Na Antarktydzie jednak ubywa lodu

August 5, 2016

← poprzednia notka | następna notka →

Pod koniec ubiegłego roku omawiałem nową analizę bilansu masy lądolodu Antarktydy w oparciu o pomiary satelitarne. Zgodnie z tą analizą, w okresie 2003–2008 na Antarktydzie miało przybywać lodu w tempie średnio 82±25 gigaton rocznie; i jak wtedy pisałem, wniosek ten stał w sprzeczności z wieloma innymi badaniami, opartymi o altimetrię lidarową, pomiary grawimetryczne oraz modelowania akumulacji, przepływu, ablacji i cielenia się lodowców.

Jak bardzo wyniki te odstawały od innych można było zobaczyć miesiąc później, podczas jesiennego konkresu Amerykańskiej Unii Geofizycznej, gdzie na specjalnej sesji poświęconej pomiarom lądolodów Andrew Shepherd z University of Leeds, Erik Ilvins z NASA/JPL i Thorsten Markus z NASA/GSFC omawiali nowe pomiary lądolodu Antarktydy:

Na slajdzie pokazywanym w 13 minucie wynik Zwally’ego i in. ([1], określany przez niektórych jako “prawdziwy cios dla wyznawców religii globalnego ocieplenia”) to czerwony prostokąt, jedyny który wystaje w całości ponad zerem w pierwszej dekadzie XXI wieku. Trzydzieściu kilka innych analiz pokazuje w tym samym, albo podobnym okresie, ujemny bilans masy.

Nie powinno więc być specjalnym zaskoczeniem, że najnowsza praca naukowa poświęcona temu zagadnieniu, “Spatial and temporal Antarctic Ice Sheet mass trends, glacio-isostatic adjustment, and surface processes from a joint inversion of satellite altimeter, gravity, and GPS data”, opublikowana niedawno w JGR:ES [2], też wskazuje że lądolodu Antarktydy ubywa. W odróżnieniu od nagłośnionego w mediach artykułu Zwally’ego et al., który opierał swoje wnioski wyłącznie o satelitarne pomiary wysokości lądolodu, międzynarodowa grupa naukowców z Albą Martin-Espanol jako główną autorką wykorzystała kilka różnych zestawów obserwacji (altimetrii, grawimetrii i pomiarów GPS prędkości lądolodu), z których, metodą hierarchicznej estymacji bayesowskiej, wyliczono zmiany przepływu i akumulacji lodu w przestrzeni i czasie. Zgodnie z tymi szacunkami, w okresie 2003–2013 ubytek masy Antarktydy wynosił 84±22 miliardów ton rocznie; w okresie wcześniejszym, porównywalnym z analizą grupy Zwally’ego, ubytek był co prawda mniejszy (31±22 miliardów ton na rok), ale wciąż oznaczał że Antarktyda traci lód, a nie przyrasta.

Jak zauważają autorzy, różnica ta wynika ze znacznie różniących się oszacowań przepływu lodu w Antarktydze Wschodniej

The dominant process driving their [Zwally’ego i in.] positive mass balance is the dynamic thickening of EAIS (136±50 Gt yr⁻¹). Our estimate of the ice dynamics component in this region is an order of magnitude smaller that their estimates (12±10 Gt yr⁻¹).

Powstrzymują się jednak od spekulacji, co może być przyczyną tej różnicy.

Takim taktem nie wykazali się natomiast Ted Scambos z NSIDC i Christopher Shuman z NASA GSFC, którzy do Journal of Glaciology wysłali komentarz [3] do artykułu Zwally’ego i in. Jak wiecie (albo i nie), w środowisku naukowym ukazanie się komentarza do artykułu oznacza zwykle, że oryginalna publikacja zawierała wnioski w najlepszym razie kontrowersyjne, oparte o przesłanki jeśli nie błędne, to przynajmniej poddające się innej interpretacji. Nie przesądzając, kto ma rację w naukowym sporze, istnienie komentarzy do jakiegoś artykułu pokazuje, że nie wszyscy specjaliści z tej samej dziedziny kupują tezy jego autorów (choć oczywiście może się okazać, że i tak mieli oni rację).

“Mass gains of the Antarctic ice sheet exceed losses” Zwally’ego doczekał się dwóch komentarzy, z których ten autorstwa Scambosa i Shumana jest chyba ciekawszy, bo napisany przez naukowców którzy pracowali z danymi używanymi przez Zwally’ego i in. (Christopher Shuman był przez kilka lat w projekcie ICESat). Lista zarzutów które formułują w swoim komentarzu jest długa, więc pozwolę sobie streścić najważniejsze ich argumenty:

Pomiary satelity ICESat, które wykorzystali Zwally i in., są obarczone dużymi, nieskorygowanymi błędami systematycznymi. Główny przyrząd satelity, wysokościomierz GLAS, miał trzy redundantne lasery, z których każdy miał pracować przynajmniej 18 miesięcy, zapewniając minimum 3 lata ciągłej pracy instrumentu. Pierwszy laser zawiódł jednak już po 37 dniach, i satelitę trzeba było przeprogramować tak, by obserwacje prowadził w trzech (a potem dwóch) 33-dniowych okresach rocznie. Ze względu na degradację laserów, konieczna stała się wzajemna kalibracja prowadzonych w kolejnych fazach obserwacyjnych. Scambos i Shuman dowodzą, że kalibracja zastosowana przez Zwally’ego i in. znacznie różni się od tych stosowanych przez wszystkie inne grupy pracujące na tych samych danych, i powoduje dodanie niewielkiego trendu przyrostu mierzonej przez GLAS wysokości. Ironią losu jest to, że za ten niewielki trend może odpowiadać… globalne ocieplenie, bo kalibracja użyta przez Zwally’ego opierała się o pomiary różnic wysokości pływającego paku lodowego Arktyki, który w ostatnich dwóch dekadach stawał się coraz cieńszy.
Niezależnie od kalibracji, degradacja laserów GLAS miała jeszcze jeden skutek. Przy pomiarach wysokości powierzchni o wysokim albedo, w przejrzystej i stosunkowo cienkiej atmosferze — czyli dokładnie w takich warunkach, jakie panowały podczas kampanii obserwacyjnych prowadzonych w polarne dni nad lądolodem Antarktydy Wschodniej, wystającym dwa-trzy kilometry nad poziom morza — występował efekt nazwany wysyceniem czujnika, który powodował zwiększenie wartości zmierzonej do powierzchni odległości. Wraz ze słabnięciem mocy lasera efekt wysycenia przestał występować, powodując zmniejszenie zmierzonej odległości, a zatem pozorne zwiększenie wysokości lądolodu. Oba wspomniane efekty w zupełności wystarczają by wytłumaczyć “przyrost” Antarktydy Wschodniej.
Ponieważ trudno jest wytłumaczyć tak duży przyrost lądolodu Antarktydy Wschodniej zwiększonymi opadami śniegu, Zwally i in. utrzymywali że jego przyczyną było spowolnienie przepływu lodowca względem stanu równowagowego. Jak pokazują Scambos i Shuman, hipoteza ta jest sprzeczna z pomiarami prędkości lądolodu, oraz świeżych pomiarów wysokości lądolodu satelity CryoSat-2.
Scambos i Shuman wskazują też na sprzeczność wyników Zwally’ego i in., z pomiarami wykonanymi in situ przez grupę Andreasa Richtera w rejonie jeziora Wostok. Tam gdzie według Zwally’ego lądolód miał przyrosnąć o 20 centymetrów, Richter zmierzył w tym samym okresie zmiany o rząd wielkości mniejsze, i sprzeczności tej Zwally nie potrafił w przekonujący sposób wytłumaczyć, inaczej niż dyskredytując pomiary Richtera jako wykonane niestarannie, i postulując że gęstość śniegu i firnu była w tym miejscu inna niż zmierzono. Punkt ten doczekał się zresztą osobnego komentarza ze strony grupy Richtera [4], w którym zarzuty Zwally’ego w odniesieniu do ich własnych badań zostały obalone.

Kończąc swoją polemikę Scambos i Shuman pokazują, jak nieprawdopodobne jest, by lądolód Antarktydy przyrastał w ostatnich latach:

If we accept the net IC-bias [inter-campaign bias] corrections of Zwally 2015 and their subsequent elevation change results, then we must assume: (1) that two CryoSat-2 studies of EAIS elevation changes have errors of three to ten times their stated uncertainties; (2) that all other studies of recent Antarctic mass balance (Fig. 1 [poniżej]) are in error; (3) that EAIS balance velocities based on accumulation models, which currently approximate observed velocities well, are wrong by a large margin; (4) that field studies dedicated to the determination of surface height change over the Subglacial Lake Vostok area did not detect ~20 cm (or greater) increases between 2001 and 2013 (4 x their reported uncertainty); (5) that the assessment of subglacial lake hydrostatic equilibrium is in error; (6) that all other studies of IC-biases are wrong by a considerable margin.

Zgadnij, które wyniki znacząco różnią się od pozostałych. Źródło: Luke Trusel.

Zacytowałem ten fragment w całości, bo ładnie ilustruje pojęcie tzw. balance of evidence. W naukach przyrodniczych rzadko zdarza się, by wyniki obserwacji czy jakiegoś eksperymentu były tak jednoznaczne, by wystarczały do obalenia dotychczasowej teorii, zwłaszcza jeśli potwierdzają ją dziesiątki innych obserwacji i eksperymentów. Bardziej prawdopodobne jest, że błąd popełnił naukowiec odpowiedzialny za wynik kompletnie sprzeczny z dotychczasowym stanem wiedzy, czy to podczas konstrukcji samego eksperymentu, czy to jego interpretacji. Nie znaczy to oczywiście, że rewolucje naukowe się w ogóle nie zdarzają, a nowatorskie teorie nie okazują się czasami poprawne; jednak w tym konkretnym przypadku, artykuł Zwally’ego i in., oparty o pomiary wykonane wadliwym instrumentem ICESat i nowatorską (a jak przekonują Scambos i Shuman, nieprawidłową) ich kalibrację, nie sprawił że wszystkie inne badania, wskazujące na ubytek lodu na Antarktydzie, zostały magicznie wymazane z annałów nauki.

Co więcej, jak pisałem pół roku temu, nawet gdyby wyniki Zwally’ego i in. wzbudziły jakieś nierozstrzygalne kontrowersje co do tego czy lodu na Antarktydzie ubywało w poprzedniej dekadzie, co do ubytku tego lodu w chwili obecnej takich wątpliwości już nie ma.

Cytowana literatura

1. Zwally, et al (2015) Mass gains of the Antarctic ice sheet exceed losses. 2. Martín‐Español, et al (2016) Spatial and temporal Antarctic Ice Sheet mass trends, glacio-isostatic adjustment, and surface processes from a joint inversion of satellite altimeter, gravity, and GPS data. 3. Scambos T. i Shuman Ch. (2016) Comment on Comment on Zwally and others (2015) Mass gains of the Antarctic ice sheet exceed losses. 4. Richter, et al (2016) Comment on Comment on Zwally and others (2015) Mass gains of the Antarctic ice sheet exceed losses.