Unsicherheiten beim Anstieg des Meeresspiegels: Warum alle Augen auf die Antarktis gerichtet sind

Donald Slater

Vor einigen Jahren erregte ein Eisschildmodell Aufmerksamkeit, als es viel schnellere Verluste des antarktischen Eises und anschließend einen schnelleren Anstieg des Meeresspiegels prognostizierte. Zu verstehen, wie schnell die Antarktis Eis in den Ozean schüttet, ist das größte Problem in der Meeresspiegelwissenschaft – das derzeitige Spektrum an Möglichkeiten ist riesig und umfasst bemerkenswerte Raten des Anstiegs des Meeresspiegels, die über Jahrhunderte andauern, sobald sie begonnen haben. Und diese Art von Möglichkeiten hat enorme Auswirkungen auf Gesellschaften auf der ganzen Welt.

Das Eisschildmodell, das störende Projektionen erzeugte, enthielt neue physikalische Prozesse in seinen Gleichungen – sie waren offensichtlich wirkungsvoll, aber ihre Bedeutung in der realen Welt bleibt ungewiss. Spätere Forschungen werfen Zweifel an den extremsten Szenarien auf, aber die Kristallkugel der Antarktis ist nicht viel klarer geworden.

Ein paar neue Studien, die diese Woche in Nature veröffentlicht wurden, markieren einen neuen Stand der Technik in der Eismodellierung. Es gibt immer noch große Fragen darüber, was wir erwarten können, und daher ist die Planung eines künftigen Anstiegs des Meeresspiegels immer noch eine Frage der Abwägung des Risikos unter Unsicherheit.

Instabilitäten

Die erste Studie – geleitet von Robert DeConto an der University of Massachusetts Amherst – beschreibt die neueste Version dieses besorgniserregenden antarktischen Modells, das wir zu Beginn erwähnt haben. Das Modell versucht, den spontanen Einsturz übermäßig hoher Eisklippen an der Vorderseite von Gletschern sowie die druckbedingte Ausdehnung tiefer Risse, die sich mit Schmelzwasser füllen, zu erklären. Die Wirkung dieser Prozesse kann in Umgebungen wie der Westantarktischen Eisdecke verstärkt werden, in denen sich signifikante Bereiche des Gletschereises auf einem Grundgestein befinden, das in der Höhe abfällt, wenn Sie sich landeinwärts bewegen – und schließlich weit unter den Meeresspiegel fallen. Sobald sich das Eis in dieser Situation destabilisiert, kann Wasser darunter gelangen und sich unaufhaltsam zurückziehen, bis das Grundgestein wieder ansteigt.

Dem Modell wurden mehrere Treibhausgasemissionsszenarien zugeführt, die für die jüngsten internationalen Gespräche relevant waren: Futures, in denen die Erwärmung bei 1,5 ° C, 2 ° C und 3 ° C gestoppt wird (für die wir uns derzeit auf dem richtigen Weg befinden). Dem Modell wurde auch ein Szenario zugeführt, in dem die unverminderte Erwärmung vor Ende dieses Jahrhunderts 4 ° C überschreitet. Interessanterweise enthält es auch eine Reihe von Szenarien, in denen wachsende Emissionen zum Stillstand kommen und plötzlich in die aktive Entfernung von atmosphärischem CO übergehen2 im Jahr 2030, 2040 oder 2050 und so weiter.

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Aufgrund der Unsicherheit bei einigen simulierten Prozessen wie Instabilität der Eisklippen und Hydrofracking wurden fast 200 Konfigurationen des Modells verwendet, wobei die Knöpfe jeweils leicht unterschiedlich gedreht waren. Jede Konfiguration wurde verworfen, wenn sie keine enge Übereinstimmung mit mehreren historischen Perioden simulieren konnte, so dass etwa 110 Konfigurationen übrig blieben, um eine Reihe von Ergebnissen für jedes Treibhausgasemissionsszenario bereitzustellen.

Insgesamt haben die Überarbeitungen in der neuesten Version offenbar zu Simulationen geführt, die zumindest etwas weniger extreme Eisverlustraten erzeugen. Das 3 ° C-Erwärmungsszenario springt als Übergangspunkt heraus. Bei einer auf 1,5 oder 2 ° C begrenzten Erwärmung ist die Rate des Eisverlusts in der Antarktis in diesem Jahrhundert nahezu linear. In beiden Szenarien mit höherer Erwärmung schaltet der Eisverlust um 2060 in einen anderen Gang, da erhebliche Teile der Eisdecke destabilisiert werden. Dies gilt auch für Szenarien, in denen wir der 3 ° C-Flugbahn folgen, CO jedoch aggressiv entfernen2 irgendwann aus der Atmosphäre nach dem die 2060er Jahre. Trotz dieser Bemühungen verdoppelt sich der Eisverlust in der Antarktis bis 2100.

Simulierte Szenarien, am wenigsten Erwärmung oben, am meisten Erwärmung unten.  Die rote Linie (linke Achse) zeigt die Rate des antarktischen Beitrags zum Anstieg des Meeresspiegels in Millimetern pro Jahr.  Die blaue Schattierung (rechte Achse) zeigt die Summe in Metern.
Vergrößern /. Simulierte Szenarien, am wenigsten Erwärmung oben, am meisten Erwärmung unten. Die rote Linie (linke Achse) zeigt die Rate des antarktischen Beitrags zum Anstieg des Meeresspiegels in Millimetern pro Jahr. Die blaue Schattierung (rechte Achse) zeigt die Summe in Metern.

In den Szenarien mit 1,5 und 2 ° C trägt die Antarktis (im Durchschnitt) bis 2100 etwa 8 Zentimeter zum Anstieg des Meeresspiegels bei und bis 2200 etwas mehr als 50 Zentimeter. Im Szenario mit 3 ° C sind es etwa 15 Zentimeter bis 2100 und 80 Zentimeter bis 2200.

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Im Szenario mit den höchsten Emissionen steigen diese Zahlen bis 2100 und weit über 30 Zentimeter fünf Meter bis 2200.

Emulieren Sie dieses Verhalten nicht

Die zweite Studie – geleitet von Tamsin Edwards am King’s College London, an dem jedoch insgesamt 84 Autoren beteiligt sind – hat einen globalen Fokus. Da es mehrere Gruppen gibt, die Klimamodelle verschiedener Art erstellen, gibt es häufig „Vergleichsprojekte“, bei denen jedes Modell dieselbe Reihe von Simulationen ausführt, sodass die Ergebnisse direkt vergleichbar sind. Dies wurde in den letzten Jahren für Gletschereismodelle durchgeführt.

Wie eine ähnliche Studie, die wir behandelt haben, verwendet diese eine “Emulation” -Technik, die die Statistik extrahiert Eigenschaften der Modellergebnisse, damit sie auf neue Weise analysiert werden können, ohne dass neue Simulationen ausgeführt werden müssen. Ein Grund dafür ist, dass der nächste IPCC-Bericht mit einem neuen Satz zukünftiger Treibhausgasemissionsszenarien erstellt wird, während diese Eisschildmodelle unter Verwendung der alten Szenarien ausgeführt wurden. Durch die Emulation können diese Ergebnisse für die geringfügigen Unterschiede zwischen den Szenarien skaliert werden. Es ermöglicht auch eine konsistente Berechnung von Fehlerbalken – nützlich für eine große Zusammenstellung wie diese.

Die durchschnittlichen Ergebnisse all dieser Modelle zeigen, dass der globale Landeisbeitrag zum Anstieg des Meeresspiegels bis 2100 im 3 ° C-Erwärmungsszenario rund 25 Zentimeter beträgt – das Szenario, für das wir uns aufgrund der aktuellen Emissionszusagen verpflichtet haben. Eine Begrenzung der Erwärmung auf 1,5 ° C, wie die Länder in Verhandlungen diskutiert haben (aber wenig Ehrgeiz zeigten), würde diesen Beitrag bis 2100 auf rund 13 Zentimeter reduzieren.

(Denken Sie daran, dass die Landeisschmelze nicht die einzige Ursache für den Anstieg des Meeresspiegels ist. Die Ausdehnung des Meerwassers während der Erwärmung ist bisher für etwa die Hälfte des Anstiegs des Meeresspiegels verantwortlich. Der letzte IPCC-Bericht prognostizierte etwa 15 bis 30 Zentimeter Meeresspiegel Anstieg des Niveaus in diesem Jahrhundert aufgrund der Wärmeausdehnung, abhängig vom Erwärmungsszenario.)

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Wenn Sie nach oben scrollen und Schwierigkeiten haben, diese Zahlen mit der ersten Studie zu verbinden, liegt dies daran, dass der durchschnittliche Beitrag der Antarktis hier gering ist – unabhängig vom Szenario etwa 4 Zentimeter. Und das oben beschriebene Modell wurde für dieses Vergleichsprojekt nicht verwendet.

Vermeiden Sie die Betrunkenen

In Anbetracht dieser Unsicherheit in der Antarktis erstellt diese Studie eine alternative Reihe von Szenarien unter Verwendung pessimistischer Annahmen für die Antarktis. Diese „risikoaversen Projektionen“ betonen die Worst-Case-Simulationen anstelle des Medians. Diese Szenarien verschieben den antarktischen Beitrag von rund vier Zentimetern auf rund 20 Zentimeter im Jahr 2100 – ähnlicher wie in unserer ersten Studie. In diesem Fall wächst der gesamte globale Landeisbeitrag zum Anstieg des Meeresspiegels von 13 bis 30 Zentimetern um 2100 auf 30 bis 48 Zentimeter.

Der niedrigere Satz von Zahlen ist den Projektionen im IPCC-Bericht 2013 ziemlich ähnlich, während der zweite Satz von Zahlen etwas höher ist. Aber es ist immer noch ein Fortschritt. Während dieser Bericht mit den Händen winken und sagen musste, dass es viel schlimmer sein könnte, wurde das Risiko eines Anstiegs des Meeresspiegels – wenn sich beispielsweise ein großer Teil des antarktischen Eises destabilisiert – in den letzten Jahren besser untersucht.

Der zukünftige Anstieg des Meeresspiegels ist jedoch grundsätzlich ungewiss. Es gibt einen Grund, warum Richard Alley (ein Autor der ersten Studie) die Gletscher der Antarktis als die „betrunkenen Fahrer“ des Anstiegs des Meeresspiegels beschrieben hat – ein geringes, aber gefährliches Risiko, mit dem wir auf den Straßen umgehen.

Das bedeutet, dass das Nachdenken über Risiken im Mittelpunkt des Gesprächs über den Anstieg des Meeresspiegels stehen muss. Die Autoren der zweiten Studie schreiben: „Angesichts dieser großen Reichweite (zwischen 13 Zentimetern) [sea level rise] unter Verwendung der Hauptprojektionen unter 1,5 Grad Celsius Erwärmung und 42 Zentimetern [sea level rise] Unter Verwendung risikoaverser Projektionen im Rahmen der derzeitigen Zusagen muss die Anpassungsplanung für den Anstieg des Meeresspiegels im 21. Jahrhundert eine Unsicherheit des Faktor-3-Beitrags zum Landeisbeitrag berücksichtigen, bis die Klimapolitik und die Reaktion der Antarktis weiter eingeschränkt werden. “

Nature, 2020. DOI: 10.1038 / s41586-021-03427-0, 10.1038 / s41586-021-03302-y (Informationen zu DOIs).

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