Торосы являются характерной особенностью арктического морского льда, препятствием для судоходства, а также важнейшим компонентом экосистемы.

В недавно опубликованном в журнале Nature Climate Change исследовании эксперты из Института Альфреда Вегенера сообщают об этой тенденции и анализируют данные наблюдений, полученные за три десятилетия воздушных съемок.

Спутниковые данные за последние три десятилетия свидетельствуют о резких изменениях арктического морского льда в связи с изменением климата: площадь, покрытая льдом летом, неуклонно сокращается, льдины становятся тоньше и движутся быстрее. До недавнего времени было неясно, как это отразилось на характерных торосах давления, поскольку надежно наблюдать за ними из космоса стало возможным только в последние несколько лет.

Гребни давления образуются в результате бокового давления на морской лед. Ветер или океанские течения могут укладывать льдины, образуя торосы метровой толщины. Часть торосов, которая через каждые несколько сотен метров разбивает гладкую поверхность льда, выступающую над водой, называется парусом и составляет от одного до двух метров. Еще более впечатляющим является киль ниже ватерлинии, который может простираться до 30 метров и создавать непроходимое препятствие для судоходства.

Торосы влияют не только на энергетический и массовый баланс морского льда, но и на биогеохимический цикл и экосистему: когда их паруса подхватывает ветер, льдины могут перемещаться по всей Арктике. Белые медведи используют торосы как источник защиты для зимовки или рождения потомства. Кроме того, эти структуры обеспечивают защиту связанным со льдом организмам на различных трофических уровнях и способствуют турбулентному перемешиванию воды, что повышает доступность питательных веществ.

Группа исследователей из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI), провела повторную обработку и анализ лазерных данных, полученных в ходе 30-летних исследовательских полетов над арктическими льдами. Исследовательские полеты, охватывающие в общей сложности около 76 000 километров, впервые показали, что частота встречаемости гребней давления к северу от Гренландии и в проливе Фрам уменьшается на 12,2%, а их высота — на 5% за десятилетие. Данные из моря Линкольна, где, как известно, скапливаются особенно старые льды, рисуют похожую картину: здесь их частота уменьшается на 14,9%, а высота — на 10,4% за десятилетие.

До сих пор оставалось неясным, как меняются торосы давления, — говорит д-р Томас Крумпен, эксперт по морскому льду из AWI и главный автор исследования.

Все большая часть Арктики состоит из льда, который тает летом и возраст которого не превышает одного года. Такой молодой и тонкий лед легче поддается деформации и быстрее образует новые торосы. Поэтому можно ожидать, что их частота возрастет. Тот факт, что количество торосов уменьшается, объясняется резким таянием старых льдин.

Лед, переживший несколько летних периодов, характеризуется особенно большим количеством торосов давления, поскольку он подвергался высокому давлению в течение более длительного периода времени. Потеря этого многолетнего льда настолько велика, что мы наблюдаем общее снижение частоты возникновения торосов давления, хотя тонкий молодой лед легче поддается деформации.

Чтобы сделать выводы об общеарктических изменениях, исследователи объединили все данные наблюдений и разработали метрику. Затем, с помощью спутниковых данных, они применили ее к Арктике в целом.

Как правило, мы видим наибольшее уменьшение торосов давления в тех местах, где возраст льда уменьшился больше всего, — резюмирует профессор Кристиан Хаас, руководитель отдела физики морского льда в AWI.

Значительные изменения наблюдаются в море Бофорта, а также в Центральной Арктике. Оба региона сейчас частично свободны ото льда летом, хотя раньше в них преобладал лед, возраст которого составлял не менее пяти лет.

Для исследования отдельные торосы давления и их высота были точно измерены и проанализированы во время обзорных полетов. Это стало возможным благодаря полетам на низком уровне (менее 100 метров над поверхностью) и высокой скорости сканирования лазерных датчиков, что позволило создать модели рельефа. AWI начал проводить научные полеты над морским льдом в начале 1990-х годов, стартуя со Шпицбергена. Тогда институт опирался на два самолета Dornier DO228, Polar 2 и Polar 4; с тех пор их сменили два Basler BT-67, Polar 5 и Polar 6. Специально оборудованные для полетов в экстремальных условиях полярных регионов, они могут быть оснащены различными датчиками. С помощью этих самолетов ученые дважды в год обследуют льды к северу от Гренландии, Шпицбергена и Канады. Но бортовые вертолеты ледокола Polarstern также являются частью программы мониторинга.

Для того чтобы оценить непосредственное влияние наблюдаемых изменений на арктическую экосистему, необходимо разработать модели, способные отражать как физические, так и биологические процессы в морском льду разного возраста. Хотя мы знаем, что торосы являются домом для целого ряда организмов, нам все еще не хватает более глубокого понимания роли возраста торосов. А ведь этот аспект особенно важен, поскольку процент торосов, не переживших своего первого лета, растет. Еще одна загадка: несмотря на то, что размер и частота встречаемости торосов уменьшились, скорость дрейфа арктических льдов в целом возросла.

Как объясняет физик по морскому льду из AWI доктор Луиза фон Альбедилл, которая участвовала в исследовании:

На самом деле, лед должен дрейфовать медленнее, когда паруса уменьшаются, поскольку уменьшается площадь для передачи импульса. Это указывает на то, что существуют и другие изменения, которые приводят к противоположному эффекту. Возможно, этому способствуют более сильные океанские течения или более гладкая подложка льда из-за более интенсивного таяния. Чтобы ответить на эти открытые вопросы и лучше разобраться в сложных взаимосвязях, мы выложили весь набор данных в открытый архив (Link zu PANGAEA), чтобы другие исследователи могли использовать его и интегрировать в свои исследования.

На следующее лето запланирована экспедиция на исследовательском судне «Поларштерн», целью которой будет изучение биологических и биогеохимических различий между плавунами и хребтами давления разного возраста и происхождения. В то же время будут проведены обширные воздушные съемки с помощью исследовательского самолета. По словам Томаса Крумпена:

Сочетая наблюдения с корабля и с воздуха, мы надеемся получить более глубокое представление о сложных взаимодействиях между морским льдом, климатом и экосистемой, поскольку мы сможем разработать эффективные стратегии по сохранению и устойчивому использованию Арктики только после того, как лучше поймем экологическую систему региона.

Ранее ученые сообщили, как изменение арктического климата изменит будущее планеты.