Ледниковый щит Антарктиды

Ледниковый щит Антарктиды — это крупнейший на Земле покровный ледник, представляющий собой единую систему континентального оледенения, покрывающую почти всю территорию Антарктиды. Он относится к типу континентальных ледниковых щитов и является главным резервуаром пресной воды на планете, содержащим около 61 % всех пресных вод Земли. Вместе с Гренландским ледниковым щитом составляет основу криосферы планеты.

География и размеры

Антарктический ледниковый щит занимает площадь около 14,0 млн км² (в период максимального сезонного сокращения — до 13,5 млн км²), что превышает площадь Европы. Средняя толщина льда составляет около 2,1 км, максимальная — свыше 4,8 км (в районе подлёдной впадины восточной Антарктиды). Общий объём льда оценивается в 26,5–27,2 млн км³.

Щит не является единым монолитом — он делится на три взаимосвязанные части:

• Восточно-Антарктический ледниковый щит — крупнейший (около 9,3 млн км²), наиболее толстый и стабильный. Он занимает большую часть континента.
• Западно-Антарктический ледниковый щит — меньший по площади (около 1,9 млн км²), но более подвижный. Он расположен в основном на ложе, находящемся ниже уровня моря, что делает его уязвимым к потеплению океана.
• Антарктический полуостров — узкая и относительно тонкая часть щита, протянувшаяся на север в сторону Южной Америки. Его ледники отличаются высокой скоростью течения и чувствительны к изменениям температуры воздуха.

Толщина льда неравномерна: в центральных районах Восточной Антарктиды она достигает 4–4,5 км, а на окраинах (особенно в зоне шельфовых ледников) уменьшается до нескольких сотен метров.

Строение и устройство

Ледниковый щит состоит из спрессованного фирна (перекристаллизованного снега) и массивного глетчерного льда, образовавшегося в результате многолетнего накопления снега и его последующего уплотнения. Возраст самого древнего льда, извлекаемого из глубоких скважин, превышает 1 млн лет.

Под щитом находится материковое основание — коренные породы Антарктиды, которые в результате давления льда опустились ниже уровня моря на многих участках. Ложе щита имеет сложный рельеф: горные хребты, впадины, рифтовые долины и подлёдные озёра (самое известное — озеро Восток).

Важным структурным элементом являются шельфовые ледники — плавучие части щита, которые простираются от берега на десятки и сотни километров в море. Крупнейшие из них: ледник Росса (площадь около 500 000 км²) и ледник Фильхнера — Ронне (около 430 000 км²). Шельфовые ледники выполняют роль «пробки», замедляя сток льда с континента в океан.

Внутри щита выделяются потоки льда — быстро движущиеся полосы (скорость до нескольких километров в год), по которым лед выносится к окраинам.

Динамика и баланс массы

Масса ледникового щита меняется в результате двух основных процессов: накопления (аккумуляции) и таяния (абляции). В центральных районах Антарктиды почти весь годовой прирост обеспечивается снегопадами. На окраинах, особенно в летние месяцы, происходит таяние поверхности и образование ледниковых стоковых вод, а также откол айсбергов от шельфовых ледников.

Баланс массы щита на протяжении тысячелетий был близок к нулевому (равновесие между приходом и расходом). Однако по данным наблюдений последних десятилетий (спутниковые измерения GRACE, ICESat, реконструкции), антарктический щит испытывает чистую потерю массы: с 1992 по 2020 год он потерял около 3,5 трлн тонн льда, причём скорость потерь ускоряется. Основные потери приходятся на Западную Антарктиду и Антарктический полуостров. Восточная Антарктида в целом остаётся относительно стабильной, хотя некоторые её сектора также демонстрируют признаки потери массы.

Вклад в уровень моря

Ледниковый щит Антарктиды является крупнейшим потенциальным источником повышения уровня Мирового океана. Полное таяние щита привело бы к подъёму уровня моря примерно на 58–60 метров. Реальные изменения происходят значительно медленнее: за XX и начало XXI века его вклад в повышение уровня моря оценивается в 7–12 мм с тенденцией к ускорению. По современным моделям, при сохранении текущих темпов потепления, щит может добавить к 2100 году от 0,1 до 0,4 метра к уровню океана. При сценариях сильного потепления (RCP8.5) вклад может достичь 0,5–1,0 метра, однако модели содержат значительные неопределённости из-за сложности прогнозирования динамики шельфовых ледников и потоков льда.

Исследования и история изучения

Первые исследования ледникового щита начались в середине XX века, в ходе Международного геофизического года (1957–1958), когда были открыты постоянные научные станции. Систематическое бурение глубоких ледяных кернов для изучения климата прошлого началось в 1960-х годах (станция Берд). В 1980-х годах с помощью радиоэхолокации и сейсмических методов была составлена карта подлёдного рельефа.

В 1990-х годах начались спутниковые наблюдения (ERS, Envisat), которые позволили измерять высоту поверхности и скорость движения льда с высокой точностью. С 2002 года данные миссии GRACE дают прямую оценку изменения массы щита.

Ключевые научные проекты:

• Проект WAIS (West Antarctic Ice Sheet) — изучение стабильности Западно-Антарктического щита;
• Бурение на станции Восток — получение самого длинного ледяного керна (более 3,7 км), позволившего восстановить климат за 420 000 лет;
• EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) — керн с глубины более 3,2 км, охватывающий 800 000 лет.

Современные исследования ведутся с помощью спутников (ICESat-2, Sentinel, GRACE-FO), радиоэхолокации, а также полевых экспедиций по установке автоматических метеостанций и GPS-датчиков на поверхности ледников.

Значение для климата и экосистем

Ледниковый щит Антарктиды является ключевым регулятором глобального климата. Он отражает значительную часть солнечного излучения обратно в космос (высокое альбедо), что охлаждает планету. Взаимодействие щита с океаном снизу (таяние от поступления тёплой океанской воды) влияет на циркуляцию вод Южного океана и на образование антарктической донной воды — важного звена глобальной термохалинной циркуляции.

Под щитом существуют уникальные подлёдные экосистемы, например, в озере Восток, изолированные от атмосферы на миллионы лет. Эти системы служат объектом изучения для астробиологии (как аналог возможных форм жизни на ледяных лунах Юпитера и Сатурна).

Интересные факты

• Лёд антарктического щита содержит пузырьки воздуха, законсервированные в нём на протяжении сотен тысяч лет. Анализ их состава позволяет точно определять содержание углекислого газа и метана в древней атмосфере.
• Под щитом обнаружено около 400 подлёдных озёр, крупнейшим из которых является озеро Восток (длина около 250 км, глубина до 1200 м).
• Из-за нагрузки льда земная кора под Антарктидой прогнута: без щита континент поднялся бы на несколько сотен метров (изостатическая компенсация).
• Лёд движется очень медленно: в центральных районах скорость течения составляет 1–10 метров в год, на окраинах — до 1–2 километров в год.

Источники

• IPCC Sixth Assessment Report (AR6), Chapter 9: Ocean, Cryosphere and Sea Level Change, 2021
• Vaughan, D.G., Comiso, J.C., et al. (2013). Observations: Cryosphere. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis.
• Alley, R.B. et al. (2005). Ice-sheet and sea-level changes. Science, 310(5747), 456–460.
• Rignot, E. et al. (2019). Four decades of Antarctic Ice Sheet mass balance from 1979–2017. PNAS, 116(4), 1095–1103.
• Shepherd, A. et al. (2018). Mass balance of the Antarctic Ice Sheet from 1992 to 2017. Nature, 558, 219–222.
• Барков, Н.И., Петров, В.Н., и др. (1988). «Керн бурения на станции Восток — климатический архив за 420 000 лет». Материалы гляциологических исследований.