Наиболее характерной особенностью поверхности Северного Ледовитого океана и прилегающих морей является его ледяной покров, который прибывает и убывает с сезонами, а также изменения размеров и толщины в межгодовом и длительном масштабе времени. Эти изменения, хотя и обусловлены климатом, сами по себе влияют на атмосферные и гидрографические условия в высоких широтах в различных временных масштабах. Наблюдения последних нескольких десятилетий свидетельствуют о значительном ускорении отступления и истончении арктического ледяного покрова. На основе моделирования климата Северный Ледовитый океан может освободиться от льда примерно в 2040г.
Сокращение площади морского льда будет способствовать сильному потеплению Арктики с помощью механизма обратной связи по ледовому дну и может повлиять на погодные системы за пределами Арктики. Изменения ледяного покрова и притока пресной воды из Северного Ледовитого океана также могут повлиять на циркуляцию в Северной Атлантике, что оказывает глубокое влияние на климат в Европе и Северной Америке. Продолжающееся отступление льда ускорит береговую эрозию вследствие усиления действия волн и окажет каскадное воздействие на продовольственную сеть Северного Ледовитого океана, включая таких хищников, как белые медведи и тюлени. Это отразится на местных популяциях людей, добывающих ледяные породы. В последние годы уже наблюдалось вторжение экзотической планктонной биоты в высокую Арктику, в то время как некоторые тихоокеанские плактоны впервые за 800 тыс.лет проникли через Арктику в Северную Атлантику. Еще одним последствием сокращения ледовой обстановки является расширение доступа моряков к Северному Ледовитому океану. Предоставляя возможности для коммерческого судоходства и эксплуатации природных ресурсов, это вызывает широкий круг экологических проблем, таких как загрязнение и нарушение естественной среды обитания.
Ледовитость, толщина и протяженность льда
Арктический морской ледовый покров достигает максимальной сезонности в марте и сокращается весной и летом до минимума в сентябре. За период надежных спутниковых наблюдений экстремальные значения ледовитости Северного полушария, определяемые как регион океана с ледовитостью не менее 15%, составляют 16,44*106 км2 за март 1979 г. и 4,28*106 км2 за сентябрь 2007 г. Ледяной покров можно широко разделить на многолетнюю ледовую зону, где лед присутствует круглый год, и сезонную ледовую зону, где лед присутствует только сезонно. Значительная часть арктического морского льда является многолетней, которая сильно отличается от антарктического, почти все сезонного льда. Зимой концентрации льда в многолетней ледовой зоне обычно превышают 97%, а летом - 85-95%. Концентрации морского льда в сезонной ледовой зоне сильно варьируются и в целом (но не всегда) уменьшаются в сторону южной окраины морского льда.
Толщина морского льда, которая заметно варьируется как во времени, так и в пространстве, может быть описана распределением вероятностей. Для Северного Ледовитого океана в целом пик этого распределения обычно отмечался на отметке около 3 м, но есть все больше доказательств того, что сокращение площади льда за последние десятилетия сопровождалось значительным истончением. Хотя можно определить множество различных типов морского льда, эти две основные категории таковы:
- лед первого года, представляющий собой однолетний прирост,
- многолетний лед, переживший один или несколько тающих сезонов.
Осенью в сезонных открытых водах, в основном над континентальным шельфом, образуется новый лед, который затем транспортируется в центральную часть Арктического бассейна и может утолщаться в результате донного роста. Недеформированный лед первого года жизни может достигать 1,5-2 м в толщину. Несмотря на то, что многолетний лед, как правило, толще, лед первого года сходимости и/или сдвига может давать гребни толщиной до 20-30 метров.
Последние изменения и прогнозы на будущее
Совокупный исторический учет окраин арктических льдов показывает общее отступление сезонных льдов примерно с 1900 г. и ускоренное отступление как сезонных, так и годовых льдов в течение последних пяти десятилетий. Наиболее надежные наблюдения ведутся с 1979 года и далее. Характеристики отступления льда могут различаться в разных периодах и регионах Арктики, но общая тенденция отступления явно превышает десятилетнюю изменчивость, что согласуется с наблюдениями и моделированием концентраций льда и температуры воды 20 века. Серьезность нынешних потерь льда можно отметить взломом шельфовых ледников на северном побережье острова Элсмир, которые оставались стабильными до последнего времени по геологическим данным не менее нескольких тысяч лет. Судя по спутниковым записям, негативные тенденции в ледовитости моря охватывают все месяцы, причем наиболее сильная тенденция наблюдалась в сентябре. По оценкам Национального центра данных США по снегу и льду, сентябрьская тенденция за период 1979-2009 гг. составляет 11% в десятилетие. Условия 2007 г. служат восклицательным знаком потери льда.
Потеря льда могла быть вызвана многими факторами, такими как:
- общее потепление Арктики,
- продолжительный сезон летнего таяния,
- влияние изменения фазы крупномасштабных атмосферных процессов, таких как северный кольцевой режим и дипольная аномалия.
Эти атмосферные явления вымыли из Арктики несколько более толстый многолетний лед и оставили более тонкий лед первого года жизни, который более легко тает летом, изменили перенос тепла океана и усилили недавнее облачное покрытие поверхности. Убедительные доказательства истончения ледяного покрова дает алгоритм отслеживания льда, применяемый к спутниковым данным и данным буев, который позволяет предположить, что количество самого старого и толстого льда в многолетнем пакете значительно сократилось. Площадь Северного Ледовитого океана, покрытого преимущественно старым льдом (5 и более лет), сократилась на 56% в период 1982-2007 гг. В центральной части Северного Ледовитого океана площадь старого льда сократилась на 88%, а льда, возраст которого составляет не менее 9 лет (льда, как правило, изолированного в круговороте Бофорта), практически не осталось. Изучение распределения льдов различной толщины позволяет предположить, что это сокращение старого льда приводит к уменьшению его средней толщины в Арктике с 2,6 м в марте 1987-2,0 м в 2007 г.
Влияние потерь морского льда на климатическую систему
Сезонные изменения чистого поверхностного потока тепла, связанные с морскими процессами, модулируют перенос и обмен атмосферной энергии. Альбедо морского льда колеблется от 80%, когда он покрыт свежим снегом, до 50% в сезон летнего таяния льда, и может быть ниже в районах залегания воды на льду. Высокий альбедо и большая площадь поверхности арктического льда в сочетании с солнечной энергией, используемой для таяния льда и увеличения разумной теплосодержащей способности океана, обеспечивают прохладу арктической атмосферы в летний период. Такая более прохладная полярная атмосфера позволяет поддерживать устойчивый перенос тепла с более низких широт в Арктику в направлении полюсов. Осенью и зимой энергия, получаемая от поступающей солнечной радиации, в полярных районах невелика или вообще отсутствует. Однако потери тепла с поверхности добавляют тепло в атмосферу, снижая потребность в переносе атмосферного тепла в направлении полюса в Арктику.
Многие наблюдения показывают, что морской лед в этом регионе влияет на развитие средне- и высокоширотных циклонов из-за сильных горизонтальных градиентов температуры по краю льда. Уменьшение ледяного покрова привело, например, к уменьшению количества осадков на западе США.
