов. [60]
Площадь и объем морского льда в арктическом регионе за последние десятилетия сократились из-за изменения климата . Летом он тает сильнее, чем замерзает зимой. Глобальное потепление , вызванное воздействием парниковых газов, является причиной сокращения арктического морского льда. Сокращение площади морского льда в Арктике ускорилось в начале XXI века, причем темпы сокращения составили 4,7% за десятилетие (со времени первых спутниковых записей оно сократилось более чем на 50%). [61] [62] [63] Также считается, что летний морской лед перестанет существовать где-то в 21 веке. [64]
В этом регионе наблюдается самое теплое время, по крайней мере, за последние 4000 лет [65], а сезон таяния льдов во всей Арктике удлиняется со скоростью пять дней за десятилетие (с 1979 по 2013 год), при этом преобладает более позднее осеннее замерзание. [66] В Шестом оценочном докладе МГЭИК (2021 г.) говорится, что площадь арктического морского льда, вероятно, упадет ниже 1 миллиона км 2 по крайней мере в некоторые сентябрь до 2050 года. [67] В сентябре 2020 года Национальный центр данных по снегу и льду США сообщил, что Арктический морской лед в 2020 году растаял до площади 3,74 миллиона км 2 , что является второй наименьшей площадью с момента начала регистрации в 1979 году. [68] В период с 1994 по 2017 год Земля потеряла 28 триллионов тонн льда, при этом на долю арктического морского льда приходится 7,6 тонн. триллионов тонн этих потерь. С 1990-х годов темпы таяния льда возросли на 57%. [69]Надежное измерение кромок морского льда началось с появлением спутников в конце 1970-х годов. До этого площадь и протяженность морского льда контролировались менее точно с помощью кораблей, буев и самолетов. [70] Данные показывают долгосрочную отрицательную тенденцию в последние годы, связанную с глобальным потеплением, хотя существуют также значительные колебания от года к году. [71] Некоторые из этих изменений могут быть связаны с такими эффектами, как арктические колебания , которые сами по себе могут быть связаны с глобальным потеплением. [72]
Темпы сокращения всего ледового покрова Арктики ускоряются. С 1979 по 1996 год среднее десятилетие сокращения всего ледового покрова составило 2,2% уменьшения площади льда и 3% уменьшения площади льда. За десятилетие, закончившееся 2008 годом, эти значения выросли до 10,1% и 10,7% соответственно. Они сопоставимы с темпами исчезновения круглогодичного льда в сентябре-сентябре (т. е. многолетнего льда, который сохраняется в течение года), отступление которых в среднем составило 10,2% и 11,4% за десятилетие, соответственно, за период 1979–2007 гг. [73]
Сентябрьская минимальная протяженность арктического морского льда (SIE) (т. е. территория с покрытием морского льда не менее 15%) достигла новых рекордных минимумов в 2002, 2005, 2007, 2012 годах (5,32 млн км2), 2016 и 2019 годах (5,65 млн км2). [74] [75] [76] Сезон таяния 2007 года снизился как минимум на 39% ниже среднего показателя 1979–2000 годов, и впервые на человеческой памяти легендарный Северо-Западный проход открылся полностью. [77] В июле 2019 года был зафиксирован самый теплый месяц в Арктике, достигнув самого низкого значения SIE (7,5 млн км2) и объема морского льда (8900 км3). Установлен десятилетний тренд снижения SIE на -13%. [76] На данный момент SIE сократился на 50% с 1970-х годов. [78]
С 2008 по 2011 год минимальная протяженность морского льда в Арктике была выше, чем в 2007 году, но не вернулась к уровням предыдущих лет. [79] [80] Однако в 2012 году рекордно низкий уровень 2007 года был побит в конце августа, когда до сезона таяния осталось еще три недели. [81] Он продолжал падать, достигнув дна 16 сентября 2012 года на уровне 3,42 миллиона квадратных километров (1,32 миллиона квадратных миль), или на 760 000 квадратных километров (293 000 квадратных миль) ниже предыдущего минимума, установленного 18 сентября 2007 года, и на 50% ниже уровня 1979 года. –2000 в среднем. [82] [83]
Согласно статье Geophysical Research Letters, опубликованной в июле 2022 года, температура в арктическом регионе повышается в четыре раза быстрее, чем где-либо еще на Земле . [5] : 1 [6]
Поле толщины морского льда и, соответственно, объем и масса льда определить гораздо сложнее, чем его протяженность. Точные измерения можно провести только в ограниченном количестве точек. Из-за больших различий в толщине и консистенции льда и снега необходимо тщательно оценивать результаты измерений с воздуха и из космоса. Тем не менее, проведенные исследования подтверждают предположение о резком уменьшении ледникового периода и толщины. [79] В то время как площадь и протяженность арктического льда демонстрируют тенденцию к ускоряющемуся сокращению, объем арктического льда сокращается даже более резко, чем ледяной покров. С 1979 года объем льда сократился на 80%, а всего за последнее десятилетие объем сократился на 36% осенью и на 9% зимой. [85] И в настоящее время 70% зимнего морского льда превратилось в сезонный лед. [78]
В четвертом оценочном докладе МГЭИК в 2007 году подытожено текущее состояние прогнозов морского льда: «Прогнозируемое сокращение [глобального морского ледяного покрова] ускоряется в Арктике, где некоторые модели прогнозируют полное исчезновение летнего морского ледяного покрова в зоне A2 с высоким уровнем выбросов. сценарий во второй половине XXI века». [81] Однако современные климатические модели часто недооценивают скорость отступления морского льда. [71] Отсутствие льда в Арктике в летнее время было бы беспрецедентным явлением в новейшей геологической истории, поскольку в настоящее время научные данные не указывают на отсутствие льда в полярном море когда-либо за последние 700 000 лет. [86] [87]
Северный Ледовитый океан, вероятно, освободится от летнего морского льда до 2100 года, но прогнозируется много разных дат, при этом модели показывают почти полную или полную исчезновение в сентябре с 2035 года до примерно 2067 года. [88] [89]
Модели прогнозируют повышение уровня моря примерно на 5 сантиметров (2 дюйма) в результате таяния ледникового щита Гренландии в 21 веке. [90] Также прогнозируется, что к 2100 году в Гренландии станет достаточно тепло, чтобы начать почти полное таяние в течение следующих 1000 или более лет. [82] [91] В начале июля 2012 года 97% процентов ледникового щита испытали ту или иную форму поверхностного таяния, включая вершины. [92]
Измерения толщины льда со спутника GRACE показывают, что потеря массы льда ускоряется. За период 2002–2009 годов темпы потерь увеличились со 137 Гт/год до 286 Гт/год, при этом каждый год потери массы в среднем на 30 гигатонн превышают показатели предыдущего года. [93] Скорость таяния в 2019 году была в 4 раза выше, чем в 2003 году. В 2019 году таяние способствовало повышению уровня моря на 2,2 миллиметра всего за 2 месяца. [94] [95] В целом, имеются убедительные признаки того, что таяние не только происходит, но и ускоряется из года в год.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале «Nature Communications Earth and Environment», ледниковый щит Гренландии, возможно, прошел точку невозврата, а это означает, что даже если повышение температуры полностью прекратится и даже если климат станет немного холоднее, плавление будет продолжаться. Этот результат обусловлен перемещением льда из центра Гренландии к побережью, что создает больший контакт между льдом и более теплой прибрежной водой и приводит к еще большему таянию и откалыванию. Другой ученый-климатолог говорит, что после того, как весь лед у побережья растает, контакт морской воды со льдом прекратится, что может предотвратить дальнейшее потепление. [94] [95]
В сентябре 2020 года спутниковые снимки показали, что большой кусок льда раскололся на множество мелких кусочков с последнего оставшегося шельфового ледника в Ниогхалвфьердсфьорде в Гренландии. [96] Этот ледяной щит соединен с внутренним ледниковым щитом и может стать горячей точкой для дегляциации в ближайшие годы.
Еще один неожиданный эффект этого таяния связан с действиями вооруженных сил США в этом районе. В частности, Кэмп Сенчури , атомная база, которая на протяжении многих лет производит ядерные отходы. [97] В 2016 году группа ученых оценила воздействие на окружающую среду и подсчитала, что из-за изменения погодных условий в течение следующих нескольких десятилетий талая вода может привести к выбросу ядерных отходов , 20 000 литров химических отходов и 24 миллионов литров неочищенных сточных вод в окружающую среду. среда. Однако до сих пор ни США, ни Дания не взяли на себя ответственность за очистку. [98]
.png/1280px-Arctic_Vegetation_Index_Trend_(WH).png)
.png/1280px-Arctic_Vegetation_Index_Trend_(EH).png)
Ожидается, что изменение климата окажет сильное воздействие на флору Арктики, и некоторые последствия этого уже наблюдаются. Эти изменения в растительности связаны с увеличением выбросов метана в ландшафтном масштабе [99] , а также с увеличением CO 2 , Tº и нарушением экологических циклов, которые влияют на закономерности круговорота питательных веществ, влажность и другие ключевые экологические факторы, которые помогают формировать растения. сообщества. [100]
Большим источником информации о том, как растительность адаптировалась к изменению климата за последние годы, являются спутниковые записи, которые помогают количественно оценить изменения растительности в арктическом регионе. На протяжении десятилетий спутники НАСА и NOAA непрерывно отслеживали растительность из космоса. Спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS) и усовершенствованный радиометр очень высокого разрешения (AVHRR), а также другие, измеряют интенсивность видимого и ближнего инфракрасного света, отражающегося от листьев растений. [101] Ученые используют эту информацию для расчета индекса нормализованной разницы растительности (NDVI), [102] показателя фотосинтетической активности или «зелености» ландшафта, который чаще всего используется. Существуют также другие индексы, такие как Индекс расширенной растительности (EVI) или Индекс растительности с поправкой на почву (SAVI). [102]
Эти индексы можно использовать в качестве показателей продуктивности растительности, а их изменения во времени могут предоставить информацию о том, как растительность меняется с течением времени. Одним из двух наиболее часто используемых способов определения изменений в растительном покрове Арктики являются концепции арктического озеленения и арктического потемнения. Первое относится к положительной тенденции вышеупомянутых индексов зелености, указывая на увеличение растительного покрова или биомассы, тогда как потемнение в широком смысле можно понимать как отрицательную тенденцию с уменьшением этих переменных. [102]
Исследования последних лет позволили нам получить представление о том, как развивались эти два процесса в последние годы. Установлено, что с 1985 по 2016 г. позеленение произошло на 37,3% всех отобранных участков в тундре, тогда как побурение наблюдалось только на 4,7% из них. [103] Определенные переменные повлияли на это распределение, поскольку озеленение в основном было связано с участками с более высокой летней температурой воздуха, температурой почвы и влажностью почвы. [103] С другой стороны, было обнаружено, что потемнение связано с более холодными участками, которые испытывали охлаждение и высыхание. [103] В целом, это рисует картину повсеместного озеленения, происходящего на значительных участках арктической тундры, как следствие увеличения продуктивности растений, высоты, биомассы и доминирования кустарников в этом районе.
Такое расширение растительности в Арктике неодинаково по типам растительности. Одним из наиболее драматичных изменений, с которыми в настоящее время сталкиваются арктические тундры, является расширение кустарников , [104] которое, благодаря повышению температуры воздуха и, в меньшей степени, осадкам, способствовало общеарктической тенденции, известной как « кустарификация ». где растения кустарникового типа занимают территории, где раньше преобладали мхи и лишайники. Это изменение способствует тому, что биом тундры в настоящее время переживает самые быстрые изменения из всех наземных биомов на планете. [105]
Прямое воздействие на мхи и лишайники неясно, поскольку исследований на уровне видов очень мало, но изменение климата с большей вероятностью вызовет усиление колебаний и более частые экстремальные явления. [106] Расширение кустарников может повлиять на динамику вечной мерзлоты, но картина на данный момент совершенно неясна. Зимой кустарники задерживают больше снега, что изолирует вечную мерзлоту от сильных холодов, но летом они затеняют землю от прямых солнечных лучей. Как эти два эффекта противодействуют и уравновешивают друг друга, еще не совсем понятно. [107] Потепление, вероятно, вызовет изменения в растительных сообществах в целом, способствуя быстрым изменениям, с которыми сталкиваются экосистемы тундры. Хотя ареал и биомасса кустарников могут увеличиться, потепление может также привести к сокращению количества подушкообразных растений , таких как мох кампион, а поскольку подушкообразные растения действуют как виды-посредники на всех трофических уровнях и заполняют важные экологические ниши в нескольких средах, это может вызвать каскадные эффекты в этих средах. экосистем, которые могут серьезно повлиять на то, как они функционируют и структурированы. [108]
Расширение этих кустарников также может иметь сильное влияние на другие важные экологические динамики, такие как эффект альбедо . [109] Эти кустарники меняют зимнюю поверхность тундры с ненарушенного однородного снега на смешанную поверхность с выступающими ветвями, нарушающими снежный покров, [110] этот тип снежного покрова имеет более низкий эффект альбедо со снижением до 55%, что способствует положительной обратной связи по региональному и глобальному потеплению климата. [110] Это уменьшение эффекта альбедо означает, что растения поглощают больше радиации, и, таким образом, температура поверхности увеличивается, что может нарушить текущий энергетический обмен между поверхностью и атмосферой и повлиять на тепловой режим вечной мерзлоты. [110] Эти изменения в растительности также влияют на круговорот углерода, поскольку части тундры увеличивают свой кустарниковый покров и ведут себя больше как бореальные леса с точки зрения круговорота углерода. [111] Это ускоряет углеродный цикл, поскольку более высокие температуры приводят к усилению таяния вечной мерзлоты и выделению углерода, а также к улавливанию углерода растениями, у которых наблюдается ускоренный рост. [111] Неизвестно, будет ли этот баланс двигаться в том или ином направлении, но исследования показали, что более вероятно, что это в конечном итоге приведет к увеличению выбросов CO 2 в атмосферу. [111]
Для более наглядного и географически ориентированного обзора ситуации на картах выше показана динамика индекса арктической растительности за Полярным кругом с июля 1982 года по декабрь 2011 года . Оттенки зеленого обозначают области, где продуктивность и численность растений увеличились; оттенки коричневого показывают, где фотосинтетическая активность снизилась, как по индексу NDVI. На картах показано кольцо зелени в безлесных тундровых экосистемах циркумполярной Арктики — самых северных частях Канады, России и Скандинавии. Высокие кустарники и деревья начали расти на территориях, где раньше преобладали тундровые травы, в рамках ранее упомянутого «кустарничковости» тундры. Исследователи пришли к выводу, что рост растений в целом увеличился на 7–10%.
Однако бореальные леса, особенно в Северной Америке, продемонстрировали иную реакцию на потепление. Многие бореальные леса позеленели, но эта тенденция была не такой сильной, как в тундре циркумполярной Арктики, которая в основном характеризовалась расширением кустарников и усилением роста. [112] В Северной Америке в некоторых бореальных лесах за период исследования действительно наблюдалось потемнение. Засухи, увеличение активности лесных пожаров, поведение животных, промышленное загрязнение и ряд других факторов могли способствовать потемнению. [102]
Еще одним важным изменением, влияющим на флору Арктики, является увеличение числа лесных пожаров за Полярным кругом, которые в 2020 году побили рекорд выбросов CO2 , достигнув пика в 244 мегатонны выбросов углекислого газа. [113] Это происходит из-за выгорания торфяников, богатых углеродом почв, образовавшихся в результате скопления заболоченных растений, которые в основном встречаются в арктических широтах. [113] Эти торфяники становятся более склонными к возгоранию по мере повышения температуры, но их собственное горение и выброс CO 2 способствуют повышению вероятности возгорания в петле положительной обратной связи. [113]
Что касается водной растительности, сокращение морского льда привело к повышению продуктивности фитопланктона примерно на двадцать процентов за последние тридцать лет. Однако влияние на морские экосистемы неясно, поскольку количество более крупных типов фитопланктона, которые являются предпочтительным источником пищи для большинства зоопланктона , по-видимому, не увеличилось в такой степени, как более мелкие типы. До сих пор арктический фитопланктон не оказал существенного влияния на глобальный углеродный цикл . [114] Летом талые пруды на молодом и тонком льду позволяют солнечному свету проникать сквозь лед, что, в свою очередь, позволяет ледяным водорослям цвести в неожиданных концентрациях, хотя неизвестно, как долго происходит это явление и каковы его последствия. на более широких экологических циклах. [115]
Смещение субарктической климатической зоны на север позволяет животным, адаптированным к этому климату, переселяться на Крайний Север, где они вытесняют виды, более приспособленные к чистому арктическому климату . Там, где арктические виды не заменяются полностью, они часто скрещиваются со своими южными родственниками. Среди медленно размножающихся видов позвоночных это обычно приводит к снижению генетического разнообразия рода . Еще одной проблемой является распространение инфекционных заболеваний , таких как бруцеллез или вирус чумы чумы , среди ранее не затронутых групп населения. Это представляет особую опасность для морских млекопитающих , которые ранее были изолированы морским льдом. [116]
3 апреля 2007 года Национальная федерация дикой природы призвала Конгресс США поставить белых медведей под действие Закона об исчезающих видах . [117] Четыре месяца спустя Геологическая служба США завершила годичное исследование [118] , в котором частично был сделан вывод о том, что плавучий арктический морской лед будет продолжать быстро сокращаться в течение следующих 50 лет, что приведет к уничтожению большей части белых медведей. естественная среда . Медведи исчезнут с Аляски, но продолжат существовать на Канадском Арктическом архипелаге и в районах у северного побережья Гренландии. [119] Вторичные экологические последствия также являются результатом сокращения морского льда; например, белые медведи лишены исторической продолжительности сезона охоты на тюленей из-за позднего формирования и раннего таяния паковых льдов .
Аналогичным образом, потепление в Арктике негативно влияет на экологию кормодобывания и размножения многих других видов арктических морских млекопитающих, таких как моржи , [120] тюлени , лисицы или северные олени . [121] В июле 2019 г. 200 шпицбергенских оленей были найдены умершими от голода, по-видимому, из-за малого количества осадков, связанного с изменением климата. [122]
В краткосрочной перспективе потепление климата может оказать нейтральное или положительное воздействие на цикл гнездования многих гнездящихся в Арктике куликов. [123]
Вечная мерзлота является важным компонентом гидрологических систем и экосистем арктического ландшафта. [124] В Северном полушарии площадь вечной мерзлоты составляет около 18 миллионов км 2 . [125] В этом регионе вечной мерзлоты общий запас органического углерода в почве (SOC) оценивается в 1460–1600 Пг (где 1 Пг = 1 миллиард тонн), что вдвое превышает количество углерода, содержащегося в настоящее время в атмосфере. [126] [127]
Выбросы углерода в результате таяния вечной мерзлоты способствуют тому же потеплению, которое способствует оттаиванию, что делает его положительной обратной связью с изменением климата . Потепление также усиливает круговорот воды в Арктике , а увеличение количества более теплых дождей является еще одним фактором, который увеличивает глубину оттаивания вечной мерзлоты. [128] Количество углерода, которое будет высвобождаться в условиях потепления, зависит от глубины оттаивания, содержания углерода в оттаявшей почве, физических изменений в окружающей среде [129] , а также микробной и растительной активности в почве. Микробное дыхание — это основной процесс, посредством которого старый углерод вечной мерзлоты повторно активируется и попадает в атмосферу. Скорость микробного разложения в органических почвах, включая талую вечную мерзлоту, зависит от контроля окружающей среды, такого как температура почвы, наличие влаги, наличие питательных веществ и кислорода. [130] В частности, достаточные концентрации оксидов железа в некоторых вечномерзлых почвах могут подавлять микробное дыхание и предотвращать мобилизацию углерода: однако эта защита длится только до тех пор, пока углерод не отделится от оксидов железа железоредуцирующими бактериями, что является лишь вопросом время в типичных условиях. [131] В зависимости от типа почвы оксид железа (III) может усиливать окисление метана в углекислый газ в почве, но он также может усиливать выработку метана ацетотрофами: эти почвенные процессы еще не до конца изучены. [132]
В целом, вероятность того, что весь пул углерода мобилизуется и попадет в атмосферу, невелика, несмотря на большие объемы, хранящиеся в почве. Хотя температура и повысится, это не означает полной утраты вечной мерзлоты и мобилизации всего запаса углерода. Большая часть грунта, под которым находится вечная мерзлота, останется замороженной, даже если потепление приведет к увеличению глубины оттаивания или усилению термокарста и деградации вечной мерзлоты. [133] Более того, другие элементы, такие как железо и алюминий , могут адсорбировать часть мобилизованного почвенного углерода до того, как он достигнет атмосферы, и они особенно заметны в слоях минерального песка, которые часто перекрывают вечную мерзлоту. [134] С другой стороны, как только зона вечной мерзлоты оттает, она не вернется к вечной мерзлоте на протяжении столетий, даже если повышение температуры обратится вспять, что делает ее одним из самых известных примеров переломных моментов в климатической системе .В 2011 году предварительный компьютерный анализ показал, что выбросы вечной мерзлоты могут быть эквивалентны примерно 15% антропогенных выбросов. [135]
В перспективной статье 2018 года, в которой обсуждаются переломные моменты в климатической системе, активизирующей глобальное потепление примерно на 2 ° C (3,6 ° F), предполагается, что при этом пороге таяние вечной мерзлоты добавит еще 0,09 ° C (0,16 ° F) к глобальной температуре к 2100 году. с диапазоном 0,04–0,16 °C (0,072–0,288 °F) [136] В 2021 году другое исследование показало, что в будущем нулевые выбросы будут достигнуты после выброса в атмосферу еще 1000 Пг углерода (сценарий, при котором температуры обычно остаются стабильными после последнего выброса или начинают медленно снижаться) углерод вечной мерзлоты прибавит 0,06 °C (0,11 °F) (с диапазоном 0,02–0,14 °C (0,036–0,252 °F)) через 50 лет после последнего выброса. антропогенный выброс, 0,09 °C (0,16 °F) (0,04–0,21 °C (0,072–0,378 °F)) 100 лет спустя и 0,27 °C (0,49 °F) (0,12–0,49 °C (0,22–0,88 °F) ) 500 лет спустя. [137] Однако ни одно исследование не смогло принять во внимание резкое потепление.
В 2020 году исследование северных торфяников вечной мерзлоты (меньшая часть всей площади вечной мерзлоты, покрывающая 3,7 миллиона км 2 из предполагаемых 18 миллионов км 2 [138] ) составит ~1% антропогенного радиационного воздействия к 2100 году, и что эта пропорция остается неизменной во всех рассматриваемых сценариях потепления: от 1,5 °C (2,7 °F) до 6 °C (11 °F). Далее предполагалось, что еще через 200 лет эти торфяники поглотят больше углерода, чем выбрасывают в атмосферу. [139]
По оценкам Шестого оценочного доклада МГЭИК , выбросы углекислого газа и метана из вечной мерзлоты могут составлять эквивалент 14–175 миллиардов тонн углекислого газа на 1 °C (1,8 °F) потепления. [140] : 1237 Для сравнения, к 2019 году ежегодная антропогенная эмиссия только углекислого газа составила около 40 миллиардов тонн. [140] : 1237
Оценка экономического воздействия переломных моментов климата в 2021 году показала, что выбросы углерода в вечной мерзлоте увеличат социальную стоимость углерода примерно на 8,4% [142] . Однако методы этой оценки вызвали споры: когда такие исследователи, как Стив Кин и Тимоти Лентон, обвинив его в недооценке общего воздействия переломных моментов и более высоких уровней потепления в целом, [143] авторы признали некоторые из своих доводов. [144]
В 2021 году группа видных исследователей вечной мерзлоты, таких как Мерритт Турецкий, представила свою коллективную оценку выбросов вечной мерзлоты, включая процессы резкого оттаивания, в рамках усилий по пропаганде сокращения антропогенных выбросов на 50% к 2030 году как необходимой вехи, чтобы помочь достигнут чистого нуля к 2050 году. Их показатели совокупных выбросов вечной мерзлоты к 2100 году составят 150–200 миллиардов тонн эквивалента углекислого газа при потеплении на 1,5 ° C (2,7 ° F), 220–300 миллиардов тонн при потеплении на 2 ° C (3,6 ° F). ) и 400–500 миллиардов тонн, если потепление превысит 4 ° C (7,2 ° F). Они сравнили эти цифры с экстраполированными современными выбросами в Канаде , Европейском Союзе и США или Китае соответственно. Цифра в 400–500 миллиардов тонн также будет эквивалентна оставшемуся сегодня бюджету для сохранения целевого показателя в 1,5 °C (2,7 °F). [145] Одна из учёных, участвовавших в этих усилиях, Сьюзен М. Натали из Исследовательского центра Вудс-Хоул , также руководила публикацией дополнительной оценки в статье PNAS в том же году, в которой предполагалось, что при усилении выбросов вечной мерзлоты в результате резкого таяния и лесные пожары сочетаются с прогнозируемым диапазоном антропогенных выбросов в ближайшем будущем, поэтому предотвращение превышения (или «перерегулирования») потепления на 1,5 ° C (2,7 ° F) уже маловероятно, и усилия по его достижению, возможно, придется полагаться на отрицательные выбросы , вызывающие понижение температуры. [146]
Обновленная оценка переломных моментов климата в 2022 году пришла к выводу, что резкое таяние вечной мерзлоты добавит 50% к темпам постепенного таяния и добавит 14 миллиардов тонн выбросов в эквиваленте углекислого газа к 2100 году и 35 миллиардов тонн к 2300 году на каждый градус потепления. Это будет иметь влияние на потепление на 0,04 °C (0,072 °F) на каждый полный градус потепления к 2100 году и на 0,11 °C (0,20 °F) на каждый полный градус потепления к 2300 году. Также предполагается, что при потеплении между 3 ° При потеплении градусов C (5,4 °F) и 6 °C (11 °F) (наиболее вероятная цифра составляет около 4 °C (7,2 °F) градусов) крупномасштабное разрушение областей вечной мерзлоты может стать необратимым, добавив от 175 до 175 градусов. и 350 миллиардов тонн выбросов в эквиваленте CO 2 , или 0,2–0,4 °C (0,36–0,72 °F) градусов, в течение примерно 50 лет (с диапазоном от 10 до 300 лет). [147] [148]
В крупном обзоре, опубликованном в 2022 году, был сделан вывод, что если цель предотвращения потепления на 2 ° C (3,6 ° F) будет реализована, то среднегодовые выбросы вечной мерзлоты на протяжении 21 века будут эквивалентны годовым выбросам России в 2019 году . В рамках РТК4.5, сценария, который считается близким к нынешней траектории, и при котором потепление остается немного ниже 3 °C (5,4 °F), годовые выбросы вечной мерзлоты будут сопоставимы с выбросами в 2019 году в Западной Европе или США , тогда как в рамках РТК4.5 Согласно сценарию высокого глобального потепления и наихудшей реакции вечной мерзлоты, они почти совпадут с выбросами Китая в 2019 году . [141]Подводная вечная мерзлота встречается под морским дном и существует на континентальных шельфах полярных регионов. [149] Таким образом, его можно определить как «неледниковые районы континентального шельфа, обнаженные во время последнего ледникового максимума (LGM, ~ 26 500 лет назад), которые в настоящее время затоплены». Большие запасы органического вещества (ОВ) и метана ( СН 4 ) аккумулируются под и внутри подводных отложений вечной мерзлоты. Этот источник метана отличается от клатратов метана , но вносит свой вклад в общий результат и обратную связь в климатической системе Земли. [125]
Морской лед служит для стабилизации отложений метана на береговой линии и вблизи нее, [150] предотвращая разрушение клатрата , попадание его в толщу воды и, в конечном итоге, попадание в атмосферу. Метан высвобождается через пузырьки из подводной вечной мерзлоты в океан (процесс, называемый вскипанием). Во время штормов уровень метана в толще воды резко падает, когда ветровой газообмен между воздухом и морем ускоряет процесс выброса метана в атмосферу. Этот наблюдаемый путь предполагает, что выбросы метана из вечной мерзлоты морского дна будут происходить довольно медленно, а не резкими изменениями. Однако арктические циклоны, вызванные глобальным потеплением и дальнейшим накоплением парниковых газов в атмосфере, могут способствовать еще большему выбросу метана, который действительно важен для Арктики. [151] Обновленная информация о механизмах деградации вечной мерзлоты была опубликована в 2017 году. [152]
Размер сегодняшней подводной вечной мерзлоты оценивается в 2 миллиона км 2 (~ 1/5 размера наземной области вечной мерзлоты), что представляет собой сокращение на 30–50% со времени LGM. Содержит около 560 ГтУ в OM и 45 ГтУ в CH 4 , с текущим выбросом 18 и 38 МтУ в год соответственно, что связано с потеплением и таянием, которые испытывает подводная область вечной мерзлоты после LGM (~ 14 000 лет). назад). Фактически, поскольку подводные системы вечной мерзлоты реагируют на потепление климата в тысячелетнем масштабе, нынешние потоки углерода, которые они выбрасывают в воду, являются реакцией на климатические изменения, происходящие после LGM. Таким образом, антропогенное воздействие изменения климата на подводную вечную мерзлоту будет наблюдаться только через сотни или тысячи лет. Согласно прогнозам при обычном сценарии выбросов RCP 8.5 , к 2100 году из подводной вечной мерзлоты может быть выброшено 43 ГтУ, а к 2300 году - 190 ГтУ. Тогда как для сценария с низкими выбросами RCP 2.6 выбросы будут на 30% меньше. оцениваются. Это представляет собой значительное антропогенное ускорение выброса углерода в ближайшие столетия. [125]
Большинство месторождений клатрата метана находятся в отложениях, слишком глубоких, чтобы быстро отреагировать, [155] и моделирование Арчера в 2007 году предполагает, что вызванное ими воздействие метана должно оставаться второстепенным компонентом общего парникового эффекта . [156] Клатратные отложения дестабилизируются в самой глубокой части зоны стабильности , которая обычно находится на сотни метров ниже морского дна. Устойчивое повышение температуры моря в конечном итоге проложит путь через отложения и приведет к тому, что самый мелкий, самый маргинальный клатрат начнет разрушаться; но обычно требуется порядка тысячи лет или больше, чтобы изменение температуры дошло так далеко до морского дна. [156] Кроме того, последующие исследования отложений средних широт в Атлантическом и Тихом океане показали, что любой метан, высвобождаемый с морского дна, независимо от источника, не может достичь атмосферы, как только глубина превышает 430 м (1411 футов), в то время как геологические характеристики эта территория делает невозможным существование гидратов на глубинах менее 550 м (1804 фута). [157] [158]
.jpg/1280px-Methane_Releases_-_East_Siberian_Arctic_Shelf_(4416688271).jpg)
Однако некоторые месторождения клатрата метана в Арктике гораздо мельче остальных, что может сделать их гораздо более уязвимыми к потеплению. Месторождение захваченного газа на континентальном склоне у берегов Канады в море Бофорта , расположенное в районе небольших конических холмов на дне океана, всего на 290 м (951 фут) ниже уровня моря, считается самым мелким из известных месторождений гидрата метана. [159] Однако глубина восточно-сибирского арктического шельфа составляет в среднем 45 метров, и предполагается, что ниже морского дна, закрытого подводными слоями вечной мерзлоты, расположены залежи гидратов. [160] [161] Это будет означать, что когда потепление потенциально таликов или пинго -подобных объектов на шельфе, они также будут служить путями миграции газа для ранее замороженного метана, и этой возможности уделялось много внимания. [162] [163] [164] Шахова и др. (2008) подсчитали, что не менее 1400 гигатонн углерода в настоящее время заключено в виде метана и гидратов метана под арктической подводной вечной мерзлотой, и 5–10% этой площади подвержено проколам открытыми таликами. В их документе первоначально содержалась строка о том, что «высвобождение до 50 гигатонн прогнозируемого количества гидратов [вполне] возможно при резком высвобождении в любое время». Выброс такого масштаба увеличил бы содержание метана в атмосфере планеты в двенадцать раз, [165] [166] эквивалентно парниковому эффекту удвоению уровня CO 2 в 2008 году .
Именно это привело к появлению первоначальной гипотезы о клатратной пушке, а в 2008 году Национальная лабораторная система Министерства энергетики США [167] и Научная программа по изменению климата Геологической службы США определили потенциальную клатратную дестабилизацию в Арктике как одну из четырех наиболее серьезных проблем. сценарии резкого изменения климата, которые были выделены для приоритетных исследований. В конце декабря 2008 года USCCSP опубликовал отчет, оценивающий серьезность этого риска. [168] Исследование эффектов исходной гипотезы, проведенное в 2012 году на основе модели сопряженного климата и углеродного цикла ( GCM ), выявило 1000-кратное (от <1 до 1000 ppmv) увеличение содержания метана — в пределах одного импульса — из гидратов метана. (на основе оценок количества углерода для PETM, составляющего ~ 2000 ГтС), и пришел к выводу, что это повысит температуру атмосферы более чем на 6 ° C в течение 80 лет. Кроме того, содержание углерода в наземной биосфере уменьшится менее чем на 25%, что указывает на критическую ситуацию для экосистем и сельского хозяйства, особенно в тропиках. [169] Другая оценка литературы, проведенная в 2012 году, определяет гидраты метана на шельфе восточно-арктических морей как потенциальный триггер. [170]
Исследования, проведенные в 2008 году в Сибирской Арктике, показали выбросы метана в миллионах тонн в год, что значительно превышает предыдущую оценку в 0,5 миллиона тонн в год. [172], очевидно, через перфорации в вечной мерзлоте морского дна, [164] при этом концентрации в некоторых регионах достигают 100-кратного нормального уровня. [173] [174] Избыток метана был обнаружен в локализованных горячих точках в устье реки Лены и на границе между морем Лаптевых и Восточно-Сибирским морем . В то время считалось, что часть таяния является результатом геологического нагрева, но большее таяние, как полагали, произошло из-за значительного увеличения объемов талой воды, сбрасываемой из сибирских рек, текущих на север. [175]
К 2013 году та же группа исследователей использовала многочисленные гидролокационные наблюдения для количественной оценки плотности пузырьков, исходящих из подводной вечной мерзлоты в океан (процесс, называемый вскипанием), и обнаружила, что вдоль Восточно-Сибирского побережья ежедневно выбрасывается 100–630 мг метана на квадратный метр. Арктический шельф (ESAS), в толщу воды. Они также обнаружили, что во время штормов, когда ветер ускоряет газообмен между воздухом и морем, уровень метана в толще воды резко падает. Наблюдения показывают, что выделение метана из вечной мерзлоты морского дна будет происходить медленно, а не резко. Однако арктические циклоны, вызванные глобальным потеплением , и дальнейшее накопление парниковых газов в атмосфере могут способствовать более быстрому выделению метана из этого источника. В целом их обновленная оценка теперь составила 17 миллионов тонн в год. [176]
Однако эти результаты вскоре были поставлены под сомнение, поскольку такая скорость ежегодных выбросов будет означать, что на одну только ESAS будет приходиться от 28% до 75% наблюдаемых выбросов метана в Арктике, что противоречит многим другим исследованиям. В январе 2020 года было обнаружено, что скорость поступления метана в атмосферу после того, как он был выброшен из шельфовых отложений в толщу воды, была сильно завышена, а наблюдения за потоками атмосферного метана, проведенные во время многочисленных круизов кораблей в Арктике, вместо этого указывают на что только около 3,02 миллиона тонн метана ежегодно выбрасывается из ESAS. [177] Исследование моделирования, опубликованное в 2020 году, показало, что в современных условиях годовой выброс метана из ESAS может составлять всего 1000 тонн, при этом 2,6–4,5 миллиона тонн представляют собой пиковый потенциал турбулентных выбросов с шельфа. [171]Результаты нашего исследования показывают, что огромное просачивание, обнаруженное в этой области, является результатом естественного состояния системы. Понимание того, как метан взаимодействует с другими важными геологическими, химическими и биологическими процессами в системе Земли, имеет важное значение и должно быть в центре внимания нашего научного сообщества. [178]
Исследования Клауса Вальмана и др. В 2018 году был сделан вывод, что диссоциация гидратов на Шпицбергене 8000 лет назад произошла из-за изостатического отскока (поднятие континентов после дегляциации ). В результате глубина воды уменьшилась с меньшим гидростатическим давлением без дальнейшего нагревания. Исследование также показало, что сегодняшние отложения на этом участке становятся нестабильными на глубине ~ 400 метров из-за сезонного потепления придонных вод, и остается неясным, связано ли это с естественной изменчивостью или антропогенным потеплением. [179] Более того, в другой статье, опубликованной в 2017 году, было обнаружено, что только 0,07% метана, выделяющегося в результате диссоциации газовых гидратов на Шпицбергене, достигает атмосферы, и обычно только при низкой скорости ветра. [180] В 2020 году последующее исследование подтвердило, что лишь небольшая часть метана из просачиваний Шпицбергена достигает атмосферы и что скорость ветра оказывает большее влияние на скорость выброса, чем концентрация растворенного метана на месте. [181]
Наконец, в документе, опубликованном в 2017 году, указано, что выбросы метана по крайней мере из одного поля высачивания на Шпицбергене были более чем компенсированы повышенным поглощением углекислого газа из-за значительно возросшей активности фитопланктона в этой богатой питательными веществами воде. Ежедневное количество углекислого газа, поглощаемого фитопланктоном, было в 1900 раз больше, чем количество выделяемого метана, а отрицательное (т.е. косвенное охлаждение) радиационное воздействие от поглощения CO 2 было в 251 раз больше, чем потепление от выброса метана. [182]Хотя сейчас это считается маловероятным в ближайшем будущем, также было высказано предположение, что может произойти прекращение термохалинной циркуляции , подобное тому, которое, как полагают, вызвало Младший дриас , резкое изменение климата . [188] Даже если полное закрытие маловероятно, замедление этого течения и ослабление его воздействия на климат уже наблюдаются: исследование 2015 года показало, что атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) ослабла на 15% до 20% за последние 100 лет. [7] Это замедление может привести к похолоданию в Северной Атлантике, хотя оно может быть смягчено глобальным потеплением, но неясно, в какой степени. [189] Дополнительные последствия этого будут ощущаться по всему миру: среди потенциальных последствий будут изменения в тропических условиях, более сильные штормы в Северной Атлантике и снижение урожайности сельскохозяйственных культур в Европе. [189]
Потенциально существует также возможность более общего нарушения циркуляции океана , что может привести к бескислородному событию в океане ; Считается, что в далеком прошлом они были гораздо более распространены. Неясно, существуют ли сегодня соответствующие предварительные условия для такого события, но считается, что эти бескислородные явления в океане были в основном вызваны стоком питательных веществ, который был вызван увеличением выбросов CO 2 в далеком прошлом. [190] Это вызывает тревожную параллель с текущим изменением климата, но количество CO 2 , которое, как считается, вызвало эти события, намного превышает уровни, с которыми мы сталкиваемся в настоящее время, поэтому последствия такого масштаба считаются маловероятными в течение короткого времени. шкала. [191]
Поскольку Арктика продолжает нагреваться, температурный градиент между ней и более теплыми частями земного шара будет продолжать уменьшаться с каждым десятилетием глобального потепления из-за усиления Арктики. Если этот градиент окажет сильное влияние на реактивное течение, то со временем оно станет более слабым и изменчивым в своем течении, что позволит большему количеству холодного воздуха из полярного вихря просачиваться в средние широты и замедлит развитие волн Россби , что приведет к более стойкая и более экстремальная погода .
Вышеизложенная гипотеза тесно связана с Дженнифер Фрэнсис , которая впервые предложила ее в статье 2012 года, соавтором которой является Стивен Дж. Ваврус. [192] Хотя некоторые реконструкции палеоклимата предполагают, что полярный вихрь становится более изменчивым и вызывает более нестабильную погоду в периоды потепления еще в 1997 году, [193] это противоречит климатическому моделированию: в 2010 году моделирование PMIP2 показало, что арктические колебания гораздо более слабый и более отрицательный во время последнего ледникового максимума , что позволяет предположить, что в более теплые периоды наблюдается более сильная положительная фаза АО и, следовательно, менее частые утечки воздуха из полярного вихря. [194] Однако в обзоре 2012 года, опубликованном в « Журнале атмосферных наук», отмечается, что «[произошло] значительное изменение среднего состояния вихря за двадцать первый век, что привело к более слабому и более возмущенному вихрю» . 195] , что противоречило результатам моделирования, но соответствовало гипотезе Фрэнсиса-Ваврюса. Кроме того, исследование 2013 года отметило, что нынешний CMIP5 имел тенденцию сильно недооценивать тенденции зимнего блокирования, [196] и другие исследования 2012 года предположили связь между сокращением морского льда в Арктике и обильными снегопадами во время зим в средних широтах. [197]
В 2013 году дальнейшее исследование Фрэнсиса связало сокращение арктического морского льда с экстремальной летней погодой в северных средних широтах [198] , в то время как другие исследования того же года выявили потенциальную связь между тенденциями арктического морского льда и более экстремальными дождями летом в Европе. . [199] В то время также предполагалось, что эта связь между усилением арктических явлений и характером реактивных течений была вовлечена в формирование урагана «Сэнди» [200] и сыграла роль в холодной волне в Северной Америке в начале 2014 года . [201] [202] В 2015 году следующее исследование Фрэнсиса пришло к выводу, что за последние два десятилетия сильно усиленные струйные течения наблюдаются чаще. Следовательно, продолжающиеся выбросы тепла способствуют усилению формирования экстремальных явлений, вызванных длительными погодными условиями. [203]
Исследования, опубликованные в 2017 и 2018 годах, выявили характер срыва волн Россби в реактивном потоке северного полушария как виновника других почти стационарных экстремальных погодных явлений, таких как европейская волна тепла 2018 года , европейская волна тепла 2003 года , российская волна тепла 2010 года или пакистанская волна 2010 года. наводнения и предположил, что все эти закономерности связаны с усилением арктических явлений. [204] [205] Дальнейшая работа Фрэнсиса и Вавруса в том же году показала, что усиление арктического потепления наблюдается как более сильное в нижних слоях атмосферы, потому что процесс расширения более теплого воздуха увеличивает уровни давления, что уменьшает геопотенциальные градиенты высоты в направлении к полюсу. Поскольку эти градиенты являются причиной ветров с запада на восток из-за соотношения тепловых ветров, снижение скорости обычно наблюдается к югу от областей с увеличением геопотенциала. [206] В 2017 году Фрэнсис объяснила свои выводы журналу Scientific American : «Гораздо больше водяного пара переносится на север за счет больших колебаний реактивного течения. Это важно, потому что водяной пар является парниковым газом, точно так же, как углекислый газ и метан. удерживает тепло в атмосфере. Этот пар также конденсируется в виде капель, которые мы знаем как облака, которые сами по себе удерживают больше тепла. Пар — важная часть истории усиления — главная причина, по которой Арктика нагревается быстрее, чем где-либо еще». [207]
В исследовании 2017 года, проведенном климатологом доктором Джудой Коэном и несколькими его научными сотрудниками, Коэн написал, что «[сдвиг] состояний полярных вихрей может объяснить большую часть недавних тенденций зимнего похолодания в средних широтах Евразии». [208] В статье Вавруса и других, опубликованной в 2018 году, усиление арктического климата связывается с более устойчивыми жаркими и засушливыми экстремальными явлениями летом в средних широтах, а также с зимним континентальным похолоданием в средних широтах. [209] В другом документе 2017 года подсчитано, что, когда Арктика испытывает аномальное потепление, первичное производство в Северной Америке снижается в среднем на 1–4%, при этом некоторые штаты несут потери до 20%. [210] Исследование 2021 года показало, что разрушение стратосферных полярных вихрей связано с чрезвычайно холодной зимней погодой в некоторых частях Азии и Северной Америки, включая холодную волну в Северной Америке в феврале 2021 года . [211] [212] Другое исследование 2021 года выявило связь между исчезновением морского льда в Арктике и увеличением масштабов лесных пожаров на западе США . [213]
Однако, поскольку конкретные наблюдения считаются краткосрочными, в выводах существует значительная неопределенность. Климатологическим наблюдениям требуется несколько десятилетий, чтобы окончательно отличить различные формы естественной изменчивости от климатических тенденций. [214] Этот момент был подчеркнут в обзорах в 2013 году [215] и в 2017 году. [216] Исследование, проведенное в 2014 году, пришло к выводу, что усиление Арктики значительно снизило изменчивость температуры в холодное время года в Северном полушарии в последние десятилетия. Холодный арктический воздух сегодня быстрее проникает в более теплые нижние широты осенью и зимой, и эта тенденция, по прогнозам, сохранится и в будущем, за исключением лета, что ставит под вопрос, принесут ли зимы больше экстремальных холодов. [217] Анализ набора данных, собранных в 2019 году с 35 182 метеостанций по всему миру, включая 9 116, записи которых выходят за рамки 50 лет, выявил резкое уменьшение волн холода в северных средних широтах с 1980-х годов. [218]
Более того, ряд данных долгосрочных наблюдений, собранных в 2010-х годах и опубликованных в 2020-х годах, теперь позволяет предположить, что усиление арктического усиления с начала 2010-х годов не было связано со значительными изменениями в атмосферных условиях средних широт. [219] [220] Современное моделирование в рамках PAMIP (Проект взаимного сравнения моделей полярного усиления) улучшило результаты PMIP2 2010 года: в нем действительно было обнаружено, что сокращение морского льда ослабит реактивные течения и увеличит вероятность атмосферных блокирование, но связь была очень незначительной и обычно незначительной по сравнению с межгодовой изменчивостью. [221] [222] В 2022 году последующее исследование показало, что, хотя среднее значение PAMIP, вероятно, недооценило ослабление, вызванное сокращением морского льда, в 1,2–3 раза, даже скорректированное соединение по-прежнему составляет лишь 10% от реактивного течения. естественная изменчивость. [223]Растущее количество свидетельств того, что глобальное потепление приводит к сокращению полярных льдов, усиливает актуальность территориальных претензий нескольких стран в Арктике в надежде на разработку ресурсов и создание новых морских путей , а также на защиту суверенных прав. [224]
Поскольку ледяное покрытие моря с каждым годом все больше сокращается, арктические страны (Россия, Канада, Финляндия, Исландия, Норвегия, Швеция, США и Дания, представляющие Гренландию) предпринимают шаги на геополитической арене, чтобы обеспечить доступ к потенциальным новым судам. переулки , запасы нефти и газа, что приводит к дублированию претензий по всему региону. [225] Однако в Арктике существует только один сухопутный пограничный спор, среди всех остальных, касающихся моря, а именно остров Ганса . [226] Этот небольшой необитаемый остров расположен в проливе Нарес , между канадским островом Элсмир и северным побережьем Гренландии. Его статус обусловлен его географическим положением, прямо между равноудаленными границами, определенными в договоре 1973 года между Канадой и Данией. [226] Несмотря на то, что обе страны признали возможность разделения острова, никакого соглашения по острову достигнуто не было, и обе страны по-прежнему претендуют на него для себя. [226]
Существует большая активность в отношении морских границ между странами, где перекрывающиеся претензии на внутренние воды , территориальные моря и особенно на исключительные экономические зоны (ИЭЗ) могут вызвать трения между странами. В настоящее время между официальными морскими границами лежит невостребованный треугольник международных вод, который является центром международных споров. [225]
Эту невостребованную землю можно получить, подав иск в соответствии с Конвенцией Организации Объединенных Наций по морскому праву . Эти претензии могут быть основаны на геологических доказательствах того, что континентальные шельфы простираются за пределы их нынешних морских границ и в международные воды. [225]
Некоторые дублирующиеся претензии все еще ожидают решения международных органов, например, большая часть Северного полюса , на которую претендуют как Дания, так и Россия, а некоторые его части также оспариваются Канадой. [225] Другим примером является Северо-Западный проход , который во всем мире признан международными водами, но технически находится в канадских водах. [225] Это привело к тому, что Канада захотела ограничить количество судов, которые могут проходить через него по экологическим соображениям, но Соединенные Штаты оспаривают наличие у них на это полномочий, отдавая предпочтение неограниченному проходу судов. [225]
По мере того, как изменение климата ускоряется, оно оказывает все более прямое воздействие на общества во всем мире. Это особенно верно в отношении людей, живущих в Арктике, где повышение температуры происходит быстрее, чем в других широтах мира, и где традиционный образ жизни, глубоко связанный с естественной арктической средой, подвергается особому риску нарушения окружающей среды. вызванные этими изменениями. [227]
Потепление атмосферы и сопровождающие его экологические изменения создают проблемы для местных сообществ, таких как инуиты . Охота, которая является основным способом выживания для некоторых небольших сообществ, изменится с повышением температуры. [228] Сокращение морского льда приведет к сокращению или даже исчезновению популяций некоторых видов. [227] Сообщества инуитов сильно зависят от охоты на тюленей, которая зависит от морских ледников, где ведется охота на тюленей. [229]
Неожиданные изменения состояния рек и снега приведут к тому, что стада животных, включая оленей, изменят характер миграции, места отела и доступность корма . [227] В хорошие годы некоторые общины полностью заняты коммерческим промыслом определенных животных. [228] Добыча различных животных колеблется каждый год, и с повышением температуры она, вероятно, продолжит меняться и создавать проблемы для охотников-инуитов, поскольку непредсказуемость и нарушение экологических циклов еще больше усложняют жизнь в этих сообществах, которые и без того сталкиваются с серьезными проблемами, например, общины инуитов являются самыми бедными и безработными в Северной Америке. [229]
Нынешнее потепление отрицательно сказалось на других видах транспорта в Арктике: некоторые транспортные маршруты и трубопроводы на суше были нарушены из-за таяния льдов. [227] Многие арктические сообщества используют замерзшие дороги для перевозки грузов и поездок из одного региона в другой. [227] Меняющийся ландшафт и непредсказуемость погоды создают новые проблемы в Арктике. [230] Исследователи задокументировали исторические и текущие тропы, проложенные инуитами, в Атласе троп инуитов , обнаружив, что изменение в формировании и распаде морского льда привело к изменениям в маршрутах троп, проложенных инуитами. [231]
Трансполярный морской путь – это будущий арктический морской путь, проходящий от Атлантического океана до Тихого океана через центр Северного Ледовитого океана. Маршрут также иногда называют Трансарктическим маршрутом. В отличие от Северо-Восточного пути (включая Северный морской путь ) и Северо-Западного пути он в значительной степени избегает территориальных вод арктических государств и находится в международном открытом море. [232]
Правительства и частный бизнес проявляют растущий интерес к Арктике. [233] Открываются новые крупные морские пути: в 2011 году по Северному морскому пути было 34 перехода, а по Северо-Западному проходу — 22 перехода, что больше, чем когда-либо в истории. [234] Судоходные компании могут извлечь выгоду из сокращения расстояния этих северных маршрутов. Доступ к природным ресурсам увеличится, включая ценные полезные ископаемые и морскую нефть и газ. [227] Поиск и контроль этих ресурсов будет затруднен из-за постоянно движущегося льда. [227] Туризм также может увеличиться, поскольку уменьшение количества морского льда повысит безопасность и доступность Арктики. [227]
Таяние арктических льдов, вероятно, приведет к увеличению трафика и коммерческой жизнеспособности Северного морского пути. В одном исследовании, например, прогнозируются «заметные сдвиги в торговых потоках между Азией и Европой, перенаправление торговли внутри Европы, интенсивное судоходство в Арктике и существенное сокращение Суэцкого судоходства. угрожает экосистеме Арктики». [235]
Отдельные страны Арктической зоны, Канада , Дания (Гренландия), Финляндия , Исландия , Норвегия , Россия , Швеция и США ( Аляска ) проводят независимые исследования через различные организации и агентства, государственные и частные, такие как Российская Арктическая организация . и Антарктический научно-исследовательский институт . Страны, которые не имеют претензий на Арктику, но являются близкими соседями, также проводят арктические исследования, например, Китайское управление Арктики и Антарктики (CAA). Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (НОАА) ежегодно выпускает « Арктический отчет» , содержащий рецензируемую информацию о недавних наблюдениях за условиями окружающей среды в Арктике в сравнении с историческими данными. [14] [15]
Международные совместные исследования между странами становятся все более важными:
Ледниковый щит Гренландии будет таять быстрее в более теплом климате и, вероятно, исчезнет – за исключением остаточных ледников в горах – если среднегодовая температура в
Гренландии
увеличится более чем примерно на 3
°C
.
Это повысит глобальный средний уровень моря на 7 метров в течение 1000 лет или более.
Здесь мы показываем, что концентрации парниковых газов, вероятно, достигнут уровня до 2100 года, достаточного для того, чтобы температура превысила этот порог потепления.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Медведи гризли спариваются с белыми медведями.
Рыжие лисицы побеждают песцов.
Экзотические болезни проникают в некогда изолированные полярные царства.
Это лишь некоторые из тревожных явлений, происходящих сейчас, когда температура в Арктике резко возрастает, а Северный Ледовитый океан, некогда непроницаемый барьер, тает.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )Российские ученые подсчитали, что может произойти, когда эта сибирская вечная мерзлота полностью оттает и весь накопленный газ выйдет наружу.
Они полагают, что содержание метана в атмосфере планеты увеличится в двенадцать раз.