Лід Арктики: Утворення, Відхід та Зворотний Зв’язок Альбедо

Два типи морського льоду

Морський лід Арктики слідує за сильним сезонним циклом, зазвичай досягаючи максимальної поширеності приблизно у березні та мінімальної – у вересні. Але не весь лід однаковий за віком: перший рік льоду утворився з попередньої осені і є відносно тонким та солоним, тоді як багаторічний лід пережив принаймні один літній танення, втратив значну частину солі та став товстішим та міцнішим з кожним зимовим періодом виживання.

Зростання льоду: термодинамічний корінь

Утворення товстішого льоду суттєво відповідає фізичним законам, що лежать в основі проблеми Стефана для пермафриту, але відбувається у зворотному напрямку: холодний повітряний мас витягує тепло з відносно теплої води океану нижче, утворюючи новий шар льоду на межі льоду та води.

h ≈ sqrt(2 · k · ΔT · t / (ρ · L))     simplified ice-growth relation

h  = ice thickness
k  = thermal conductivity of ice
ΔT = temperature difference (freezing point − air temperature)
ρ  = density of ice, L = latent heat of fusion

h grows with sqrt(t) — thin ice grows fast, thick ice grows slowly

Альбедо зворотний зв’язок

Свіжий морський лід і сніг відбивають значну частку надходження сонячної енергії, зазвичай 50-90%, залежно від ступеня свіжості та покриття снігом, тоді як відкрита океанічна вода поглинає приблизно 90% сонячного світла, що на неї потрапляє. Ця контрастність створює потужний позитивний зворотний зв’язок: будь-яке літо, яке призводить до більшого танення льоду, відкриває більше темної води, яка поглинає додаткове сонячне тепло, що, в свою чергу, викликає ще більше танення льоду наступного сезону, розкриваючи ще більше темної води. Цей зворотний зв’язок альбедо є однією з основних причин, чому Арктика нагрівається в два-чотири рази швидше, ніж середній показник для всієї планети, явище, яке відоме як арктичне підсилення.

Чому старе льодяне покриття має більше значення, ніж його площа

Один із максимальних обсягів льодовика під час зими може виглядати впевнено, навіть якщо під ним ослаблюється загальна маса льоду, оскільки площа сама по собі не дає жодної інформації про товщину або вік. Частка льодовика, що складається з багаторічного льодяного покриття, неухильно зменшувалася протягом десятиліть; залишається все менше тонкого, солоного льоду першого року формування, який набагато більш вразливий до повного танення в один теплий літній сезон. Саме тому науковці-кліматологи відстежують мінімум у вересні та об’єм багаторічного льодяного покриття як більш значущі довгострокові сигнали, а не лише максимальну площу під час зими.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Arctic Ice Simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.