Η κρυόσφαιρα στη Γη
Η κρυόσφαιρα είναι ένα θεμελιώδες και αναπόσπαστο μέρος του κλιματικού συστήματος και έχει σημαντική σύνδεση και ανατροφοδότηση με τα κύρια συστατικά του συστήματος της Γης.
ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ
Ο όρος κρυόσφαιρα προέρχεται από την ελληνική λέξη kryo, δηλαδή κρύο, και συλλογικά περιγράφει το τμήμα του συστήματος της Γης στην επιφάνεια της γης και κάτω από αυτήν όπου το νερό είναι παγωμένο. Η κρυόσφαιρα περιλαμβάνει κάλυψη χιονιού, παγετώνες, στρώματα πάγου και υφαλοκρηπίδες, πάγος γλυκού νερού (λίμνες και ποτάμια), θαλάσσιος πάγος, παγόβουνα,, μόνιμο στρώμα πάγου και εποχιακά παγωμένο έδαφος.
Στον ευρύτερο ορισμό, ο οποίος είναι όλο και πιο σχετικός σήμερα, η κρυόσφαιρα περιλαμβάνει πλανητικές και άλλες μορφές πάγου του ηλιακού συστήματος και πέραν αυτού.
Η προέλευση του όρου κρυόσφαιρα έχει εντοπιστεί στον Πολωνό επιστήμονα A.B. Dobrowolski, ο οποίος τον χρησιμοποίησε στο βιβλίο του 1923 "The Natural History of Ice – Historia Naturalna Lodu", γραμμένο στα πολωνικά. Μετά από αυτόν, ο Shumskii το 1964 και οι Reinwarth και Stäblein το 1972 επεξεργάστηκαν τη χρήση αυτού του όρου.
Συστατικά της κρυόσφαιρας και οι χρονικές κλίμακες τους. Επανασχεδιάστηκε σύμφωνα με IPCC – AR4 WGI Chapter 4: Observations: Changes in Snow, Ice, and Frozen Ground
Η κρυόσφαιρα είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο και αναπόσπαστο στοιχείο του παγκόσμιου κλιματικού συστήματος. Διευρύνεται και συρρικνώνεται συνεχώς, κυρίως ως απόκριση στις μεταβολές της θερινής θερμοκρασίας, της χιονόπτωσης και του albedo του χιονιού και του πάγου. Επιπλέον, έχει κρίσιμες συνδέσεις και μηχανισμούς ανάδρασης με την ατμόσφαιρα και την υδρόσφαιρα μέσω της επιρροής της στις επιφανειακές ροές ενέργειας και υγρασίας. Η μάζα και η ενέργεια ανταλλάσσονται διαρκώς με άλλα σημαντικά στοιχεία του συστήματος της Γης, όπως η βιόσφαιρα και η λιθόσφαιρα.
Ως εκ τούτου, η κρυόσφαιρα επηρεάζει τις ατμοσφαιρικές διεργασίες, όπως τα σύννεφα, τις βροχοπτώσεις και την επιφανειακή υδρολογία μέσω των αλλαγών στην ποσότητα του γλυκού νερού στα εδάφη και τους ωκεανούς. Αποκλείει γλυκό νερό στις ηπειρωτικές μάζες πάγου όταν παγώνει και απελευθερώνει μεγάλο μέρος του όταν λιώνει το χιόνι ή ο πάγος.
Το τελευταίο επηρεάζει τη θερμοαλατική ωκεάνια κυκλοφορία. Στον παρακάτω πίνακα, αναφέρονται όλα τα κρυοσφαιρικά συστατικά και τα ισοδύναμα της στάθμης της θάλασσας από διαφορετικές πηγές από την ειδική έκθεση της IPCC για τους ωκεανούς και την κρυόσφαιρα (2019).
Πίνακας κρυοσφαιρικών συστατικών και ισοδύναμης στάθμης θάλασσας από διαφορετικές πηγές (The Global Cryosphere 2011; Ειδική έκθεση της IPCC για τους ωκεανούς και την κρυόσφαιρα σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα, 2019)
Παγετώνες ή στρώματα πάγου καλύπτουν περίπου το 10% της χερσαίας έκτασης της Γης. Τα στρώματα πάγου είναι η μεγαλύτερη πιθανή πηγή γλυκού νερού, κρατώντας περίπου το 77% του παγκόσμιου συνόλου. Μόνο ένα μικρό κλάσμα (0,5%) βρίσκεται σε παγετώνες και παγετώνες έξω από την Ανταρκτική και τη Γροιλανδία, αντιπροσωπεύοντας περίπου 64 μέτρα ισοδύναμης στάθμης θάλασσας. Η Ανταρκτική αντιπροσωπεύει το 90% αυτού (57 εκατομμύρια) και η Γροιλανδία αντιπροσωπεύει σχεδόν το 10% (7,3 εκατομμύρια).
Η κρυόσφαιρα έχει τόσο εποχιακά ποικίλα χαρακτηριστικά όσο και πιο μόνιμα συστατικά. Η μέση έκταση χιονοκάλυψης στο βόρειο ημισφαίριο κυμαίνεται από ~ 46 εκατομμύρια km² τον Ιανουάριο έως 3,8 εκατομμύρια km² τον Σεπτέμβριο, με τη δεύτερη μεγαλύτερη έκταση οποιουδήποτε συστατικού κρυόσφαιρας με μέσο ετήσιο περίπου 26 εκατομμύρια km².
Η έκταση του θαλάσσιου πάγου του βόρειου ημισφαιρίου ποικίλλει κατά δύο φορές (από 7-9 εκατομμύρια km² το Σεπτέμβριο σε μέγιστο 14-16 km² το Μάρτιο κατά την περίοδο 1979-2004· πρόσφατα, η έκταση των πάγων στα τέλη του καλοκαιριού ήταν πολύ μικρότερη). Από την άλλη, η έκταση του θαλάσσιου πάγου στο νότιο ημισφαίριο αλλάζει εποχιακά κατά πέντε φορές, από 3-4 εκατομμύρια km² τον Φεβρουάριο σε 17-20 εκατομμύρια km² τον Σεπτέμβριο.
ΠΆΓΟΣ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΤΟ ΦΑΚΟ
Ο πάγος διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στο ενεργειακό σύστημα του πλανήτη μας. Ο λόγος έγκειται στις μοναδικές ιδιότητες των κρυστάλλων πάγου, οι οποίες προέρχονται από τις συγκεκριμένες ιδιότητες των μορίων του νερού, καθιστώντας τους το κλειδί για τη ζωή.
Η θεμελιώδης δομή του πάγου είναι τετραεδρική και οι κρύσταλλοι πάγου αναπτύσσονται κατά προτίμηση κατά μήκος των αξόνων του βασικού επιπέδου και όχι κάθετα. Για να κατανοήσουμε τα χαρακτηριστικά και τη συμπεριφορά του θαλάσσιου πάγου, είναι σημαντικό να τονίσουμε ότι η ανάπτυξη κρυστάλλων συμβαίνει κυρίως στην οριζόντια επίπεδη κατεύθυνση καθώς η επιφάνεια του πάγου πυκνώνει μέσω της κατάψυξης.
Το νερό είναι ένα ασυνήθιστο μόριο επειδή, σε αντίθεση με τις περισσότερες ουσίες, η στερεά μορφή του είναι λιγότερο πυκνή από την υγρή μορφή του. Η πυκνότητα του νερού είναι 1000 κιλά ανά κυβικό μέτρο (ιστορικά ορίζεται ως χιλιόγραμμο). Αντίθετα, η πυκνότητα του πάγου είναι 917,4 κιλά ανά κυβικό μέτρο.
Το θαλασσινό νερό έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το καθαρό νερό και συνήθως ισούται με 1025 κιλά ανά κυβικό μέτρο. Η διαφορά πυκνότητας μεταξύ νερού και πάγου είναι περίπου 10%. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το 10% της μάζας ενός φύλλου πάγου ή παγόβουνου αναδύεται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ενώ το υπόλοιπο παραμένει κάτω από το νερό.
Τώρα, ας εξετάσουμε τι θα συνέβαινε εάν η διαφορά πυκνότητας του νερού αντιστρεφόταν, όπως συμβαίνει για τις περισσότερες ουσίες. Σε αυτή την περίπτωση, ο πάγος θα βυθιζόταν στο νερό, προκαλώντας το πάγωμα των λιμνών, των ποταμών, ακόμη και του ωκεανού. Όταν σχηματίζεται πάγος στην επιφάνεια ενός σώματος νερού - όπως η επιφάνεια της θάλασσας λόγω χαμηλών θερμοκρασιών - θα βυθιστεί στον πυθμένα, δημιουργώντας ένα παγωμένο στρώμα εκεί.
Όλες οι βενθικές μορφές ζωής θα εξαλειφθούν. Στην περίπτωση μιας λίμνης, το στρώμα πάγου στον πυθμένα θα συνέχιζε να αυξάνεται, αφήνοντας μόνο ένα λεπτό στρώμα μη παγωμένου νερού στην επιφάνεια μέχρι το τέλος του χειμώνα - και αν ακόμη και αυτό. Ολόκληρο το λιμναίο οικοσύστημα θα αφανιζόταν.
Στον πραγματικό κόσμο, ο θαλάσσιος πάγος σχηματίζει ένα λεπτό στρώμα στην επιφάνεια που προστατεύει τον ωκεανό από περαιτέρω κατάψυξη. Έτσι, ο πάγος λειτουργεί ως μονωτικό στρώμα μεταξύ της ατμόσφαιρας και της θάλασσας. Στο υποθετικό σενάριο όπου ο πάγος είναι πυκνότερος από το νερό, η επιφάνεια του ωκεανού θα εκτίθεται συνεχώς στην ατμόσφαιρα. Μπορούσε να κρυώσει ελεύθερα κατά τη διάρκεια του χειμώνα, απορροφώντας συνεχώς το κρύο.
Το πατινάζ στον πάγο θα ήταν επίσης αδύνατο αν ο πάγος ήταν πυκνότερος από το νερό. Στην πραγματικότητα, η έντονη πίεση της λεπίδας του πατινάζ στην επιφάνεια του πάγου μειώνει το σημείο τήξης και ο πάγος ακριβώς από κάτω λιώνει, λιπαίνοντάς τον. Εάν το νερό ήταν λιγότερο πυκνό, η πίεση στον πάγο θα αύξανε το σημείο τήξης, καθιστώντας αδύνατο το πατινάζ στον πάγο.
Αλλά ας επιστρέψουμε στον πραγματικό κόσμο. Η μέγιστη πυκνότητα του νερού επιτυγχάνεται σε περίπου 4 βαθμούς Κελσίου. Αυτό σημαίνει ότι το φθινόπωρο, ένα ποτάμι ή μια λίμνη που βρίσκεται σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη σε επαφή με θερμοκρασίες ψυχρού αέρα θα ψύξει τα επιφανειακά ύδατα, προκαλώντας αρχικά τη βύθισή τους και την αντικατάστασή τους από θερμότερο νερό από κάτω. Αυτό συμβαίνει επειδή το ζεστό νερό είναι συνήθως λιγότερο πυκνό από το κρύο νερό και αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανατροπή μεταφοράς.
Το φαινόμενο που μόλις περιγράψαμε συνεχίζεται μέχρι όλο το νερό της λίμνης να κρυώσει στους 4 βαθμούς Κελσίου. Σε αυτό το σημείο, τα επιφανειακά ύδατα μπορούν να κρυώσουν γρήγορα και να φτάσουν τους 0 βαθμούς Κελσίου, το σημείο πήξης του γλυκού νερού. Ωστόσο, τα βαθύτερα τμήματα της λίμνης παραμένουν στους 4 βαθμούς Κελσίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η επιφάνεια μιας λίμνης παγώνει γρήγορα το φθινόπωρο, ενώ χρειάζεται πολύ περισσότερος χρόνος για να παγώσει ολόκληρη η λίμνη μέχρι τον πυθμένα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο χειμώνας τελειώνει πριν συμβεί αυτό. Ωστόσο, το θαλασσινό νερό δεν έχει αυτή τη μέγιστη θερμοκρασία πυκνότητας. Τι συμβαίνει λοιπόν στη θάλασσα;
ΘΑΛΑΣΣΙΝΌΣ ΠΑΓΟΣ
Το θαλασσινό νερό γίνεται πυκνότερο καθώς ψύχεται μέχρι να φτάσει στο σημείο πήξης. Αυτή η μετάβαση στη συμπεριφορά από γλυκό σε αλμυρό νερό συμβαίνει όταν η αλατότητα υπερβαίνει τα 24,7 μέρη ανά χίλια (ppt) διαλυμένου αλατιού στο νερό. Το μεγαλύτερο μέρος του θαλασσινού νερού έχει αλατότητα 32-35 ppt, ενώ μόνο λίγες απομονωμένες θάλασσες έχουν αλατότητα χαμηλότερη από 24,7 ppt. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, κοντά στα στόμια μεγάλων ποταμών της Αρκτικής ή στη Βαλτική Θάλασσα. Ο γενικός όρος υφάλμυρος ορίζει αυτή τη μετάβαση στα 24,7 ppt.
Όταν το θαλασσινό νερό ψύχεται το φθινόπωρο, η ανατροπή της μεταφοράς συνεχίζεται μέχρι όλο το νερό να φτάσει στο μηδέν. Η σημαντική διαφορά είναι ότι αυτό το σημείο πήξης είναι κάτω από 0 βαθμούς Κελσίου επειδή η παρουσία αλατιού το μειώνει στους -1,8 βαθμούς Κελσίου για το θαλασσινό νερό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κρυοσκοπική μείωση και είναι ο λόγος για τον οποίο το αλάτι χρησιμοποιείται σε παγωμένους δρόμους σε εύκρατες περιοχές.
Αυτό που εμποδίζει ολόκληρο το βάθος του ωκεανού να κρυώσει πριν από την κατάψυξη μπορεί να συμβεί στην επιφάνεια είναι ότι η θάλασσα αποτελείται από στρώματα που χαρακτηρίζονται από διαφορετικούς τύπους νερού με διαφορετική προέλευση, κινούνται σε διαφορετικές κατευθύνσεις και ταχύτητες. Υπάρχει μια ταχεία αλλαγή στην πυκνότητα μεταξύ ενός στρώματος και ενός άλλου, που ονομάζεται πυκνοκλίνη. Για το λόγο αυτό, η μεταφορά πρέπει να εκτείνεται μόνο στον πυθμένα του επιφανειακού στρώματος.
Εικόνα wikipedia.com
Στην Αρκτική, αυτό το στρώμα ονομάζεται πολικό επιφανειακό νερό, ενώ το υποκείμενο στρώμα ονομάζεται νερό του Ατλαντικού, καθώς φτάνει στην Αρκτική από τον Ατλαντικό Ωκεανό. Το γεγονός ότι ο πάγος επιπλέει στο νερό σημαίνει ότι ο θαλάσσιος πάγος σχηματίζει ένα λεπτό κάλυμμα στην επιφάνεια της θάλασσας, επιτρέποντας την κυκλοφορία των ωκεανών να συνεχιστεί κάτω και τη ζωή να υπάρχει τόσο στα βάθη του ωκεανού όσο και, ιδιαίτερα, κοντά στον θαλάσσιο πάγο.
Διάγραμμα μετάβασης αλλαγής φάσης. Σχήμα καταστάσεων ύλης. Εξάτμιση, συμπύκνωση, εξάχνωση, εναπόθεση, κατάψυξη, τήξη, εξαέρωση. Νερό, πάγος. Εικόνα από stock.adobe.com
Μια άλλη θεμελιώδης ιδιότητα του πάγου είναι η εξαιρετικά υψηλή λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης. Η λανθάνουσα θερμότητα είναι η θερμότητα που απαιτείται για το λιώσιμο του πάγου όταν βρίσκεται ήδη στο σημείο τήξης. Αυτή η τιμή είναι 80 kilocalories ανά χιλιόγραμμο.
Η λανθάνουσα θερμότητα δεν πρέπει να συγχέεται με την ειδική θερμότητα, που ορίζεται ως η θερμότητα που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας ενός κιλού μιας ουσίας κατά 1 βαθμό Κελσίου. Η ειδική θερμότητα του νερού είναι μόνο 1 kilocalorie ανά κιλό, ίση με 4186 joules.
Αυτό σημαίνει ότι ενώ μόνο 1 κιλοθερμίδα θερμότητας απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 κιλού πάγου κατά 1 βαθμό Κελσίου, για να λιώσει ο πάγος πρέπει να προσφερθούν 80 κιλοθερμίδες. Στην πράξη, η ίδια ποσότητα που απαιτείται για να λιώσει θα μπορούσε να θερμάνει την ίδια μάζα κρύου νερού στους +80 βαθμούς Κελσίου. Η παρακάτω εικόνα προέρχεται από τον Zachary Labe.
Αυτή η πτυχή είναι ζωτικής σημασίας για τη Γη. Σε πλανητική κλίμακα, η λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης του νερού λειτουργεί ως μια τεράστια δεξαμενή θερμότητας, ένα ρυθμιστικό στοιχείο για την κλιματική αλλαγή. Ένα θεμελιώδες παράδειγμα είναι η συμπεριφορά των θαλάσσιων πάγων κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού.
Ο πάγος λιώνει, αλλά όσο δεν λιώνει εντελώς, διατηρεί τη θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια και τη θερμοκρασία του νερού κάτω από τον πάγο στους 0 βαθμούς Κελσίου. Αυτό συμβαίνει επειδή ο θερμότερος αέρας θα χρησιμοποιηθεί για να λιώσει περισσότερος πάγος και θα ψύχεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Όσο υπάρχει το καλοκαίρι, ο θαλάσσιος πάγος παρέχει ένα φυσικό σύστημα κλιματισμού του αέρα και του νερού για τον ωκεανό.
Σχηματισμός πάγου ή φραζίλ πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Λεπτομέρειες στην επόμενη παράγραφο
ΠΩΣ ΠΑΓΩΝΕΙ ΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟ ΝΕΡΟ;
Ας ξεκινήσουμε εξετάζοντας το ήρεμο νερό που παγώνει υπό ήρεμες συνθήκες, χωρίς κύματα. Καθώς η ψυχρή ατμόσφαιρα αντλεί θερμότητα από την επιφάνεια του νερού, τα επιφανειακά μόρια αρχίζουν να παγώνουν. Αυτή η διαδικασία σχηματίζει ένα λεπτό στρώμα ανεξάρτητων παγοκρυστάλλων, αρχικά μικρούς δίσκους και αστέρια που επιπλέουν οριζόντια στην επιφάνεια της θάλασσας, με διάμετρο 2-3 χιλιοστά.
Κάθε δίσκος ή αστέρι αναπτύσσεται δενδριτικά, διακλαδίζεται σε 6 κατευθύνσεις προς τα έξω κατά μήκος της επιφάνειας, όπως μια νιφάδα χιονιού. Αυτά τα τυχαία διαμορφωμένα κομμάτια κρυστάλλων σχηματίζουν ένα αιώρημα που αυξάνει την επιφανειακή πυκνότητα του νερού. Σχηματίζεται ένα είδος ημι-υγρού μίγματος που ονομάζεται φραζίλι ή λιπαρός πάγος, κυριολεκτικά ελαιώδης πάγος
Οι νίλες (νεαροί πάγοι) βρίσκονται στην αρχική τους φάση, όταν είναι σχεδόν διαφανείς και σκοτεινοί. Svalbard, Νορβηγία
Σε ήρεμες συνθήκες θάλασσας, οι κρύσταλλοι φραζίλ παγώνουν συσσωματώνοντας και σχηματίζοντας ένα στρώμα νεαρού πάγου που ονομάζεται nilas στις αρχικές του φάσεις.
Όταν αυτό το στρώμα νίλας έχει πάχος μόνο μερικά εκατοστά, είναι διαφανές και αναφέρεται ως σκούρο νίλας. Καθώς παχαίνει, παίρνει αρχικά ένα γκρίζο χρώμα και στη συνέχεια γίνεται υπόλευκο, ενώ τελικά γίνεται αδιαφανές.
Μόλις σχηματιστεί το νίλας, η θάλασσα μπορεί να θεωρηθεί ότι διαχωρίζεται φυσικά από την ατμόσφαιρα. Σε αυτό το σημείο αρχίζει ένας διαφορετικός τύπος ανάπτυξης. Τα μόρια του νερού αρχίζουν να παγώνουν προσκολλώντας στο κάτω μέρος του υπάρχοντος στρώματος πάγου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανάπτυξη κατάψυξης.
Κατά τη διαδικασία της κατάψυξης συνυπάρχουν τόσο τα σκούρα όσο και τα αδιαφανή νιλά. Svalbard, Νορβηγία
Με την περαιτέρω ανάπτυξη, η διαδικασία αυτή οδηγεί στο σχηματισμό «πρωτοετούς πάγου», ο οποίος φτάνει σε μία μόνο περίοδο σε πάχος περίπου 1,5 μέτρου στην Αρκτική και περίπου 0,5-1 μέτρου στην Ανταρκτική.
Τι συμβαίνει με το διαλυμένο αλάτι στο θαλασσινό νερό; Τα μόρια του αλατιού δεν μπορούν να εισέλθουν στην κρυσταλλική δομή, αν και κάποιο αλάτι παραμένει παγιδευμένο σε υγρούς θύλακες, γνωστούς ως κελιά άλμης.
Για το λόγο αυτό, ο πάγος της πρώτης χρονιάς εξακολουθεί να είναι ελαφρώς αλμυρός, με συγκέντρωση αλατιού περίπου 10 ppm. Η αποβολή της άλμης από αυτά τα κύτταρα συμβαίνει καθώς ολόκληρο το κύτταρο προσπαθεί να παγώσει όταν πέφτει η θερμοκρασία. Στην Αρκτική, μόνο το ήμισυ περίπου του όγκου του πάγου σχηματίζεται με αυτόν τον τρόπο.
Ο χάρτης δείχνει το πάχος του θαλάσσιου πάγου στο βόρειο ημισφαίριο, εξαιρουμένης της Βαλτικής Θάλασσας και του Ειρηνικού Ωκεανού. Τα δεδομένα βασίζονται σε υπολογισμούς μοντέλων από το Μετεωρολογικό Ινστιτούτο της Δανίας. Το υπόλοιπο αποτελείται από παραμορφώσεις προϋπάρχοντος πάγου που συσσωρεύονται σε γραμμικές κορυφογραμμές πίεσης και ανοίγματα που δημιουργούνται από αυτή τη διαδικασία, γνωστά ως καλώδια.
Τα στρώματα πάγου που σχηματίζονται μέσω των διαδικασιών που περιγράφηκαν προηγουμένως βρίσκονται συνεχώς σε κίνηση, καθοδηγούμενα από τη δύναμη τριβής του ανέμου στην επιφάνειά τους και από τα θαλάσσια ρεύματα στην κάτω πλευρά τους. Οι συμπιεστικές, αποκλίνουσες και διατμητικές τάσεις τροποποιούν συνεχώς τον θαλάσσιο πάγο της Αρκτικής.
Ο θαλάσσιος πάγος που σχηματίζεται σε ρηχά νερά ή κοντά στην ακτή, όπου η ατμόσφαιρα χρειάζεται να ψύξει μόνο ένα λεπτό στρώμα νερού για να επιτρέψει στην επιφάνεια να παγώσει, ονομάζεται πάγος ξηράς ή γρήγορος πάγος, επειδή παγώνει τον ωκεανό στον πυθμένα. Λίγο πιο έξω, ο πάγος επιπλέει αλλά παραμένει ακίνητος επειδή είναι προσκολλημένος σε σχηματισμούς που είναι αγκυροβολημένοι στον πυθμένα της θάλασσας.
Ο θαλάσσιος πάγος που δεν είναι γρήγορος αναφέρεται ως πάγος παρασυρόμενος, ενώ αν η συγκέντρωσή του ξεπερνά το 70%, ονομάζεται πάγος πακέτου. Όταν η συγκέντρωση του θαλάσσιου πάγου είναι χαμηλότερη από 15%, αυτό θεωρείται ανοιχτό νερό και το όριο μεταξύ ανοιχτού νερού και πάγου ονομάζεται άκρη πάγου. Ο Zachary Labe παρέχει παρακάτω ένα τεράστιο γραφικό παράδειγμα που απεικονίζει τις διαφορές μεταξύ των όρων έκταση, συγκέντρωση και πάχος του θαλάσσιου πάγου.
ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΗΣ ΚΡΥΟΣΦΑΙΡΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ
Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ της κρυόσφαιρας και του κλιματικού συστήματος λειτουργούν κυρίως μέσω πέντε μηχανισμών:
- ανατροφοδότηση του albedo των πάγων
- μόνωση της χερσαίας επιφάνειας και του ωκεανού, αντίστοιχα, από τη χιονοκάλυψη και τον επιπλέοντα πάγο
- υδρολογικός κύκλος λόγω της αποθήκευσης νερού στο χιόνι, τους παγετώνες, τα πάγοκαλύματα και τα στρώματα πάγου
- λανθάνουσα θερμότητα που εμπλέκεται στις αλλαγές φάσης πάγου/νερού
- διαμόρφωση των ροών νερού και ενέργειας μεταξύ της ξηράς και της ατμόσφαιρας από το εποχιακά παγωμένο έδαφος και το μόνιμο στρώμα πάγου
Τα κύρια ζητήματα που συνδέονται με τη συρρίκνωση της κρυόσφαιρας λόγω της υπερθέρμανσης του πλανήτη είναι η άνοδος της στάθμης της θάλασσας, οι κίνδυνοι των βουνών και η απόψυξη του μόνιμου πάγου, ιδίως στις πολικές περιοχές. Επιπλέον, σε περιφερειακή κλίμακα, πολλοί παγετώνες και πγοκαλύματα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη διαθεσιμότητα γλυκού νερού.
Οι μεταβολές της μάζας των πάγων στην ξηρά έχουν ήδη συμβάλει στις πρόσφατες μεταβολές της στάθμης της θάλασσας κατά περίπου 20 εκατοστά τον τελευταίο αιώνα. Κατά τη διάρκεια του τελευταίου μέγιστου παγετώνα, πριν από περίπου 21.000 χρόνια, η στάθμη της θάλασσας ήταν περίπου 125 μέτρα (περίπου 410 πόδια) χαμηλότερα από ό,τι είναι σήμερα. Αυτό συνέβη λόγω των ψυχρότερων συνθηκών σε παγκόσμιο επίπεδο, 5-7 °C χαμηλότερα από τις σημερινές ημέρες, που αποθήκευαν χιόνι και πάγο στην ξηρά, ενώ οι ωκεανοί στερήθηκαν.
Οι αλλαγές στο πάγο-albedo λόγω σκόνης, λεπτών θρυμμάτων και μαύρου άνθρακα επηρεάζουν έντονα τους αλπικούς παγετώνες, μεταβάλλοντας την αναλογία μεταξύ ανακλώμενης και απορροφημένης ηλιακής ακτινοβολίας. Παγετώνας της Vedretta Piana – Eberferner. Φωτογραφία από τον Renato R. Colucci
Οι προβλεπόμενες αντιδράσεις της κρυόσφαιρας στις σημερινές και προηγούμενες ανθρωπογενείς εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και στη συνεχιζόμενη υπερθέρμανση του πλανήτη περιλαμβάνουν κλιματική ανατροφοδότηση, αλλαγές σε βάθος δεκαετιών έως χιλιετιών που δεν μπορούν να αποφευχθούν, κατώφλια απότομων αλλαγών και μη αναστρέψιμη κατάσταση. Επιπλέον, οι ανθρώπινες κοινότητες που βρίσκονται κοντά σε παράκτια περιβάλλοντα, μικρά νησιά, πολικές περιοχές και ψηλά βουνά είναι ιδιαίτερα εκτεθειμένες στην αλλαγή της κρυόσφαιρας.
Ακολουθούν τρία παραδείγματα της κρυόσφαιρας της Αρκτικής, της Ανταρκτικής και των Άλπεων.
Το τέρμα του παγετώνα Esmarkbreen στην περιοχή Oscar II Land διακρίνεται πάνω από την επιφάνεια του θαλάσσιου πάγου του Isfjorden που αποσυντίθεται: Απρίλιος 2011, Σβάλμπαρντ (βόρεια Νορβηγία).
Μια μικρή παγοκρηπίδα της Ανταρκτικής γύρω από το νησί Coronation.Φωτογραφία: Renato R. Colucci ©PNRA-ENEA
Το τέρμα του παγετώνα Marmolada (δυτική γλώσσα) στους Ιταλούς Δολομίτες ήταν στο τέλος του καλοκαιριού του 2018. Φωτογραφία από τον Renato R. Colucci
