Хорошо известно, что в предстоящие годы увеличение количества углекислого газа в воздухе приведет к изменению климата, что приведет к ускоренному таянию ледяных шапок и повышению уровня моря во всем мире. Однако новые научные данные указывают на тревожное, совершенно отдельное прямое воздействие углерода на лед, которое вообще не имеет никакого отношения к потеплению.
Как документально подтверждено в исследовании, опубликованном вчера в журнале Physics D, исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что простое присутствие в присутствии повышенных концентраций углекислого газа приводит к значительному ослаблению льда, уменьшая прочность материала и вязкость разрушения, независимо от температуры. Если в воздухе достаточно углекислого газа, это само по себе может повысить вероятность раскалывания и разрушения ледников. Добавьте к этому тот факт, что глобальные температуры будут продолжать нагреваться, особенно вокруг полюсов, и сочетание этих двух факторов может означать, что ледяные шапки будут таять с еще большей скоростью, чем прогнозировали эксперты.
«Если бы ледяные шапки и ледники продолжали растрескиваться и разбиваться на куски, площадь их поверхности, подверженная воздействию воздуха, была бы значительно увеличена, что могло бы привести к ускоренному таянию и значительно уменьшенной зоне покрытия на земле», - сказал ведущий автор исследования. Маркус Бюлер. «Последствия этих изменений еще предстоит изучить экспертам, но они могут способствовать изменениям глобального климата».
Бюлер и его соавтор Чжао Цинь использовали компьютерное моделирование на атомном уровне для оценки динамики прочности льда в присутствии различных концентраций углекислого газа. Они обнаружили, что газ уменьшает прочность льда, препятствуя образованию водородных связей, которые удерживают молекулы воды в кристалле льда. В частности, на атомном уровне углекислый газ конкурирует с молекулами связанной воды и при достаточно высоких концентрациях вытесняет их из связей и занимает их место.
Молекулы углекислого газа начинают проникать в кусочек льда на внешнем крае, а затем медленно разделяют его, мигрируя внутрь, образуя трещину. При этом они также притягивают молекулы воды наружу к краю, образуя связи с атомами водорода молекул воды, оставляя разрушенные связи в кристаллической структуре и уменьшая прочность льда в целом. Моделирование показало, что лед, который был пропитан углекислым газом до такой степени, что газ занимает два процента своего объема, примерно на 38 процентов менее прочен.
«В некотором смысле разрушение льда из-за углекислого газа похоже на разрушение материалов из-за коррозии, например, структуры автомобиля, здания или электростанции, где химические агенты« грызут »материалы, которые медленно разрушаются, Бюлер рассказал об экологических исследованиях в Интернете . По словам исследователей, поскольку ледники обычно начинают распадаться с образованием небольших трещин, это может привести к дальнейшим крупномасштабным трещинам, таким как тот, который недавно произошел в Антарктиде и привел к образованию фрагмента, большего, чем в Нью-Йорке.
Поскольку эти данные являются первым доказательством этого явления, говорить о том, насколько это ускорит таяние льда по сравнению с предыдущими прогнозами, еще рано. Однако существует несколько механизмов, с помощью которых эксперты могут пересмотреть свои оценки таяния льда и повышения уровня моря с учетом продолжающегося увеличения выбросов парниковых газов.
В дополнение к очевидному - что более теплый воздух плюс более слабый лед означает более высокую скорость таяния - существует тот факт, что ледяные шапки играют решающую роль в отражении солнечного света обратно в космос. В настоящее время они покрывают примерно семь процентов поверхности Земли, но отвечают за отражение 80 процентов солнечных лучей. Это связано с тем, что ярко-белый цвет льда помогает отражать свет более эффективно, чем почти любой другой тип наземного покрова.
Если повышенные концентрации углекислого газа и более высокие температуры приводят к неожиданному быстрому таянию льда, этот яркий белый лед будет заменен темной океанской водой. Все больше солнечного света будет проникать и оставаться в атмосфере, вызывая тем самым все большее и большее потепление. Эта петля положительной обратной связи может стать одной из страшных «переломных точек», которые, как опасаются климатологи, могут привести наш климат на неконтролируемый путь к бедствию.
Поскольку в статье рассматриваются только лед на микроскопическом уровне, следующим этапом будет проверка влияния повышенных концентраций углекислого газа на лед в лабораторных условиях, чтобы проверить, действительны ли эффекты имитированной модели. Конечно, если ничего не изменится с точки зрения выбросов углерода, у нас вполне может быть шанс увидеть, происходят ли эти эффекты в гораздо большем масштабе - в мировых ледниках и полярных ледяных шапках.
