Hvaða áhrif hafa loftslagsbreytingar á sjávarstöðu?

Okkur kann að finnast að spegilsléttur sjávarflöturinn sé algjörlega láréttur. Meðalsjávarborð liggur hins vegar nærri því sem kallast jafnmættisflötur í þyngdarsviði jarðar. Oft er talað um jörðina eins og hún sé kúlulaga hnöttur, en hún er í raun sporvölulaga, aðeins breiðari um sig um miðbaug en pólana. Jafnmættisflöturinn er að mestu sporvölulaga, en massadreifing í jörðinni aflagar hann þó, og fylgir meðalsjávarborð þessari aflögun. Á úthafsvæðum getur aflögun frá sporvölulögun („flötu“ yfirborði jarðar) numið tugum metra¹. Áhrif vinda á stórum kvarða geta svo aflagað sjávarborð frekar, en hin vinddrifnu aflrænu frávik hafa þó lítið útslag (eru mest um 1,5 m).

Loftslagsbreytingum kunna að fylgja breytingar á vindafari, og getur það haft áhrif á sjávarstöðu. Útslag þeirra breytinga er þó ekki stórt eða innan við metri. Slíkar breytingar geta hins vegar orðið nokkuð hratt og jafnvel mælst í nokkrum sentimetrum á áratug. Breytingar á aflrænni aflögun sjávarborðs eru staðbundnar, það er þær skila sér ekki í hnattrænum breytingum. Hækkun sjávar á einu svæði þýðir lækkun annars staðar.

Til að hafa hnattræn áhrif á sjávarstöðu þarf að breyta rúmmáli heimshafanna, annaðhvort með því að bæta í heimshöfin, til dæmis með því að bræða jökla, eða breyta eðlismassa sjávar². Hvað breytingar á eðlismassa varðar skiptir varmaþensla mestu. Ef sjór hlýnar þenst hann út og sjávarborð hækkar. Breytingar á seltu hafa sams konar áhrif, en þær eru þó mun minni en áhrif hitabreytinga. Hnattræn hlýnun hækkar sjávarhita og veldur þannig hækkun sjávaryfirborðs.

Önnur áhrif loftslagsbreytinga eru að bræða jökla og íshvel, auka rúmmál heimshafanna og þannig hækka sjávaryfirborð.

Af ofansögðu má ljóst vera að loftslagsbreytingar hafa áhrif á sjávarstöðu, og í reynd eru þessi áhrif þegar farin að koma fram. Á síðustu öld nam hnattræn hækkun sjávarborðs um 17 cm og að svo miklu leyti sem hægt er að rekja orsakir hækkunarinnar virðist varmaþensla og bráðnun smájökla hafa haft mest áhrif³. Bráðnun íshvelanna (á Grænlandi og Suðurskautslandi) er einnig farin að hafa veruleg áhrif og fara þau áhrif vaxandi⁴ og munu líklega verða ráðandi á næstu öldum⁵.

Spár um hækkun sjávaryfirborðs eru háðar því hversu mikið hlýnar sem aftur ræðst af því hversu mikil losun gróðurhúsalofttegunda verður. Árið 2007 gaf milliríkjanefnd um loftslagsbreytingar (IPCC) út skýrslu⁶ þar sem líkleg hækkun á komandi öld var metin 18-38 cm ef losun gróðurhúsalofttegunda yrði hófleg, en 26-59 cm ef losun er óhófleg. Nýlegri rannsóknir⁷ benda til þess að þetta mat hafi verið of lágt og hækkunin geti verið orðin 1 m fyrir árið 2100. Sumar þessara rannsókna meta efri mörk mögulegrar hækkunar allt að 1,5 m en meiri hækkun er talin ólíkleg, enda takmörk fyrir því hversu hratt íshvel geta flætt í sjó fram⁸.

Óháð því hvort hnattræn sjávarborðshækkun verður meiri eða minni en einn metri á næstu öld, er ljóst að sjávarborðshækkun mun halda áfram næstu aldir og gæti numið mörgum metrum að nokkrum öldum liðnum.

Ofangreint lýsir því hvað vitað er um áhrif loftslagsbreytinga á hnattræna hækkun sjávaryfirborðs. Mikilvægt er að hafa í huga að staðbundin hækkun verður ólík þeirri hnattrænu. Staðbundnar⁹ breytingar á sjávarstöðu milli ára og áratuga má oft útskýra með breytingum á loftþrýstingi, vindi¹⁰ eða sjávarhita¹¹, en þegar jökulhvel minnka þarf einnig að taka tillit til þess að massi íss í íshvelinu hefur bein áhrif á jafnmættisflöt þyngdarsviðs í nágrenninu.

Þetta þýðir að þegar jökulhvel bráðnar fellur sjávaryfirborð nærri því en hækkar þeim mun meira annars staðar¹². Sama gerist þegar jöklar bráðna, en þar sem ísmassinn er ekki jafn mikill eru áhrifin á sjávarstöðu að sama skapi minni. Myndin hér fyrir neðan sýnir dæmi um útreikning á þessum áhrifum. Þessi áhrif leggjast svo saman við varmaþenslu vegna hlýnunar, sem er mest þar sem mest hlýnar, og breytingar vegna vindafars. Samanlögð áhrif eru því nokkuð flókin og enn ekki ljóst hvernig heildarmyndin lítur út.

Dreifing sjávarborðshækkunar ef stóru íshvelin á Grænlandi og Suðurskautslandinu minnka. Efri mynd: Ef Grænlandshvelið bráðnar nægilega mikið til að hækka sjávaryfirborð hnattrænt um 1 mm á ári, neðri myndin sýnir sams konar útreikning fyrir íshvelið á Suðurskautlandi. Mikilvægt er að hafa í huga að þessi mynd sýnir einungis áhrif bráðnunar íshvela, ekki er gert ráð fyrir varmaþenslu heimshafanna.

Ef skoða á einstök strandsvæði þarf líka að huga að lóðréttum landhreyfingum. Víða á norðurhveli er landið enn þá að jafna sig eftir síðasta jökulskeið, þannig rís land til dæmis í Eystrasaltinu og við Hudson Bay í Kanada um meira en 1 cm á ári þar sem mest er. Á Íslandi sýna mælingar¹³ víðtækt landris, og það er sérstaklega mikið við suðurströndina. Þetta landris má rekja til bráðnunar jökla síðan um aldamótin 1900, sem aftur má rekja til loftslagsbreytinga. Landrisið nær þó ekki til þéttbýlisins á suðvesturhorninu, þar sem land sígur.

Tilvísanir

¹ Sjá til dæmis mynd 10.3 á bls 156 í bókinni Introduction to Physical Oceanography eftir Robert Stewart. (Skoðað 16.4.2013).

² Litið fram hjá breytingum á sjávarstöðu vegna landreks, en slíkt gerist á tímakvarða sem er lengri en rætt er um hér.

³ Sjá kafla 5 í skýrslu milliríkjanefndar um loftslagsbreytingar (IPCC), Bindoff, o.fl. 2007: Observations: Oceanic Climate Change and Sea Level. Í: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. (Skoðað 16.4.2013).

⁴ Sjá grein Shepard o.fl. (2012) A Reconciled Estimate of Ice Sheet Mass Balance, Science Vol. 338 no. 6111 bls. 1183-1189 DOI: 10.1126/science.1228102.

⁵ Church, J.A., J.M. Gregory, N.J. White, S.M. Platten, og J.X. Mitrovica. 2011. Understanding and projecting sea level change. Oceanography 24(2):130-143, doi:10.5670/oceanog.2011.33.

⁶ Sjá kafla 10 í skýrslu milliríkjanefndar um loftslagsbreytingar (IPCC), Meehl, o.fl. 2007: Global Climate Projections. Í: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. (Skoðað 16.4.2013).

⁷ Sjá til dæmis Rahmstorf (2007) A Semi-Empirical Approach to Projecting Future Sea-Level Rise. Science, 315 (5810); Rahmstorf, S., Perrette, M. og Vermeer, M., 2011. Testing the robustness of semi-empirical sea level projections. Climate Dynamics, 39(3-4): 861-875 og Jevrejeva, S., Moore, J.C. og Grinsted, A., 2011. Sea level projections to AD 2500 with a new generation of climate change scenarios. Global and Planetary Change, 80-81: 14-20.

⁸ Pfeffer, W. T., J. T. Harper og S. O’Neel. 2008. Kinematic Constraints on Glacier Contributions to 21st-Century Sea-Level Rise. Science, 321(5894), 1340-1343, doi: 10.1126/science.1159099.

⁹ Á strandsvæðum þarf einnig að taka tillit til landris eða landsigs sem getur á stöku stað numið tugum sentimetra á öld. Sjá nánar umræðu um landris á Íslandi.

¹⁰ Timmermann, Axel, Shayne McGregor, Fei-Fei Jin, 2010: Wind Effects on Past and Future Regional Sea Level Trends in the Southern Indo-Pacific. J. Climate, 23, 4429-4437. (Skoðað 16.4.2013).

¹¹ Sjá umfjöllun í kafla 5.5. í Bindoff, N.L., J. o.fl. 2007: Observations: Oceanic Climate Change and Sea Level. Í: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. (Skoðað 16.4.2013).

¹² Samkvæmt Slangen o.fl. (Towards regional projections of twenty-first century sea-level change based on IPCC SRES scenarios. Climate Dynamics, 2011 38(5-6): 1191-1209) fellur sjávarborð í allt að 2200 km fjarlægð frá íshvelinu.

¹³ Sjá Árnadóttir, Th., B. Lund, W. Jiang, og H. Geirsson, H. Björnsson, P. Einarsson and T. Sigurdsson (2009) Glacial rebound and plate spreading: Results from the first countrywide GPS observations in Iceland, Geophys. J. Int., 177(2), 691-716, doi: 10.1111/j.1365-246X.2008.04059.x.

Mynd:

Mynd af dreifingu sjávarborðshækkunar er úr grein Milne ofl (2009), Identifying the causes of sea-level change. Nature Geoscience 2, 471-478 doi: 10.1038/ngeo544. (Sótt 16.4.2013).