Kontinentet under Antarktis kan ændre prognoserne for havniveauet

Antarktis rummer nok is til at ændre kystlinjer over hele verden. Derfor bruger forskere enorme ressourcer på at forudsige, hvor hurtigt kontinentets iskappe vil miste masse i takt med, at klimaet bliver varmere.

Det antages normalt, at det meste af usikkerheden skyldes én faktor: fremtidige drivhusgasudledninger.

Men et nyt studie peger på, at en anden usikkerhed kan være mindst lige så vigtig – og den ligger skjult under kilometervis af is. I simuleringerne svarede effekten til mere end 40 centimeters forskel i havniveauet i 2150 og omkring én meter i 2300.

”Mange tror, at den største usikkerhed handler om, hvor meget drivhusgas vi kommer til at udlede. Men vores resultater viser, at noget så grundlæggende som formen på grundfjeldet under isen kan være lige så afgørende,” siger medforfatter Helene Seroussi, glaciolog og lektor ved Thayer School of Engineering, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire, USA.

Forskerholdet brugte avancerede iskappemodeller til at undersøge, hvad der sker, når kortene over Antarktis' skjulte landskab ændres inden for deres kendte usikkerheder.

”Vi har brugt årtier på at forbedre klimamodellerne, men hvis vi ikke ved præcist, hvad isen hviler på, er det som at forsøge at forudsige en bils rute uden at kende vejen.”

Resultaterne tyder på, at bedre prognoser kan afhænge lige så meget af bedre kort som af bedre modeller.

Kortet over Antarktis er stadig fyldt med huller

For de fleste mennesker ligner Antarktis én enorm, hvid isørken. Men for glaciologer er det, der gemmer sig under isen, mindst lige så vigtigt som selve iskappen.

Ikke klimaet over isen. Ikke havet omkring den. Men landskabet under den.

Under iskappen, som flere steder er flere kilometer tyk, gemmer der sig et komplekst landskab af bjerge, dale, højderygge og dybe bassiner. Nogle steder ligger grundfjeldet hundreder af meter over havets overflade. Andre steder strækker enorme dale sig hundredvis af kilometer ind i landet langt under havniveau.

Formen på dette skjulte landskab er med til at afgøre, hvordan isen bevæger sig.

”Isen flyder ikke hen over en flad overflade. Den flyder gennem et meget komplekst landskab, og små ændringer i topografien kan have store konsekvenser for, hvordan isen reagerer på klimaforandringer.”

Når gletsjere bevæger sig mod havet, fungerer grundfjeldet som en slags styresystem. Højderygge kan bremse isens bevægelse, mens dybe render kan lede isstrømme frem og udsætte dem for varmt havvand. Særligt vigtig er grundlinjen – grænsen mellem is, der hviler på grundfjeldet, og is, der flyder på havet.

”Hvis man ikke kender den nøjagtige topografi omkring grundlinjen, bliver det meget sværere at forudsige den fremtidige udvikling.”

Det skjulte kontinent kortlægges stadig

I årtier har fly udstyret med jordgennemtrængende radar krydset Antarktis på kryds og tværs. Radarsignalerne passerer gennem isen og reflekteres tilbage fra grundfjeldet nedenunder, så forskerne kan kortlægge det skjulte landskab.

Alligevel er der stadig store huller i kortene. Flyene måler kun direkte under deres flyveruter, og i nogle regioner er der hundredvis af kilometer mellem målelinjerne.

I nogle af de bedst undersøgte områder er usikkerheden nede på få meter. I fjerntliggende regioner kan grundfjeldets højde stadig være usikker med flere hundrede meter.

”Vi har gjort enorme fremskridt. Men Antarktis er større end Europa og dækket af kilometer af is. Der er stadig store områder, hvor vi mangler direkte målinger.”

På trods af dette bygger de fleste internationale iskappemodeller på de samme underliggende kort over Antarktis' grundfjeld.

”Mange undersøgelser har set på usikkerheder i klimaet, havforholdene og isens fysik,” siger Helene Seroussi. ”Men langt færre har spurgt, hvor stor betydning usikkerheden om selve grundfjeldet har for prognoserne.”

For at besvare det spørgsmål udtænkte Seroussi og hendes kolleger et enkelt eksperiment.

Hvad nu, hvis kortene tager fejl?

Ingen ved præcist, hvordan landskabet under Antarktis ser ud. Men forskerne ved, hvor usikre deres kort er. Moderne kort indeholder ikke kun et bud på grundfjeldets højde, men også et mål for usikkerheden i hvert enkelt område.

I stedet for at lave endnu et kort stillede forskerne et andet spørgsmål: Hvad nu, hvis de eksisterende usikkerheder faktisk afspejler virkeligheden?

”Vi stillede et relativt enkelt spørgsmål: Hvis grundfjeldet ligger så højt eller så lavt, som usikkerhederne tillader, hvor meget ændrer det så vores prognoser?”

Ved hjælp af BedMachine Antarctica – et af de mest anvendte kort over landskabet under den antarktiske iskappe – skabte forskerne tre versioner af kontinentet: én baseret på det bedste nuværende bud på grundfjeldet, én hvor grundfjeldet systematisk blev hævet inden for de rapporterede usikkerheder, og én hvor det blev sænket.

”Vi har ikke ændret klimaet. Vi har ikke ændret modellens fysik. Det eneste, vi har ændret, er det grundfjeld, som isen hviler på.”

Tre Antarktis, ét eksperiment

For hver version kalibrerede forskerne modellen til nutidens Antarktis og simulerede iskappens udvikling frem til år 2300.

De brugte iskappemodellen ISSM, som også indgår i internationale havniveauprognoser. For at sætte betydningen af usikkerheden om grundfjeldet i perspektiv kørte de simuleringerne under både et lavt og et højt emissionsscenarie. Dermed kunne de sammenligne den geologiske usikkerhed direkte med en af de mest omtalte usikkerheder i klimavidenskaben.

”Vi ønskede at kunne sige, om denne usikkerhed er lille eller stor sammenlignet med de usikkerheder, klimaforskere normalt arbejder med.”

Forskerne undersøgte også effekten på tre forskellige skalaer: for hele Antarktis, for regionerne Aurora Basin og Bellingshausen samt for enkelte gletsjersystemer. Hvis signalet viste sig på alle tre niveauer, kunne de være mere sikre på, at det afspejlede en reel egenskab ved systemet og ikke blot et resultat af en bestemt modelopsætning.

”Hvis topografien virkelig har betydning, forventede vi, at effekten ville blive tydeligere, jo tættere vi kom på de enkelte gletsjere.”

Aurora-bassinet rummer nogle af de største usikkerheder i Antarktis' topografi, mens Bellingshausen-regionen er forholdsvis godt kortlagt.

En overraskende stor usikkerhed

”Vi vidste, at det ville have en betydning, men jeg havde ikke forventet, at den ville være så stor,” siger Helene Seroussi. ”Effekten var langt større, end jeg havde forestillet mig.”

I nogle af simuleringerne sendte små ændringer i landskabet under isen gletsjerne ud på vidt forskellige udviklingsforløb gennem de kommende århundreder.

Forskelle i grundfjeldets topografi ændrede Antarktis' bidrag til havniveauet med mere end 40 centimeter frem mod 2150. I 2300 var forskellen vokset til omkring én meter.

Ét resultat gik igen, uanset hvilken simulering forskerne kørte: Usikkerheden om grundfjeldet var ofte lige så vigtig som forskellen mellem et lavt og et højt emissionsscenarie.

I flere tilfælde var effekten af usikkerheden om grundfjeldet større end effekten af selve klimascenariet helt frem til omkring år 2250.

”Det var overraskende at se, hvor længe denne usikkerhed dominerede signalet. Vi havde forventet, at klimascenarierne ville tage over langt tidligere.”

Nogle gange betød landskabet mere end klimaet

Effekten var ikke jævnt fordelt over kontinentet. Store dele af Vestantarktis, herunder områderne omkring Amundsenhavet, Ross-bassinet og Filchner-Ronne-isen, viste sig at være særligt følsomme.

Det havde Seroussi ikke ventet. Nogle af disse gletsjere, blandt andet Thwaites og Pine Island, hører til de bedst kortlagte i Antarktis.

”Jeg forventede, at de dårligst kortlagte regioner ville være mest påvirkede,” siger hun. ”Jeg blev overrasket over, at nogle af de steder, hvor vi allerede har mange målinger, stadig var så følsomme over for disse usikkerheder.”

Små ændringer i topografien kunne ændre både tidspunktet for og omfanget af gletsjernes tilbagetrækning.

”Vi så ikke kun forskelle i, hvor meget is der gik tabt. Vi så også forskelle i, hvornår bestemte områder begyndte at trække sig tilbage.”

Et par hundrede meter kan ændre alt

Forklaringen er, at gletsjere ofte opfører sig som tærskelsystemer. En gletsjer kan være forholdsvis stabil, indtil dens grundlinje når en kritisk højderyg eller bevæger sig ned i et dybere bassin. Når tilbagetrækningen først begynder på et underlag, der hælder ind mod kontinentet, bliver isen tykkere, flyder hurtigere og kan sætte gang i en selvforstærkende tilbagetrækning.

Hvis sådanne landskabsformer er kortlagt forkert, kan modellerne ende med at give vidt forskellige resultater.

”Nogle steder kan en forskel på blot et par hundrede meter i bundtopografien afgøre, om en grundlinje stabiliserer sig eller fortsætter med at trække sig tilbage.”

Betydningen af usikkerheden om grundfjeldet voksede i takt med, at modellerne blev mere detaljerede. I Aurora-regionen steg usikkerheden med omkring 14 procent i de regionale simuleringer og med omkring 30 procent i de mest højtopløselige gletsjersimuleringer sammenlignet med modeller på kontinentalt niveau.

I stedet for at reducere usikkerheden afslørede de finere modeller ofte usikkerheder, som de grovere modeller havde skjult.

”Når vi øger opløsningen, bliver modellerne mere følsomme over for de oplysninger, vi fodrer dem med. Hvis topografien er usikker, bliver den usikkerhed også mere synlig.”

Antarktis reagerer ikke som én iskappe

Aurora-bassinet i Østantarktis viste sig at være særligt følsomt over for usikkerheder i grundfjeldet, mens Bellingshausen-regionen i højere grad blev påvirket af selve klimascenariet. Sammen viste de to regioner, at Antarktis ikke reagerer som ét samlet system.

Kontrasten peger på, at forskellige dele af Antarktis styres af forskellige mekanismer og følsomheder. Nogle steder er bedre kort afgørende, mens usikkerheden om klimaudviklingen fortsat er den dominerende faktor andre steder.

”Antarktis er ikke én iskappe, der opfører sig ens overalt. Hver region har sin egen geometri, sin egen dynamik og sine egne følsomheder.”

Samlet set peger simuleringerne på tværs af kontinent-, regions- og gletsjerniveau på, at en betydelig del af usikkerheden i fremtidens havniveauprognoser ikke kun skyldes det fremtidige klima, men også vores mangelfulde viden om landskabet under isen.

Det næste gennembrud kan komme fra bedre kort

I årtier har forskere fokuseret på at forbedre klimamodeller, forstå isens fysik og indsamle stadig mere præcise målinger af temperatur, havstrømme og nedbør.

Men resultaterne peger i en anden retning: Bedre prognoser kan begynde med bedre kort over det kontinent, der ligger skjult under isen.

”Hvis vi ønsker bedre prognoser, kommer den næste store forbedring måske ikke fra bedre klimamodeller. Den kan komme fra bedre kort over Antarktis.”

Forskerne siger ikke, at klimaforandringer er mindre vigtige end hidtil antaget.

Klimaændringer er stadig den grundlæggende drivkraft bag fremtidens istab. Men studiet tyder på, at usikkerheden om Antarktis' geologi kan sætte grænser for, hvor præcist forskerne kan forudsige iskappens reaktion.

”Dette ændrer ikke vores forståelse af, at klimaet bliver varmere. Det ændrer vores forståelse af, hvor præcist vi kan forudsige isens reaktion.”

Her kan forskerne faktisk mindske usikkerheden

Resultaterne rejser også et praktisk spørgsmål: Hvor bør fremtidens investeringer sættes ind? I modsætning til mange andre usikkerheder i klimavidenskaben er dette en usikkerhed, forskerne faktisk kan gøre mindre.

”Vi kan ikke forudsige fremtidige udledninger,” siger Seroussi. ”Men grundfjeldets topografi er noget, vi kan tage ud og måle. Vi har teknologien. Vi ved, hvor de største huller i vores viden er.”

Nogle af de områder, der havde størst betydning i simuleringerne, er samtidig blandt dem, forskerne ved mindst om. Det er netop her, nye målinger kan få størst betydning for fremtidige havniveauprognoser.

Nogle af de største usikkerheder findes i fjerntliggende dele af Østantarktis, hvor der stadig kun findes få direkte målinger.

”Vi ved faktisk ret præcist, hvor vi mangler information. Det gør det muligt at målrette fremtidige målekampagner mod de områder, hvor nye data vil gøre størst forskel.”

Vi er stadig ved at opdage det kontinent, vi forsøger at forudsige

Samtidig gør nye generationer af radarinstrumenter, satellitter og autonome systemer det lettere end nogensinde før at kortlægge kontinentet.

”Vi er nået til et punkt, hvor observationer og modeller i stigende grad kan arbejde hånd i hånd. Modellerne kan fortælle os, hvor der mangler data, og observationerne kan hjælpe os med at reducere usikkerhederne.”

Der ligger også en bredere pointe i resultaterne. Uanset om forskerne undersøgte hele Antarktis, enkelte regioner eller specifikke gletsjere, dukkede det samme budskab op: Modeller er kun så gode som de data, de bygger på.

”Der er ofte stort fokus på modellerne, men modeller er kun så gode som de data, de er baseret på.”

”Antarktis er et af de mest utilgængelige steder på Jorden,” siger Seroussi. ”På mange måder er vi stadig i gang med at opdage det kontinent, hvis fremtid vi forsøger at forudsige.”