Powszechnie wiadomo, że w nadchodzących latach rosnące ilości dwutlenku węgla w powietrzu spowodują zmianę klimatu, prowadząc w ten sposób do szybszego topnienia pokryw lodowych i wzrostu poziomu mórz na całym świecie. Nowe odkrycie naukowe wskazuje jednak na niepokojący, całkowicie odrębny bezpośredni wpływ węgla na lód - taki, który nie ma nic wspólnego z ociepleniem.
Jak udokumentowano w badaniu opublikowanym wczoraj w czasopiśmie Journal of Physics D, naukowcy z MIT odkryli, że samo przebywanie w obecności podwyższonych stężeń dwutlenku węgla powoduje znaczne osłabienie lodu, przy zmniejszonej wytrzymałości materiału i odporności na pękanie, niezależnie od temperatury. Przy wystarczającej ilości dwutlenku węgla w powietrzu samo to może zwiększyć ryzyko pękania i pękania lodowców. Dodaj fakt, że globalne temperatury będą nadal się ogrzewać - szczególnie wokół biegunów - a połączenie tych dwóch czynników może oznaczać, że czapy lodowe będą topić się w jeszcze szybszym tempie, niż wcześniej przewidywali eksperci.
„Gdyby pokrywy lodowe i lodowce nadal pękały i rozpadały się na kawałki, ich powierzchnia wystawiona na działanie powietrza zostałaby znacznie zwiększona, co mogłoby prowadzić do przyspieszonego topnienia i znacznie zmniejszonego obszaru pokrycia na ziemi”, powiedział główny autor badania, Markus Buehler. „Konsekwencje tych zmian zostaną zbadane przez ekspertów, ale mogą one przyczynić się do zmian globalnego klimatu”.
Buehler i jego współautor, Zhao Qin, zastosowali symulacje komputerowe na poziomie atomowym, aby ocenić dynamikę siły lodu w obecności różnych stężeń dwutlenku węgla. Odkryli, że gaz zmniejsza siłę lodu, zakłócając wiązania wodorowe, które utrzymują razem cząsteczki wody w krysztale lodu. W szczególności na poziomie atomowym dwutlenek węgla konkuruje z związanymi cząsteczkami wody i przy wystarczająco wysokich stężeniach wypiera je z wiązań i zajmuje ich miejsce.
Cząsteczki dwutlenku węgla zaczynają infiltrować kawałek lodu na zewnętrznej krawędzi, a następnie powoli rozszczepiają go, migrując do wewnątrz w miarę powstawania pęknięcia. W ten sposób przyciągają również cząsteczki wody na zewnątrz, tworząc wiązania z atomami wodoru cząsteczek wody, pozostawiając zerwane wiązania w strukturze krystalicznej i zmniejszając ogólną wytrzymałość lodu. Symulacje wykazały, że lód infiltrowany dwutlenkiem węgla do tego stopnia, że gaz zajmuje dwa procent jego objętości, jest o około 38 procent mniej silny.
„W pewnym sensie pękanie lodu spowodowane dwutlenkiem węgla jest podobne do rozpadu materiałów spowodowanego korozją, np. Struktura samochodu, budynku lub elektrowni, w której czynniki chemiczne„ gryzą ”materiały, które powoli się psują, ”Buehler powiedział Environmental Research Web . Naukowcy twierdzą, że ponieważ lodowce zwykle zaczynają się rozpadać, tworząc małe pęknięcia, może to prowadzić do dalszych pęknięć na dużą skalę, takich jak ten, który niedawno miał miejsce na Antarktydzie i wytworzył fragment większy niż Nowy Jork.
Ponieważ odkrycie jest pierwszym dowodem tego zjawiska, jest zbyt wcześnie, aby powiedzieć, o ile przyspieszy stopienie lodu w stosunku do wcześniejszych prognoz. Istnieje jednak kilka mechanizmów, dzięki którym eksperci mogą skorygować w górę swoje szacunki dotyczące topnienia lodu i wzrostu poziomu morza, biorąc pod uwagę dalszy wzrost emisji gazów cieplarnianych.
Oprócz oczywistego - że cieplejsze powietrze i słabszy lód oznaczają szybsze tempo topnienia - istnieje fakt, że czapy lodowe odgrywają kluczową rolę w odbijaniu światła słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Obecnie pokrywają około siedem procent powierzchni Ziemi, ale odpowiadają za odbijanie 80 procent promieni słonecznych. Wynika to z faktu, że biały kolor lodu pomaga odbijać światło bardziej skutecznie niż prawie jakikolwiek inny rodzaj pokrycia gruntu.
Jeśli jednak zwiększone stężenie dwutlenku węgla i wyższe temperatury spowodują nieoczekiwanie szybkie topnienie lodu, ten jasny biały lód zostanie zastąpiony przez ciemną wodę oceaniczną. Coraz więcej promieni słonecznych wchodziłoby do atmosfery i pozostawało w niej, powodując w ten sposób coraz większe ocieplenie. Ta pętla pozytywnego sprzężenia zwrotnego może stanowić jeden z przerażających „punktów krytycznych”, których obawiają się klimatolodzy, może skierować nasz klimat na niekontrolowaną ścieżkę ku katastrofie.
Ponieważ praca dotyczy lodu tylko na poziomie mikroskopowym, następnym krokiem byłoby przetestowanie wpływu zwiększonego stężenia dwutlenku węgla na lodzie w warunkach laboratoryjnych, aby sprawdzić, czy efekty symulowanego modelu są prawdziwe. Oczywiście, jeśli nic się nie zmieni pod względem emisji dwutlenku węgla, możemy mieć szansę sprawdzić, czy efekty te występują na znacznie większą skalę - w lodowcach świata i czapach polarnych.
