Endalok hafísbreiðunnar á norðurhveli?
Á liðnum vikum hefur nokkuð verið rætt um að hafísbreiðan á norðurhveli hafi aldrei verið jafnlítil. Í þessari grein verður fjallað nánar um hafís, áhrif hans á veðurfar á Íslandi, um samdrátt hafísbreiðunnar og spár um endalok hafíss á norðurhveli.
Sjá einnig frétt með myndum af hafís í Grænlandssundi.
Almennt um hafís
Hafís þekur um 8% heimshafanna einhvern tíma ársins. Veruleg árstíðasveifla er í stærð hafísbreiðunnar og er sveiflan stærri á suðurhveli. Á norðurhveli jarðar þekur hafís minnst 5-6 milljón ferkílómetra og mest 14-15 milljón ferkílómetra. Á suðurhveli þekur hafís minnst tæplega 2 milljón ferkílómetra en mest um 16 milljón ferkílómetra. Til samanburðar þá er flatarmál stærsta lands í heimi, Rússlands, rúmlega 17 milljón ferkílómetrar. Hafísþekja á hvoru hnatthveli um sig nálgast því stærð Rússlands á þeim árstíma þegar hún er mest.
Á mynd 1 sést útbreiðsla hafíss í febrúar og september. Þéttleiki hafísþekjunnar er venjulega mældur í hundraðshlutum og myndin sýnir meðalþéttleika fyrrgreindra mánaða fyrir árin 1978 til 2002. Þar sem þéttleikinn er yfir um 80% er um nokkuð samfellda hafísþekju að ræða. Þéttleikinn er svo minni á jaðrinum, á því svæði sem kalla má jaðaríssvæðið. Í febrúar er hafísþekjan í hámarki á norðurhveli jarðar en í lágmarki á suðurhveli. Í september snýst dæmið við, þá er lágmarksútbreiðsla hafíss á norðurhveli en hámarksútbreiðsla á suðurhveli.
Mynd 1 sýnir einnig að á suðurhveli jarðar getur hafísinn dreifst tiltölulega óhindraður í allar áttir frá Suðurskautslandinu, en á norðurhveli er mikill hluti hafísbreiðunnar lokaður inni í Norður-Íshafinu. Þetta hefur mikil áhrif á árstíðabundna þróun hafísbreiðunnar. Umhverfis Suðurskautslandið flyst nýmyndaður hafís auðveldlega út á hafsvæði þar sem hann bráðnar á næsta ári. Fyrir vikið er frekar lítið um gamlan hafís (þ.e. hafís sem er eldri en einsvetra) á suðurhveli. Í Norður-Íshafinu berst hafís ekki jafngreiðlega í burtu. Fyrir vikið nær hluti af nýmynduðum hafís að tóra þar til næsta vetrar og bætist í sarp eldri hafíss. Eldri hafíss er þykkari og þéttari.
Hafísmyndun verður á nokkra mismunandi vegu. Í nægu frosti kælir loftið sjóinn að frostmarki sjávar (sem er um -1,8 °C, en þessi tala er einnig háð seltu sjávarins). Þegar sjórinn hefur náð frostmarki kólnar hann ekki frekar en áframhaldandi varmatap til loftsins leiðir til þess að hann frýs og ískristallar myndast í efsta lagi hans. Þessi ís er ferskari en sjórinn sem hann myndaðist úr. Ef frost er nægilega mikið nær ísinn síðan að mynda þunnt lag á yfirborðinu. Það fer eftir aðstæðum hvernig þetta gerist. Algengt er að í öldugangi safnist ískristallarnir saman í hringlaga diska sem minna á pönnukökur. Þessir diskar geta svo frosið saman og myndað samfelldari íshellu.
Hafísmyndunin heldur áfram meðan loft er nægilega kalt og sjórinn er að tapa varma til loftsins. Hafís er hinsvegar ágætis einangrari og það dregur úr varmatapinu eftir því sem hafísþekjan er meiri og hafísinn þykkari.
Hafís getur einnig aukist á þann hátt að sjór frýs neðan á hann, en þó gengur það ferli hægar eftir því sem ísinn er þykkari. Ef þéttleikinn er 100% og hafísinn nægilega þykkur getur ísinn einangrað ískalt loftið frá sjónum og komið í veg fyrir varmaflutning á milli. Þegar þessari þykkt er náð vex hafísinn ekki frekar, því það er varmaflutningurinn milli sjávar og lofts sem heldur ísmynduninni gangandi. Þessi þykkt er nefnd jafnvægisþykkt og fer hún eftir því hversu kalt er á myndunarsvæði íssins. Í Norður-Íshafi er jafnvægisþykktin um 3 metrar og það tekur hafís nokkur ár að ná þessari þykkt.
Á suðurhveli nær hafís sjaldan jafnvægisþykkt, því megnið af honum verður ekki nægilega gamalt. Á norðurhveli geta hreyfingar hafísbreiðunnar einnig rekið hafísinn í stóra garða og við það verður hluti breiðunnar þykkari en jafnvægisþykktin. Þannig er hafís norðan við Grænland og Kanada gjarnan 3-7 metra þykkur, en dæmi eru um að hafís geti orðið allt að 20 m þykkur á þennan hátt.
Þykkasti ísinn í hafinu eru þó borgarísjakar, en þeir eru ekki frosinn sjór heldur einfaldlega jökulís sem hefur runnið í sjó fram. Borgarísjakar geta verið hundruð metra á þykkt og einstaka eru mjög víðfeðmir. Dæmi um hina síðastnefndu eru svonefndar „íseyjar“ sem brotna endrum og sinnum frá jöklum Suðurskautslandsins og Grænlands eða kanadísku norðureyjanna. Borgarísjaka rekur oft inn á Íslandsmið og getur þeirra orðið vart á öllum árstímum. Borgarísjakar eru þó ekki hafís í þröngum skilningi þess orðs, þeir eru ekki myndaðir úr frosnum sjó.
Áhrif hafísbreiðunnar á lofthita á Íslandi
Úr Norður-Íshafi rekur hafís m.a. út milli Grænlands og Svalbarða. Sundið þar á milli nefnist Framsund. Mynd 1 sýnir að í meðalári er einungis lítill hafís utan við sundið í september, en þegar líða tekur á vetur eykst ísstreymið út um sundið. Ísinn rekur svo suður meðfram Austur-Grænlandi í hafstraum sem kallaður er Austur-Grænlandsstraumurinn. Ís sem rekur inn á Íslandsmið berst frá þessum straumi. Það tekur ísinn nokkra mánuði að reka frá Framsundi suður að 66°N þannig að venjulega er ekki mikill hafís undan ströndum Norðurlands fyrr en nokkuð er liðið á veturinn. Á þessu geta þó verið undantekningar. Á hafísárunum á 7. áratug liðinnar aldar varð til dæmis vart við hafís norðan við landið á tímabilinu október til nóvember. En þessi ár voru heldur engin meðalár og hörfaði hafísinn ekki alla leið aftur að Framsundi á sumrin og haustin.
Sveiflur í hafísbreiðunni á þessu svæði hafa veruleg árhrif á lofthita á Íslandi, sérstaklega síðla vetrar. Á mynd 2 sjást þær sveiflur sem urðu á útbreiðslu hafíss á svæði norðan við Ísland (frá 65°N að 70°N og frá 15°V að 25°V) milli marsmánuða á tímabilinu 1960 til 1990 (sjá gráskyggt svæði). Myndin sýnir einnig lofthita yfir svæðinu, og er hann metinn með lofthjúpsgreiningu (blá lína). Greinilegt samband má sjá milli lofthjúpsgreiningarinnar og hafísþekjunnar. Til þess að bera sveiflur í hafísbreiðunni saman við mæligögn frá veðurstöðvum sýnir mynd 2 einnig marshita í Grímsey á sama tíma. Til að hitalínuritið frá Grímsey passi inn á myndina hefur því verið hliðrað um 5°C (þ.e. í raun er 5°C hlýrra í Grímsey). Hliðrunin hefur engin áhrif á það samband milli sveiflna í hafísmagni og lofthita sem myndin sýnir.
Á mynd 2 sést að þegar mikill hafís er fyrir norðan Ísland er kaldara á Norðurlandi. Þessi kólnun teygir sig reyndar til Suðurlands, þó að áhrifin séu ekki jafnmikil þar. Ísland er samt það lítið land að það er sterkt samband milli mánaðarmeðalhita veðurstöðva á Suðurlandi og á Norðurlandi. Mynd 2 sýnir að það er ekki að ástæðulausu sem hafísinn hefur verið kallaður „landsins forni fjandi“, en þau kuldaköst sem honum fylgdu voru á öldum áður verulega íþyngjandi fyrir efnahag þjóðarinnar.
Bráðnun liðinna ára
Á undanförnum áratugum hefur hlýnað á norðurhjara. Við þetta hefur hafísbreiðan dregist saman, sérstaklega á sumrin. Mynd 3 sýnir stærðarþróun hafísbreiðunnar á norðurhveli jarðar frá 1950 til 2007 og hefur hafísinn dregist saman á þessu tímabili. Samdrátturinn er mestur á sumrin, árið 1950 var sumarútbreiðslan um 12 milljón ferkílómetrar, en er núna tæpir 6. Á veturna er samdrátturinn vart marktækur, en aðrar árstíðir og ársmeðaltalið bera greinilega vott um samdrátt hafísþekjunnar. Stærð hafísbreiðunnar náði lágmarki í sumar sem leið, en mynd 3 sýnir að þetta lágmark sker sig nokkuð mikið úr. Kort af hafísbreiðunni þann 30. september 2007 má sjá á mynd 4, en líklega hefur lágmarksútbreiðslu verið náð nokkrum dögum fyrr.
Mynd 3. Útbreiðsla hafíss á norðurhveli jarðar frá 1950 til 2007. Myndin sýnir ársmeðaltal, og meðaltal árstíðanna fjögurra (vetur=JFM, vor=AMJ, sumar=JAS, haust=OND). Byggt á gögnum frá Walsh & Chapman, University of Illinois (Walsh 1978, með síðari viðbótum).
Til þess að útbreiðsla hafíss minnki á sumrin þarf bráðnun að aukast. Það gerist ef það hlýnar á sumrin á heimskautasvæðinu. Þetta er einfalt og kannski augljóst. Á undanförnum árum hefur hlýnað í N-Íshafinu, bæði á sumrin og á veturna. Það skrítna er samt að hlýnað hefur meira á veturna en á sumrin, en samt hefur mestur samdráttur hafísbreiðunnar verið að sumarlagi. Þetta er ákveðin þversögn.
Til að skilja lausn þessarar þversagnar skulum við hugsa okkur svæði þar sem meðalhiti að vetrarlagi er t.d. -30°C. Ef hlýnar á þessu svæði um tvær gráður fer hitinn í -28°C, sem er ennþá fimbulkuldi og meira en nóg til að mynda hafís. Þessi hitabreyting gæti helst haft áhrif á jafnvægisþykktina og hversu langan tíma það tæki að frysta nægilega mikinn sjó til að þéttleikinn nálgist 100%. En einnig mætti hugsa sér tilvik þar sem flutningur hafíss frá svæðinu yfir á „hlýrri svæði“ ykist samfara hlýnun frá -30°C í -28°C en við þetta eykst útbreiðsla hafíss þótt það hlýni lítillega.
Til þess að útbreiðsla hafíss minnki að vetrarlagi þarf það svæði, þar sem nýmyndun á sér stað, að dragast saman, eða þá að útflutningur hafíss frá myndunarsvæðum minnkar. Enn sem komið er hefur þetta ekki gerst í slíkum mæli að verulegs samdráttar í útbreiðslu hafíss að vetrarlagi verði vart.
Reyndar er það svo að á sama tíma og hafís á norðurhveli nær sögulegu lágmarki hefur útbreiðsla hafíss á suðurhveli sjaldan verið meiri. Hér að framan var bent á að hafís á suðurhveli getur rekið tiltölulega óhindrað frá Suðurskautslandinu og því hafa vindar, sem flytja hafís norður á bóginn, mikil áhrif stærðarþróun hafísbreiðunnar á suðurhveli. Einnig má hafa í huga að nærri Suðurskautslandinu hefur á liðnum árum ekki hlýnað jafnmikið og á heimskautasvæðum norðurhvelsins.
Spá fyrir nýhafna öld
Loftslagsspár eru gerðar með sérstökum reiknilíkönum, svonefndum loftslagslíkönum. Þessi líkön byggjast á eðlisfræðilögmálum og forsendum um vöxt gróðurhúsalofttegunda í framtíðinni. Niðurstöður flestra líkana benda til þess að samdráttur hafísbreiðunnar haldi áfram.
Skilningur á ástæðum þess að hafísbreiðan hefur hörfað svona hratt á síðustu áratugum er ekki eins góður og ætla mætti. Samdrátturinn er t.d. hraðari en búist var við út frá niðurstöðum útreikninga sem gerðir voru í tengslum við nýjustu skýrslu IPCC, milliríkjanefndar Sameinuðu þjóðanna um loftlagsbreytingar (Stroeve o.fl. 2007). Aðrir útreikningar benda til þess að þessi samdráttarhraði sé innan þeirra marka sem búast má við. Sömu niðurstöður benda einnig til þess að hugsanlega geti komið nokkurra ára skeið þar sem samdráttur hafísþekjunnar verði enn hraðari en nú er (Holland o.fl. 2006). Slík skeið geta markað atburði sem kallaðir eru vendipunktar, en í náttúrulegum kerfum fylgja hraðar og óafturkræfar breytingar slíkum atburðum.
Hugsanlegt er að samdráttur ísbreiðunnar nálgist að lokum vendipunkt og eftir að honum verði náð muni sumarísþekjan ekki eiga sér viðreisnar von. Séu slíkir vendipunktar til staðar í því kerfi sem ræður stærð hafísbreiðunnar er hinsvegar nánast borin von að hægt verði að segja fyrirfram hvenær þeir verði. Til skamms tíma er þó allt eins mögulegt að árasveiflur í hafísmagni gangi í hina áttina og ísmagnið aukist tímabundið. Dæmi um slík tímabil má sjá á mynd 3.
Flestum líkönum ber saman um að svo geti farið að sumarísinn verði nánast horfinn úr N-Íshafinu, a.m.k. við lok þessarar aldar. Í sumum líkönum gerist þetta fyrr. Þó er ljóst að það þarf að hlýna verulega í N-Íshafinu áður en vetrarísinn nær að hverfa. Í útreikningum líkana er ávallt ísmyndun á veturna og N-Íshafið því ekki íslaust árið um kring. Frásagnir um endalok hafísbreiðunnar á norðurhveli eru því ýktar. Það er sumarísinn sem getur horfið á síðari hluta aldarinnar. Ólíklegt er að vetrarísinn sé á förum.
Eftir því sem sumarísinn dregst saman í N-Íshafinu má búast við því að æ minni ís reki með Austur-Grænlandsstraumnum inn á Íslandsmið. Því verður það fátíðara að hafís norðan við landið kæli landið síðla vetrar eða á vorin. Landins forni fjandi mun heyra sögunni til.
Heimildir:
Walsh J.E. (1978): A data set on Northern Hemisphere sea ice extent. World Data Center-A for Glaciology (Snow and Ice), Glaciological Data, Report GD-2, part 1, s. 49-51.
Stroeve ofl. (2007) Arctic sea ice decline: Faster than forecast? Geophysical Research Letters, 34. L09501, doi: 10.1029/2007GL029703.
Holland o.fl. (2006) Future abrupt reductions in the Summer Arctic sea ice, Geophysical Research Letters, 33, L23503, doi:10.1029/2006GL028024.
Aftur upp
