Kriosfera

Kriosfera (od grčke reči κρύος , „hladnoća”, „mraz” ili „led” i σφαῖρα , „globus, kugla”^[2]) sveobuhvatni je termin za one porcije Zemljine površine na kojima je voda u čvrstoj formi, uključujući morski led, jezerski led, rečni led, snežni pokrivač, glečere, ledene kape, ledene ploče, i zamrznuto tlo (čime je obuhvaćen permafrost). Postoji široko preklapanje sa hidrosferom. Kriosfera je integralni deo globalnog klimatskog sistema s važnim vezama i povratnim reakcijama nastalim njegovim uticajem na površinsku energiju i protoke vlage, oblake, padavine, hidrologiju, atmosfersku i okeansku cirkulaciju. Kroz ove povratne procese kriosfera igra značajnu ulogu u globalnoj klimi i u responsu klimatskog modela na globalne promene. Izraz deglacijacija opisuje povlačenje kriosfernih karakteristika. Kriologija je proučavanje kriosfere.

Pregled kriosfere i njegnih glavnih komponenti.^[1]

Struktura

Opseg regija pod uticajem komponenti kriosfere širom sveta, prema IPCC Petom procenjivačkom izveštaju^[3][4][5][6]

Zamrznuta voda se nalazi na Zemljinoj površini prevashodno kao snežni pokrivač, slatkovodni led u jezerima i rekama, morski led, glečeri, ledene ploče, smrznuta zemlja i permafrost (trajno smrznuta zemlja). Vreme zadržavanja vode u svakom od ovih kriosfernih podsistema varira u velikoj meri. Snežni pokrivač i slatkovodni led su u osnovi sezonski, a većina morskog leda, osim leda na centralnom Arktiku, traje samo nekoliko godina, ako nije sezonski. Data čestica vode u glečerima, ledenim pločama ili zemaljskom ledu, može ostati zamrznuta 10–100.000 godina ili duže, a duboki led u delovima Istočnog Antarktika verovatno ima starost od oko milion godina.

Većina svetskog leda je na Antarktiku, uglavnom u ledenim pločama Istočnog Antarktika. U pogledu površinskog obima, snežni i ledeni deo severne hemisfere čini najveću površinu, koja u januaru u proseku iznosi 23% površine hemisfere. Veliki površinski opseg i važne klimatske uloge snega i leda, povezane sa njihovim jedinstvenim fizičkim svojstvima, ukazuju na to da je sposobnost posmatranja i modelovanja obima, debljine i fizičkih svojstava (zračenja i toplotnih svojstava) snega i leda od posebnog značaja za klimatska istraživanja.

Postoji nekoliko osnovnih fizičkih svojstava snega i leda koji modulišu razmenu energije između površine i atmosfere. Najvažnija svojstva su površinska refleksija (albedo), sposobnost prenosa toplote (toplotna difuzivnost) i sposobnost promene stanja (latentna toplota). Ova fizička svojstva, zajedno sa hrapavošću površine, emisivnošću i dielektričnim karakteristikama, imaju važne implikacije na posmatranje snega i leda iz svemira. Na primer, hrapavost površine često je dominantan faktor koji određuje jačinu povratnog zračenja radara.^[7] Fizička svojstva kao što su kristalna struktura, gustina, dužina i sadržaj tečne vode važni su faktori koji utiču na prenos toplote i vode, i rasipanje mikrotalasne energije.

Površinska refleksija upadnog sunčevog zračenja važna je za površinsku energetsku ravnotežu (engl. ). To je odnos reflektovane i upadne solarne radijacije, koji se obično naziva albedo. Klimatologe prvenstveno zanima albedo integrisan u delu kratkotalasne porcije elektromagnetnog spektra (~300 do 3500 ), koji se poklapa sa glavnim ulazom solarne energije. Tipično su vrednosti albeda za snegom pokrivene površine koje se ne tope visoke (~80–90%), osim u slučaju šuma. Više vrednosit albeda za sneg i led uzrokuju nagle promene površinske reflektivnosti u jesen i proleće na visokim latitudama, ali ukupni klimatski značaj ovog povećanja prostorno i vremenski je modulisan oblačnim pokrivačem. (Planetarni albedo uglavnom je određen oblačnim pokrivačem, i malom količinom ukupnog sunčevog zračenja primljenog na visokim latitudama tokom zimskih meseci.) Leto i jesen su doba visokih prosečnih oblačnosti nad Arktičkim okeanom, te je povratni albedo povezan sa velikim sezonskim promenama u obimu morskog leda. Groisman et al.^[8] su uočili da snežni pokrivač ima najveći uticaj na Zemljinu radijacionu ravnotežu u prolećnom (april do maja) periodu kada je upadno sunčevo zračenje najveće u oblastima pokrivenim snegom.^[8]

Termička svojstva kriosfernih elemenata takođe imaju važne klimatske posledice. Sneg i led imaju mnogo nižu toplotnu difuzivnost od vazduha. Toplotna difuzivnost je mera brzine kojom temperaturni talasi mogu da prodru kroz neku supstancu. Sneg i led su više redova veličine manje efikasni u pogledu difuzije toplote od vazduha. Snežni pokrivač izoluje površinu zemlje, a morski led izoluje ishodišni okean, čime se razdvaja interfejs površine i atmosfere u smislu protoka toplote i vlage. Protok vlage sa vodene površine eliminiše se čak i tankom ledenom slojem, dok protok toplote kroz tanki led i dalje ostaje značajan dok led ne postigne debljinu veću od 30 do 40 . Međutim, čak i mala količina snega povrh leda dramatično umanjuje toplotni protok i usporava brzinu rasta leda. Izolacioni efekat snega takođe ima velike posledice na hidrološki ciklus. U regionima koji nisu permafrostni, izolacioni efekat snega je takav da se samo tlo u blizini površine smrzava i dubokovodna drenaža ostaje neprekinuta.^[9]

Dok sneg i led deluju tako da izoluju površinu od velikih gubitaka energije tokom zime, oni utiču i na kasno zagrejavanje u proljeće i leto zbog velike količine energije potrebne za topljenje leda (latentna toplota fuzije, 3,34 x 10⁵ na 0 °). Međutim, snažna statička stabilnost atmosfere nad oblastima obilnog snega ili leda teži ograničavanju neposrednog efekta hlađenja na relativno plitki sloj, tako da su pridružene atmosferske anomalije obično kratkotrajne i od lokalnog do regionalnog obima.^[10] Međutim, u nekim delovima sveta, poput Evroazije, hlađenje povezano s velikim snežnim naslagama i vlažnim prolećnim zemljištem igra ulogu u modulaciji letnje monsunske cirkulacije.^[11] Gucler i Preston (1997) su nedavno predstavili dokaze za slične povratne uticaje snežno-letnje cirkulacije nad jugozapadnim Sjedinjenim Državama.^[12]

Uloga snežnog pokrivača u modulaciji monsuna samo je jedan primer kratkoročne kriosferno-klimatske povratne sprege koja obuhvata kopnenu površinu i atmosferu. Iz slike 1 vidi se da u globalnom klimatskom sistemu postoje brojne povratne sprege kriosfere i klime. One deluju u širokom rasponu prostornih i vremenskih skala, od lokalnog sezonskog sniženja temperatura vazduha do hemisfernih varijacija ledenih ploča tokom vremenskih skala od više hiljada godina. Povratni mehanizmi su često kompleksni i nepotpuno izučeni. Na primer, (1995.) pokazali su da takozvani „jednostavni” povratni odnos morskog leda i albeda obuhvata složene interakcije tališta, debljine leda, snežnog pokrivača i obima morskog leda.

Sneg

Zbog bliskog odnosa sa temperaturom vazduha u hemisferi, snežni pokrivač je važan pokazatelj klimatskih promena. Većina Zemljine površine pokrivene snegom nalazi se na severnoj hemisferi i varira sezonski od 46,5 miliona km² u januaru do 3,8 miliona km² u avgustu.^[13] Severnoamerički zimski snežni pokrivač se povećao tokom 20. veka,^[14][15] uglavnom kao odgovor na povećanje padavina.^[16] Međutim, IPCC Šesti izveštaj o proceni je otkrio da se snežni pokrivač na severnoj hemisferi smanjuje od 1978. godine, zajedno sa dubinom snega.^[17] Opažanja paleoklime pokazuju da su takve promene bez presedana tokom poslednjih milenijuma u zapadnoj Severnoj Americi.^[17][18][19]

Vidi još

• Klimatski sistem
• Kriobiologija