L’augment del nivell de la mar

El nivell de la mar ha augmentat a un ritme accelerat en les últimes dècades, i s’espera que continue augmentant considerablement al llarg del segle XXI i més enllà, principalment com a resultat de l’escalfament antropogènic. Una pujada substancial del nivell de la mar pot provocar efectes greus en les zones costaneres, com una major erosió del litoral i inundacions en zones habitades. Amb un escalfament global continuat, aquests impactes es veuran agreujats per esdeveniments meteorològics i d’onatge extrems, la qual cosa comporta greus riscos per a les comunitats humanes i els ecosistemes litorals. En aquest article repassem els avanços recents sobre la contribució de les glaceres i els mantells de gel a l’augment del nivell de la mar, tenint en compte l’informe especial de l’IPCC sobre l’oceà i la criosfera en un clima canviant.

Paraules clau: augment del nivell de la mar, glacera, mantell de gel, balanç de massa glacial, pèrdua de gel continental.

Introducció

El nivell de la mar ha canviat molt en el passat, desenes de metres, en paral·lel amb els cicles glacials. Actualment, està augmentant a un ritme que s’ha accelerat en les últimes dècades, principalment com a resultat de l’escalfament antropogènic. Les zones litorals que no arriben als 10 metres sobre el nivell de la mar estan avui dia habitades per més de 680 milions de persones, que representen al voltant del 10 % de la població mundial. Per tant, la pujada accelerada del nivell de la mar i les inundacions costaneres que s’hi associen, així com l’esperable augment de freqüència dels episodis marítims extrems, són motiu de preocupació per a la humanitat. En aquest article analitzem les taxes actuals i les estimacions futures sobre l’augment del nivell de la mar, i ens centrem especialment en la manera com hi contribueix la pèrdua de massa de les glaceres i els mantells de gel. Hi ha moltíssims estudis recents sobre aquesta qüestió. La publicació de l’informe especial sobre l’oceà i la criosfera en un clima canviant (SROCC, per les sigles en anglès) del Grup Intergovernamental d’Experts sobre el Canvi Climàtic (IPCC, 2019), i el seu resum per a responsables de polítiques (SPM), proporcionen dades i estimacions de consens, de manera que s’evitarà haver de citar una gran quantitat de fonts bibliogràfiques que ja es poden trobar fàcilment en l’informe. Per tant, l’esmentarem sovint, indicant el punt concret del resum i les seccions de l’informe complet en què es poden consultar més detalls i referències.

En el que segueix, quan presentem dades extretes d’estimacions estadístiques, indicarem la mediana i el rang de variació més probable (el valor central, 66 %, o, en altres paraules, el rang 17-83 % de la seua distribució de probabilitat), com es mostra en l’exemple següent: augment del nivell de la mar de 3,6 (3,1-4,1) mm/any.

Taxa actual d’augment del nivell de la mar i contribucions actuals

La taxa mitjana mundial de l’augment del nivell de la mar en el període 2006-2015 ha estat de 3,6 (3,1-4,1) mm/any i mostra una clara acceleració en comparació amb la taxa mitjana per al període 1901-1990, que va ser d’1,4 (0,8-2,0) mm/any. Com a conseqüència d’aquest augment continuat, el nivell mitjà de la mar ha augmentat un total de 0,16 (0,12-0,21) metres en el període 1902-2015. Aquest canvi es produeix a causa dels processos provocats per l’escalfament global, que, per al període entre 1850-1900 i 1986-2005, s’ha estimat en 0,63 (0,57-0,69) ℃. Concretament, de l’augment actual del nivell de la mar de 3,6 mm/any, s’atribueixen a la pèrdua de glaceres i mantells de gel¹ 1,8 (1,7-1,9) mm/any, mentre que 1,4 (1,1-1,7) mm/any corresponen a l’expansió tèrmica de l’oceà (Figura 1). La contribució actual estimada dels canvis en l’emmagatzematge terrestre d’aigua (en la superfície o com a aigües subterrànies) és negativa, de –0,21 (–0,36-0,06) mm/any, és a dir, contribueix al descens del nivell de la mar. Tenint en compte els valors mitjans d’aquestes estimacions, observem que 0,6 (de 3,6, és a dir, un 17 %) mm/any de l’augment observat del nivell de la mar continua sense tenir explicació, encara que aquesta discrepància es manté dins dels rangs d’incertesa (IPCC, 2019, SPM-A.3.1, §4.2.2).

«El col·lapse de les plataformes de gel incrementa el trasllat de gel continental a l’oceà, la qual cosa contribueix indirectament a l’augment del nivell de la mar»

En aquest estudi ens centrarem en la contribució de les glaceres i els mantells de gel, és a dir, de les masses de gel continentals. Notem que la pèrdua de gel marí no contribueix a l’augment del nivell de la mar, ja que la menor densitat del gel respecte a l’aigua és la raó que sure, com indica el principi d’Arquimedes. Per tant, quan el gel marí es fon, es converteix en aigua de nou i ocupa menys volum, exactament el de la part que estava submergida quan encara era gel. Per la mateixa raó, el desglaç de les llengües o les plataformes de gel flotants tampoc contribueix a l’augment del nivell de la mar. No obstant això, el col·lapse de les plataformes de gel sí que accelera el flux de les glaceres de descàrrega, per la qual cosa s’incrementa el transport de gel continental a l’oceà, la qual cosa contribueix indirectament a l’augment del nivell de la mar (Rott et al., 2018).

De la contribució d’1,8 mm/any a l’augment del nivell de la mar per part de les glaceres i els mantells de gel entre 2006-2015, 0,61 (± 0,08) mm/any corresponen a glaceres fora de Groenlàndia i l’Antàrtida; 0,77 (± 0,03) mm/any a Groenlàndia (al seu mantell de gel i glaceres perifèriques, desconnectats del mantell principal), i 0,43 (± 0,05) mm/any a l’Antàrtida (al seu mantell de gel i glaceres perifèriques) (IPCC, 2019, SPM-A.1.1, §3.3 i §4.2.2). La Figura 1 mostra els percentatges corresponents del total de contribucions positives observades. S’aprecia la gran contribució de les glaceres en comparació amb els mantells de gel, tenint en compte que el seu volum total és molt menor (el volum total de gel emmagatzemat en les glaceres, el mantell de gel de Groenlàndia i el de l’Antàrtida és aproximadament equivalent a 0,5, 7 i 58 metres de canvi en el nivell de la mar, respectivament; és a dir, <1 %, ~11 % i >88 %; IPCC, 2019). Això és degut al temps de resposta de les glaceres als canvis en el clima, molt més ràpid que el dels mantells de gel, pel fet que la seua grandària és considerablement menor.

Com podem observar, el mantell de gel de Groenlàndia està perdent massa aproximadament el doble de ràpidament que el de l’Antàrtida, encara que això podria canviar en els pròxims segles, com comentarem més endavant. La contribució de Groenlàndia a l’augment en el nivell de la mar en el període 2012-2016 va ser similar a la de 2002-2011, però molt major que la de 1992-2001, període en el qual la massa del mantell de gel es va mantenir quasi en equilibri. No obstant això, la contribució de l’Antàrtida en el període de 2012-2016 quasi va doblar la de 2002-2011, i va quadruplicar la de 1992-2001. Quant a les glaceres, la pèrdua de massa en el període 2006-2015 s’ha estimat un 9-10 % major que en el de 1993-2015, i un 33-37 % major que en el de 1970-2015. Els rangs percentuals depenen de si les estimacions es basen en observacions o en models calibrats amb observacions, i si aquests inclouen o exclouen les glaceres en la perifèria dels mantells de gel de Groenlàndia i l’Antàrtida (Bamber, Westaway, Marzeion i Wouters, 2018; Marzeion et al., 2017; Zemp et al., 2019).

Mecanismes físics de la pèrdua de massa de les glaceres cap a l’oceà

Hi ha diversos mecanismes de pèrdua de massa de les glaceres i els mantells de gel (Figura 2), cadascun predominant en un entorn determinat. El desglaç en la superfície i el posterior escolament cap a l’oceà és un d’aquests mecanismes per a totes les masses de gel continentals excepte les glaceres d’alta muntanya i el mantell de gel de l’Antàrtida, on la temperatura superficial és massa baixa per a fondre el gel, excepte a la península Antàrtica i en algunes àrees costaneres durant l’estiu. La sublimació és el mecanisme principal de pèrdua de massa en entorns molt freds en els quals la temperatura superficial rares vegades supera el punt de fusió, fins i tot a l’estiu. Malgrat que la sublimació és en realitat una pèrdua de massa cap a l’atmosfera, al final, en condensar-se i caure en forma de precipitacions, acaba alimentant l’oceà. Hem de tenir en compte que no tot el gel glacial que es fon en la superfície acaba en l’oceà. Una part important de la fusió en superfície, especialment la que es produeix en les zones d’acumulació de les glaceres i els mantells de gel, es filtra a través de la neu i la neu congesta² i es torna a congelar. A més, pot romandre durant l’hivern en forma d’aqüífers en la capa de neu congesta, com s’ha observat en certes zones d’acumulació al sud-est de Groenlàndia (Forster et al., 2013). A Groenlàndia en el seu conjunt, en el període de 1960-2014, només escapava a la mar aproximadament la meitat del material fos en superfície (Steger et al., 2017). Part de l’aigua líquida que ix de les glaceres pot fins i tot no arribar a l’oceà. Per exemple, en zones d’alta muntanya d’Àsia, una part de l’aigua fosa que abandona les glaceres s’absorbeix en la recàrrega d’aqüífers o s’utilitza en irrigació, especialment en conques sense drenatge a l’exterior (Brun, Berthier, Wagnon, Kääb, i Treichler, 2017).

«El mantell de gel de Groenlàndia està perdent massa aproximadament el doble de ràpidament que el de l’Antàrtida»

Per a les glaceres i els mantells de gel que acaben en mar o en llac, el despreniment d’icebergs i la fusió submarina en el front de la glacera i davall les llengües i les plataformes de gel flotants són altres mecanismes importants de pèrdua de massa, especialment a les regions polars. Encara que el despreniment d’icebergs i la fusió submarina són mecanismes físicament diferents, en la pràctica resulta molt complicat estimar-ne les contribu­cions per separat. Per aquesta raó se’ls sol agrupar mitjançant el terme descàrrega de gel³, que és molt més fàcil de mesurar (normalment, a través de l’ús de tècniques de teledetecció) calculant la massa que passa per portes de flux hipotètiques pròximes als fronts glacials, o en la línia d’ancoratge⁴, en el cas de llengües o plataformes flotants. Aquest flux de massa es calcula com la velocitat de la glacera (sovint mesurada amb radars d’obertura sintètica o imatges òptiques de satèl·lit) multiplicat per la secció de la porta de flux (normalment calculada mitjançant tècniques de georadar) i multiplicat per la densitat del gel. Aquestes pèrdues depenen en gran manera de la velocitat de la glacera –de manera que l’acceleració del flux de la glacera provoca majors pèrdues– i tenen com a conseqüència l’aprimament de les zones de les quals es va sostraure el gel perdut. Per aquesta raó, aquestes pèrdues es coneixen també com a aprimament dinàmic.

La pèrdua de massa del mantell de gel de l’Antàrtida està en gran part dominada per l’aprimament dinàmic, que en les últimes dècades s’ha tornat especialment important en la part occidental del mantell (sobretot a la badia de la mar d’Amundsen) i a la regió de la península Antàrtica. En el primer cas, a causa d’un augment en la fusió sota el gel per l’arribada d’aigua profunda circumpolar relativament càlida (Jenkins et al., 2018) i, en el segon, per la desintegració de certes plataformes de gel i la consegüent reducció o pèrdua de l’efecte contrafort que exerceixen les plataformes sobre les glaceres de descàrrega que les alimenten (Reese, Gudmundsson, Levermann i Winkelmann, 2018). En el cas del mantell de gel de Groenlàndia, les pèrdues de massa en les últimes dècades s’han degut quasi en igual mesura a l’aprimament dinàmic i a la fusió en superfície i escolament subsegüent, però en els últims anys és aquesta darrera la que ha dominat, amb un 42 % de les pèrdues per al període de 2000-2005, 64 % per al de 2005-2009 i 68 % per al de 2009-2012 (Enderlin et al., 2014). Encara desconeixem molt sobre les causes de les incursions d’aigua càlida en la costa de Groenlàndia que provoquen la reculada de les glaceres i la resposta de les glaceres al forçament oceànic (Cowton, Sole, Nienow, Slater i Christoffersen, 2018; Straneo et al., 2013).

«Hi ha diversos mecanismes de pèrdua de massa de les glaceres i els mantells de gel, cadascun predominant en un entorn determinat»

Encara que ens hem centrat en els mecanismes de pèrdua de massa, cal destacar que la contribució de les glaceres a l’augment del nivell de la mar és el resultat del balanç net entre guanys i pèrdues de massa, conegut com a balanç de massa. La principal font de massa per a les glaceres i els mantells de gel és, de fet, l’oceà, a través de l’evaporació, la condensació en els núvols i la precipitació en forma de neu sobre les masses de gel continentals. Sota un clima cada vegada més càlid, s’espera una major evaporació i precipitació en forma de neu en les zones polars i d’alta muntanya. De fet, a l’Antàrtida, l’acumulació de massa a causa de l’augment de les nevades ha compensat en part les pèrdues per aprimament dinàmic, en particular a la península Antàrtica (Medley i Thomas, 2018). A Groenlàndia, la disminució de l’oscil·lació de l’Atlàntic nord a l’estiu després dels anys noranta ha donat lloc a un clima anticiclònic, amb menys núvols i neu, i més insolació d’ona curta, la qual cosa explica la major part de l’augment de la fusió després de la dècada dels noranta (Hofer, Tedstone, Fettweis i Bamber, 2017).

Llig l’article complet a la web de Mètode.

Si vols conéixer més al voltant dels oceans, consulta el monogràfic «Oceans: l’impacte del canvi global en el mar», de la Revista Mètode.

Francisco José Navarro és doctor en Ciències Físiques (Geofísica) i catedràtic de Matemàtica Aplicada en la Universitat Politècnica de Madrid (Espanya), on lidera el Grup d’Investigació de Simulació Numèrica en Ciència i Enginyeria. La seua investigació se centra en la glaciologia, especialment en el balanç de massa de les glaceres, les aplicacions de georadar en glaciologia, el modelatge numèric de la dinàmica de les glaceres i la detecció remota de glaceres. Actualment és president de la International Glaciological Society. francisco.navarro@upm.es