Ледник Туэйтс — это ледяная крепость размером больше штата Флорида, стена льда, возвышающаяся почти на 4000 футов над ложем Западной Антарктиды, которая защищает позади себя низменную ледяную шапку.
Однако теплые океанские течения подтачивают его основание и ускоряют его сползание в море Амундсена. Ученые опасаются, что в ближайшие десятилетия эти воды могут обрушить стены, спровоцировав неконтролируемый процесс, который приведет к распаду Западно-Антарктического ледникового щита.
Это ознаменовало бы начало глобальной климатической катастрофы. Сам ледник содержит достаточно льда, чтобы поднять уровень моря более чем на два фута, что грозит затоплением прибрежных районов и вынудит десятки миллионов людей, живущих на низменностях, покинуть свои дома.
Потеря всего ледникового щита — хотя это может занять еще столетия — приведет к подъему уровня моря на 11 футов и перекроит очертания континентов.
Именно поэтому Туэйтс известен как «ледник Судного дня», и ученые стремятся понять, насколько вероятен такой коллапс, когда он может произойти и есть ли у нас возможность его остановить.
Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Дартмутского колледжа в прошлом году основали Инициативу Arête Glacier Initiative (Arête) в надежде дать более четкие ответы на эти вопросы. Некоммерческая научно-исследовательская организация официально представит себя, запустит свой веб-сайт и опубликует заявки на исследовательские предложения сегодня, 21 марта, приурочив это ко Всемирному дню ледников под эгидой ООН, о чем MIT Technology Review эксклюзивно сообщает.
Arête также объявит о выделении первых грантов в размере около 200 000 долларов каждый на двухлетний период двум исследователям ледников из Висконсинского университета в Мадисоне.
Одна из главных целей организации — изучить возможность предотвращения таяния гигантских ледников, в частности Туэйтса, путем их повторного замораживания к ложу. Это представляет собой радикальное вмешательство в природный мир, требующее масштабного и дорогостоящего инженерного проекта в отдаленной и опасной среде.
Однако существует надежда, что такой мегаадаптационный проект может минимизировать массовое перемещение климатических беженцев, предотвратить значительную часть страданий и насилия, которые почти наверняка его сопровождали бы, и помочь странам сохранить триллионы долларов, инвестированных в небоскребы, дороги, жилье, порты и аэропорты по всему миру.
«Примерно миллион человек вынуждены мигрировать на каждый сантиметр повышения уровня моря», — говорит Брент Минчеу, адъюнкт-профессор геофизики MIT, соучредитель Arête Glacier Initiative и ее главный научный сотрудник. «Если нам удастся снизить это число, даже на несколько сантиметров, мы защитим дома миллионов людей».
Однако некоторые ученые считают эту идею нереализуемым, безумно дорогим отвлечением ресурсов, оттягивающим деньги, экспертизу, время и ресурсы от более насущных полярных исследований.
«Иногда мы становимся слишком оптимистичными относительно того, что может сделать инженерия», — отмечает Твилла Мун, заместитель ведущего научного сотрудника Национального центра данных по снегу и льду в Университете Колорадо в Боулдере.
«Два возможных сценария»
Минчеу, получивший докторскую степень по геофизике в Калтехе, говорит, что его привлекло изучение ледников, поскольку они стремительно трансформируются по мере глобального потепления, увеличивая опасность повышения уровня моря.
«Но со временем я перестал довольствоваться простым более драматичным изложением происходящего и стал более открыт к вопросу о том, что мы можем с этим сделать», — говорит Минчеу, который этим летом вернется в Калтех в качестве профессора.
В марте прошлого года он соучредил Arête Glacier Initiative вместе с Колином Мейером, доцентом инженерии в Дартмуте, с целью финансирования и направления исследований для улучшения научного понимания двух больших вопросов: насколько велик риск повышения уровня моря в ближайшие десятилетия и можно ли этот риск минимизировать?
«Филантропическое финансирование необходимо для решения обеих этих проблем, поскольку частный сектор не предоставляет финансирования для таких исследований, а государственное финансирование ничтожно мало», — говорит Майк Шропфер, бывший технический директор Meta, ставший климатическим филантропом, который предоставил финансирование Arête через свою новую организацию Outlier Projects.
Некоммерческая организация на данный момент собрала около 5 миллионов долларов от Outlier и других доноров, включая Navigation Fund, Kissick Family Foundation, Sky Foundation, Wedner Family Foundation и Grantham Foundation.
Минчеу говорит, что они назвали организацию Arête главным образом в честь острого горного хребта между двумя долинами, который обычно остается после того, как ледник вырезает цирки по обе стороны. Он направляет движение ледника и формируется им.
Это должно символизировать «два возможных сценария», — говорит он. «Один, если мы что-то предпримем; другой — если мы не предпримем ничего».
Улучшение прогнозов
В некоторой степени обнадеживает тот факт, что даже при повышении глобальных температур Западно-Антарктический ледяной щит может полностью растаять еще через тысячи лет.
Кроме того, прогнозы повышения уровня моря на этот век, согласно последнему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, варьируются от 0,28 метра (11 дюймов) до 1,10 метра (около трех с половиной футов). Последний сценарий возможен только при очень высоких выбросах парниковых газов (SSP5-8.5), что значительно превышает путь, по которому сейчас движется мир.
Однако в докладе добавляется, что существует «небольшая вероятность» того, что уровень моря может подняться почти на два метра (около шести с половиной футов) к 2100 году, что «нельзя исключать» из-за «глубокой неопределенности, связанной с процессами ледникового щита».
Два метра подъема уровня моря могут вынудить почти 190 миллионов человек мигрировать из прибрежных районов, если только регионы не построят дамбы или другие виды береговой защиты, согласно некоторым моделям. Многие другие люди, в основном в тропиках, столкнутся с повышенной вероятностью наводнений.
Значительная часть неопределенности относительно того, что произойдет в этом столетии, связана с ограниченным пониманием учеными того, как антарктические ледяные щиты отреагируют на растущее климатическое давление.
Первоначальная цель Arête Glacier Initiative — помочь сузить диапазоны прогнозов, улучшив наше понимание того, как движутся, тают и раскалываются Туэйтс и другие ледники.
Гравитация — движущая сила, подталкивающая ледники по ложу и изменяющая их форму по мере течения. Но многие переменные, определяющие скорость их скольжения, находятся у основания. Сюда входит тип отложений, по которым скользит ледяная река; размер валунов и выступов, которые он огибает; а также теплота и сила океанских вод, омывающих его лицо.
Кроме того, тепло, поднимающееся из недр земли, нагревает лед, ближайший к поверхности, создавая смазывающий слой воды, который ускоряет скольжение ледника. Это ускорение, в свою очередь, генерирует больше тепла от трения, которое растапливает еще больше льда, создавая эффект положительной обратной связи.
Минчеу и Мейер уверены, что поле гляциологии достигло точки, когда оно может ускорить прогресс в прогнозировании повышения уровня моря, во многом благодаря совершенствованию наблюдательных инструментов, которые производят все больше и лучшие данные.
К ним относится новое поколение спутников, вращающихся вокруг планеты, которые могут отслеживать меняющуюся форму льда на полюсах с гораздо более высоким разрешением, чем в недавнем прошлом. Компьютерное моделирование ледяных щитов, ледников и морского льда также улучшается благодаря растущим вычислительным ресурсам и развивающимся методам машинного обучения.
21 марта Arête опубликует запрос предложений от исследовательских групп для участия в усилиях по сбору, организации и открытой публикации существующих данных наблюдений за ледниками. Большая часть этой дорогостоящей информации в настоящее время недоступна для исследователей по всему миру, говорит Минчеу.
Финансируя команды, работающие в этих областях, основатели Arête надеются помочь в создании более точных моделей ледниковых щитов и более узких прогнозов повышения уровня моря.
Это улучшенное понимание поможет городам планировать, где строить новые мосты, здания и жилье, а также определять, нужно ли будет возводить более высокие волнорезы или поднимать дороги, говорит Мейер. Это также может предоставить сообществам больше времени для оповещения об опасности, позволяя им организованно перемещать людей и инфраструктуру в более безопасные места с помощью процесса, известного как управляемое отступление.
Радикальное вмешательство
Однако улучшенные прогнозы также могут сообщить нам, что Туэйтс находится ближе к падению в океан, чем мы думали, подчеркивая важность рассмотрения более радикальных мер.
Одна из идей заключается в строительстве берм или искусственных островов для поддержки хрупких участков ледников и блокирования теплой воды, поднимающейся из глубин океана и растапливающей их снизу. Некоторые исследователи также рассматривали возможность установки гигантских гибких занавесей, закрепленных на морском дне, для достижения последнего эффекта.
Другие предлагали рассеивать высокоотражающие гранулы или другие материалы по ледяным щитам, либо перекачивать океанскую воду на них в надежде, что она замерзнет зимой и укрепит верхние кромки ледников.
Но концепция повторной заморозки ледников на месте, известная как базальное вмешательство, набирает популярность в научных кругах, отчасти потому, что для нее существует природный аналог.
Ледник, который остановился
Около 200 лет назад ледяной поток Камба (Kamb Ice Stream), еще один ледник в Западной Антарктиде, который скользил со скоростью около 350 метров (1150 футов) в год, внезапно остановился.
Гляциологи полагают, что соседний ледяной поток пересекся с водосборным районом под ледником, предоставив воде, текущей под ним, путь для оттока по краю. Эта потеря жидкости, вероятно, замедлила ледяной поток Камба, уменьшила тепло, выделяемое трением, и позволила воде на поверхности снова замерзнуть.
Замедление ледника породило идею о том, что люди могут намеренно вызвать это же явление, возможно, пробурив серию скважин до самого ложа и откачивая воду снизу.
Сам Минчеу сосредоточился на вариации, которая, по его мнению, потребует меньше энергии и позволит избежать использования большей части тяжелой техники: погружение длинных трубчатых устройств, известных как термосифоны, почти до самого дна скважин.
Эти пассивные теплообменники, работающие исключительно за счет разницы температур между двумя областями, обычно используются для сохранения мерзлоты вокруг домов, зданий и трубопроводов в арктических регионах. Надежда состоит в том, чтобы развернуть чрезвычайно длинные термосифоны, достигающие двух километров в длину и заключенные в стальную трубу, чтобы отводить тепло от основания ледника, позволяя воде под ним замерзнуть.
Минчеу заявляет, что находится в процессе уточнения расчетов, но оценивает, что для остановки Туэйтса может потребоваться бурение до 10 000 скважин на площади 100 квадратных километров.
Он охотно признает, что это будет огромное предприятие, но приводит два сравнения, чтобы представить этот проект в контексте: растопка необходимого количества льда для создания этих отверстий потребует примерно такого же количества энергии, которое потребляют все внутренние авиарейсы США из реактивного топлива примерно за два с половиной часа. Или это создаст примерно такой же уровень выбросов парниковых газов, как строительство 10 километров волнорезов, что составляет малую долю от длины, которую миру придется возвести, если он не сможет замедлить коллапс ледяных щитов, говорит он.
«Подтолкнуть систему»
Одним из первых грантополучателей Arête является Марианна Хазелофф, доцент наук о Земле из Висконсинского университета в Мадисоне. Она изучает физические процессы, управляющие поведением ледников, и стремится более точно отразить их в моделях ледниковых щитов.
Хазелофф заявляет, что использует эти средства для разработки математических методов, которые могли бы более точно определять так называемое базальное напряжение сдвига, или сопротивление ложа скольжению ледников, на основе спутниковых наблюдений. Это может помочь уточнить прогнозы того, как быстро ледники будут сползать в океан при различных условиях и климатических сценариях.
Второй грант Arête получит Лукас Зёэт, доцент того же факультета, что и Хазелофф, и главный исследователь группы поверхностных процессов.
Он намерен использовать средства для строительства второго в лаборатории устройства «кольцевого сдвига» — технического термина для симуляции ледника.
Существующее устройство, единственное работающее в мире, имеет высоту около восьми футов и занимает большую часть морозильной камеры в кампусе. Сердцевина машины представляет собой прозрачный барабан, заполненный кольцом льда, находящегося под давлением на слое отложений. Он медленно вращается в течение нескольких недель, в то время как датчики и камеры фиксируют движение и деформацию льда и земли.
Исследовательская группа может выбирать отложения, топографию, давление воды, температуру и другие условия, чтобы они соответствовали среде реального ледника, будь то Туэйтс сегодня или Туэйтс в 2100 году при сценарии высоких выбросов парниковых газов.
Зёэт утверждает, что эти эксперименты обещают улучшить наше понимание того, как ледники перемещаются по различным типам ложа, и уточнить уравнение, известное как закон скольжения (slip law), который математически описывает эту динамику ледников в компьютерных моделях.
Вторая машина позволит им проводить больше экспериментов и выполнять особый тип, который существующее устройство не может: масштабируемую, контролируемую версию базального вмешательства.
Зёэт говорит, что команда сможет бурить крошечные отверстия через лед, а затем откачивать воду или отводить тепло от ложа. Затем они смогут наблюдать, замерзает ли симулированный ледник к основанию в этих точках, и экспериментировать с тем, сколько вмешательств в каком пространстве требуется для замедления его движения.
Это предлагает способ проверки различных вариантов базального вмешательства, который намного проще и дешевле, чем использование водяных буров для проникновения на дно настоящего ледника в Антарктиде, говорит Зёэт. Финансирование позволит лаборатории провести широкий спектр экспериментов, дав им возможность «подтолкнуть систему так, как мы не могли раньше», добавляет он.
«Практически невозможно»
Концепция ледниковых вмешательств находится на зачаточной стадии. Остается значительное число неизвестных и неопределенностей, включая стоимость, сложность такого предприятия и то, какой подход будет наиболее вероятным для успеха — или вообще хоть какой-то осуществимый.
«На данный момент это в основном теоретическая идея», — отмечает Кэтрин Рике, доцент Калифорнийского университета в Сан-Диего, изучающая международно-правовые последствия геоинженерии, среди прочего.
Проведение обширных полевых испытаний или переход к полномасштабным вмешательствам также может потребовать решения сложных правовых вопросов, говорит она. Антарктида не принадлежит ни одной нации, но является предметом территориальных претензий ряда стран и регулируется договором, заключенным десятилетия назад, участниками которого являются десятки стран.
Базальное вмешательство — замораживание ледника на ложе — сталкивается с многочисленными техническими препятствиями, которые сделают его «практически невыполнимым» по мнению Мун и десятков других исследователей, утверждавших это в недавней препринт-статье «Защита полярных регионов от опасной геоинженерии».
Среди других критических замечаний они подчеркивают, что подледниковые водные системы сложны, динамичны и взаимосвязаны, что затрудняет точное определение и бурение всех необходимых точек для отвода достаточного количества воды или тепла, чтобы существенно замедлить движение массивного ледника.
Более того, они утверждают, что вмешательства могут нанести вред полярным экосистемам из-за добавления загрязняющих веществ, производства парниковых газов или изменения структуры льда такими способами, которые могут даже увеличить подъем уровня моря.
«Подавляющее большинство идей по геоинженерии ледников и полярных областей не имеют смысла с точки зрения финансов, проблем управления, последствий», и возможности усугубить ситуацию», — говорит Мун.
«Нет простого пути вперед»
Однако Дуглас МакЭйлал, почетный профессор гляциологии Чикагского университета, утверждает, что базальное вмешательство будет иметь наименьшее воздействие на окружающую среду среди конкурирующих идей. Он добавляет, что сама природа уже предоставила пример его работоспособности, и что большая часть необходимого оборудования для бурения и перекачки уже используется в нефтяной промышленности.
«Я бы сказал, что это самый сильный подход на старте», — говорит он, «но мы пока почти ничего о нем не знаем. Исследования еще предстоит провести. Это очень передовое направление».
Минчеу охотно признает, что существуют большие проблемы и значительные неизвестные — и что некоторые из этих идей могут не сработать.
Но он говорит, что стоит приложить усилия для изучения этих возможностей, отчасти потому, что большая часть исследований улучшит наше понимание динамики ледников и рисков повышения уровня моря, — а отчасти потому, что это лишь вопрос времени, а не «если» Туэйтс рухнет.
Даже если бы мир внезапно остановил все выбросы парниковых газов, силы, растапливающие эту ледяную цитадель, продолжат действовать.
Так или иначе, миру в конечном итоге потребуется предпринять масштабные, дорогостоящие и сложные меры для защиты людей и инфраструктуры. Стоимость и усилия одного проекта в Антарктиде, по его словам, меркнут по сравнению с глобальными усилиями, необходимыми для возведения тысяч миль волнорезов, подъема домов, зданий и дорог, а также переселения сотен миллионов людей.
«Одно дело — сложное, а другое — еще сложнее, — говорит Минчеу. — Простого пути вперед нет».
