Inlandsisar och havsnivåhöjning

I inlandsisarna på Antarktis och Grönland finns 99% av allt färskvatten på jorden lagrat. När mer is smälter än vad som bildas blir det ett tillskott av vatten i haven och havsnivån höjs. På både Grönland och Antarktis har smältningen ökat under de senaste årtiondena. Hur framtida havsnivåer kommer utvecklas beror i hög grad på hur vi lyckas bromsa klimatförändringen som påverkar isarnas avsmältning.

Filmen Smältande inlandsisar – så påverkas havsnivån förklarar varför inlandsisarna på Antarktis och Grönland smälter och hur detta bidrar till stigande havsnivåer.

Syntolkad version av filmen Smältande inlandsisar – så påverkas havsnivån.

Gigantiska ismassor

Glaciärer och inlandsisar bildas när mängden snö över lång tid är större än avsmältningen i kalla områden på jorden. Över tusentals år byggs ett snölager upp som pressas samman till ett permanent istäcke som kan bli flera tusen meter tjockt och breda ut sig flera hundra mil. Under historiska istider har det funnits fler stora istäckta områden, men idag finns två ismassor som är tillräckligt stora för att kallas inlandsisar, Grönland och Antarktis. Inlandsisen på Grönland täcker en yta som är mer än tre gånger så stor som Sverige. På Antarktis täcker isen en yta som är större än hela Europa.

inlandsis
Schematisk bild av inlandsis. Den ihållande kylan gör att snö som faller pressas samman och bildar ett permanent islager. Höjden på isen kan vara flera tusen meter över inlandet. Isen glider sedan mycket sakta ner mot havet på grund av höjdskillnaden. Där isen möter havet kan flytande isshelfer bildas (till höger i bilden). Is förloras i havet genom smältning och kalvning av isberg. Om tillskottet av is över inlandet är lika stor som förlusten av is till havet är systemet i balans. För närvarande är förlusten av is större än tillskotten för inlandsisarna på både Grönland och Antarktis. Denna isförlust bidrar till den pågående havsnivåhöjningen. Illustration SMHI Förstora Bild

Smältning av landbaserad is påverkar vattenståndet

Höjningen av det globala medelvattenståndet beror främst på två processer, ökningen av volymen havsvatten som sker när haven värms upp, vilket kallas termisk expansion, och tillskott av färskvatten från smältning av bergsglaciärer och inlandsisar.

Kring båda polerna finns även havsis, som är fruset havsvatten. När havsis smälter medför det ingen större påverkan på havsnivåerna eftersom inget nytt vatten tillförs till havet. En liten effekt på en handfull procent finns eftersom havsvattnet blir lite mindre salt. Men i Arktis bidrar den kraftigt minskande utbredningen av havsisen till snabbare global uppvärmning eftersom mer värme kan tas upp av haven.

Smältningen går snabbare nu

Under de senaste århundradena har observationer av vattenstånd utförts vid stationer längs kusten. Sedan 1992 har satellitmätningar förbättrat vår kunskap om havsnivåer och även medfört att förändring av inlandsisar och glaciärer kan övervakas regelbundet. Därför är det nu möjligt att fastställa hur mycket och hur snabbt havsnivån har stigit sedan början av 1900-talet, samt även att visa hur mycket de olika processerna har bidragit till denna förändring.

Takten på smältningen har ökat under de senaste årtiondena. Både på Grönland och Antarktis smälter isarna snabbare än vad forskarna tidigare räknat med, hastigheten är nu flera gånger snabbare än i början av 90-talet[1].

zac
Satellitdata visar att isarnas massa (enhet: miljarder ton = Gigaton) på både Antarktis och Grönland har minskat snabbt de senaste årtiondena. Gravimetridata från satelliten GRACE. Illustration Zachary Labe, Colorado State University Förstora Bild

Regionala effekter av smältningen

När is smälter från inlandsisarna på Grönland och Antarktis minskar isarnas massa. Eftersom det är gigantiska massor medför detta en omfördelning av vatten på jordens yta, deformation av jordskorpan och förändringar av jordens rotation och gravitationsfält. Havsnivåförändringen som detta orsakar får tydliga regionala variationer.

För Sveriges del innebär det att smältning på Antarktis påverkar vårt vattenstånd mer än vad smältning på Grönland gör eftersom höjningen blir störst i områden långt bort från ett smältande istäcke. Detta bidrar till att havsnivån på olika platser i Sverige inte kommer att stiga i exakt samma takt eller precis lika mycket som det globala medelvärdet. Tillsammans med regionala variationer i närliggande hav innebär det totalt sett för Sveriges del att framtida höjning av medelvattenståndet troligen blir något lägre än det globala medlet[2]. Den lokala landhöjningen spelar mycket stor roll för nivån för varje enskild plats.

Smältningen beräknas öka

Den framtida ökningen av det globala medelvattenståndet är starkt beroende av i vilken utsträckning mänskligheten lyckas genomföra minskningar av växthusgaser. Takten på höjningen i slutet av seklet förväntas bli snabbare under alla utsläppsscenarier[3], inklusive de som är i linje med att uppnå det långsiktiga temperaturmålet som anges i Parisavtalet, vilket säger att den globala temperaturökningen vid 2100 inte bör överstiga 2 grader.

Det antarktiska istäcket har potential att ge det största bidraget till havsnivåhöjning, men stor osäkerhet kvarstår kring dess framtida utveckling. Grönlandsisen har bidragit mer fram till nu, men har inte samma förutsättningar för mycket snabba förändringar som Antarktis.

Västantarktis är mest kritiskt

Stora delar av det västantarktiska istäcket mynnar ut i havet och bottnar under havsnivån. På grund av detta är isen mycket mer utsatt för smältning av förhållandevis varmt bottenvatten. För det grönländska istäcket är sådana områden begränsade, vilket minskar potentialen för en kraftigt accelererande avsmältning. Totalt sett finns färskvatten lagrat i form av is på land som skulle höja den globala havsnivån med ungefär 65 meter om all is smälte. Av dessa finns cirka 0,3 meter i bergsglaciärer, 7 m på Grönland och 58 m på Antarktis[3].

Det antarktiska istäcket är uppdelat i en östlig och en västlig del. Den västliga delen innehåller is motsvarande cirka 5 m havsnivåhöjning[4] och det är främst här som snabb smältning nu observeras. Här bottnar isshelferna på berggrund som ligger långt under havsnivån. De två mest kritiska glaciärerna är i dagsläget Thwaites och Pine Island Bay, som tillsammans innehåller is motsvarande 1 meters höjning av den globala havsnivån. Men en kollaps av dessa två glaciärer skulle även garantera ytterligare minst 2 meters höjning över flerhundraårig tidsskala eftersom de är kopplade till resten av isen på Västantarktis[3].

dotson
Dotsons isshelf, Västantarktis, januari 2017. Höjden på den synliga iskanten är ungefär 30 meter, under ytan är den fem till tio gånger så djup. Fronten på denna isshelf är cirka 50 km bred. Foto Ola Kalén, SMHI Förstora Bild

Tecken på instabilitet

På Grönland är det främst en negativ massbalans, det vill säga att tillskottet av ny is är mindre än förlusten på grund av smältning, som kontrollerar massförlusten. Isförlusten på Västantarktis drivs i första hand av dynamiska processer som är förändringar av isens flödeshastighet ut mot havet. Dessa styrs bland annat av isens temperatur och hållfasthet samt friktionen mot berggrunden som minskar vid ökad tillförsel av smältvatten. De flytande isshelferna fungerar som en buffert mot isen på land och när de försvagas ökar också tillskott av is från inlandet.

När förutsättningarna är sådana som på flera håll på Västantarktis finns potential för en accelererande smältning, kallad ”marine ice shelf instability”, som är irreversibel över tidsskalor på hundra till tusen år. Det finns tecken på att sådan instabilitet skulle kunna ha initierats redan nu för vissa glaciärer, men det går inte att säkert fastställa med dagens kunskap. Det råder brist på mätningar både från glaciärerna, oceanerna och atmosfären runt Antarktis, och det behövs bättre upplösning och representation av fysikaliska processer i modellerna.

misi
Marine ice shelf instability. Schematisk sidovy av inlandsis i Västantarktis med tillhörande flytande isshelf. De två bilderna visar ett tidsförlopp (en viss tid förflyter mellan bild a och bild b) med ökande avsmältning. Isen flödar ner mot havet med en viss hastighet (stora blå pilar). Isens hastighet när den möter havet beror på hur tjock isen är vid ”grundlinjen”, platsen på undersidan av isen där den vilar mot berggrunden innan den blir flytande (vertikal streckad blå linje). Berggrunden lutar inåt mot land (till vänster i bild) och isen är tjockare där. Den flytande isshelfen fungerar som en bromskloss mot isen från inlandet och kontrollerar hastigheten på flödet (blå kraftpilar i vattenytan). Isshelfen smälts underifrån av relativt varmt bottenvatten (röda pilar). När smältningen fortgår (bild b) blir isshelfen mindre och tunnare. Detta medför att dess förmåga att bromsa isen hastighet minskar (de blå kraftpilarna är nu mindre). När isshelfen blir tunnare kan det bottenvattnet också tränga längre in under isen. Detta medför att grundlinjen flyttas in mot land där isen är tjockare eftersom botten lutar inåt. Även på grund av detta ökar isens hastighet ner mot havet. När förhållandena är sådana som visas här är smältningen en självförstärkande process där positiva återkopplingsmekanismer kan göra att smältningen accelererar. Illustration SMHI Förstora Bild

Stor osäkerhet efter 2100

Utvecklingen för det Antarktiska istäcket efter slutet av 2000-talet kännetecknas av djup osäkerhet eftersom ismodellerna saknar tillräckligt bra förklaringar för de fysiska processerna. De bedömningar som gjorts av tröskelvärden i temperatur för start av irreversibel kollaps är osäkra. Dock går tillbakagången för flera glaciärer på Västantarktis att förklara med teori för marine ice shelf instability. Det är troligt att denna utveckling kommer fortsätta och det finns även risk att den accelererar[3].

Betydligt mindre risk vid lägre temperaturökning

En fullständig smältning av inlandsisen på Grönland skulle bidra med 7 m havsnivåhöjning över ett årtusende eller mer och skulle kunna inträffa för en temperaturhöjning mellan 1-4 grader över förindustriella nivåer[3]. Höga utsläppsscenarier skulle kunna leda till havsnivåhöjning på flera meter per sekel på lång sikt.

IPCC anger inte någon samlad bedömning av ett specifikt temperaturintervall för kollaps av istäcket på Västantarktis över längre tidsskalor eftersom osäkerheterna anses vara för stora[3]. Enskilda studier indikerar dock att detta skulle kunna ske vid en temperaturhöjning på cirka 2 grader[5,6].

Forskning visar alltså att höga utsläppsscenarier skulle kunna leda till havsnivåhöjning på flera meter per sekel på lång sikt. Scenarier med låga utsläpp leder till begränsad havsnivåhöjning på flerhundraårig tidsskala. Havsnivåhöjningen över flerhundraårig tidsskala är alltså starkt beroende av vilket utsläppsscenario som kommer följas. Detta i kombination med bristen på förutsägbarhet för tröskelvärden för kollaps av istäckena understryker vikten av utsläppsminskningar för att minimera riskerna för lågt liggande kustlinjer och öar.

Källhänvisningar

[1] Meredith, M., M. Sommerkorn, S. Cassotta, C. Derksen, A. Ekaykin, A. Hollowed, G. Kofinas, A. Mackintosh, J. Melbourne-Thomas, M.M.C. Muelbert, G. Ottersen, H. Pritchard, and E.A.G. Schuur, 2019: Polar Regions. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In press. www.ipcc.ch/srocc/

[2] Hieronymus, M., Kalén, O. Sea-level rise projections for Sweden based on the new IPCC special report: The ocean and cryosphere in a changing climate. Ambio (2020).

[3] Oppenheimer, M., B.C. Glavovic, J. Hinkel, R. van de Wal, A.K. Magnan, A. Abd-Elgawad, R. Cai, M. Cifuentes-Jara, R.M.  DeConto, T. Ghosh, J. Hay, F. Isla, B. Marzeion, B. Meyssignac, and Z. Sebesvari, 2019: Sea Level Rise and Implications for Low-Lying Islands, Coasts and Communities. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N.M. Weyer (eds.)]. In press.” www.ipcc.ch/srocc/

[4] Morlighem, M., Rignot, E., Binder, T., Blankenship, D., Drews, R., Eagles, G., & Goel, V. (2020). Deep glacial troughs and stabilizing ridges unveiled beneath the margins of the Antarctic ice sheet. Nature Geoscience, 13(2), 132-137.

[5] Pattyn, F., Ritz, C., Hanna, E., Asay-Davis, X., DeConto, R., Durand, G., and Munneke, P. K. (2018). The Greenland and Antarctic ice sheets under 1.5° C global warming. Nature Climate Change, 8(12), 1053-1061.

[6] Garbe, J., Albrecht, T., Levermann, A. et al. (2020) The hysteresis of the Antarctic Ice Sheet. Nature 585, 538–544.