แผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกาขยายตัวขึ้นเรื่อย ๆ ตั้งแต่ปี 2020 และนักวิทยาศาสตร์ได้ระบุสาเหตุแล้วงานวิจัยที่ได้รับทุนสนับสนุนจากองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้ศึกษาปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อพลวัตทางสิ่งแวดล้อมที่เปราะบางของแอนตาร์กติกา แม้ว่าการสูญเสียน้ำแข็งจากการละลายของธารน้ำแข็งจะเร่งตัวขึ้น แต่ปริมาณหิมะที่ตกหนักเป็นพิเศษในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาก็กำลังเพิ่มมวลให้กับทวีปน้ำแข็งแห่งนี้

งานวิจัยนี้จัดทำขึ้นภายใต้โครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจากโครงการริเริ่มด้านการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของ ESA ผลการค้นพบ ของโครงการได้รับการตีพิมพ์ในเดือนกุมภาพันธ์ในวารสารNature Communications Earth & Environment    

ทีมวิจัยจากสถาบันอุตุนิยมวิทยาแห่งเดนมาร์กและเนเธอร์แลนด์ มหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย และมหาวิทยาลัยแคนเทอร์เบอรี ใช้ข้อมูลจากดาวเทียมศึกษาปริมาณน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกาตั้งแต่ปี 2002 ในเบื้องต้น พวกเขาพบว่ามีการสูญเสียน้ำแข็งสุทธิปีละ 90 ถึง 142 กิกะตันจากทวีปนี้ โดยค่าที่สูงกว่านั้นเทียบเท่ากับปริมาณน้ำในทะเลสาบทาโฮโดยประมาณ

โครงการนี้ใช้ข้อมูลจากการสังเกตการณ์ของ NASA และภารกิจ Gravity Recovery and Climate Experiment (Grace) ของ DLR โดยในปี 2016 ข้อมูลจากดาวเทียมเริ่มเปิดเผยให้เห็นถึงการชะลอตัวของการสูญเสียน้ำแข็งสุทธิ

จากข้อมูลของมาร์เลน โคลเบ ผู้เขียนหลักของการศึกษาชิ้นนี้ การชะลอตัวดังกล่าวได้เปลี่ยนเป็นการเพิ่มขึ้นสุทธิในอัตราประมาณ 68 กิกะตันต่อปี ระหว่างปี 2020 ถึง 2024 ณ ปลายปี 2025 ยังไม่มีข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนว่าจะกลับมาสู่ภาวะการสูญเสียมวลสุทธิอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม ยังไม่แน่ชัดว่าแนวโน้มนี้จะดำเนินต่อไปหรือทรงตัว และจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของการปล่อยน้ำตามพลวัตด้วย

“สิ่งที่ทำให้เรื่องนี้น่าทึ่งก็คือ แผ่นน้ำแข็งไม่ได้สูญเสียน้ำแข็งน้อยลง – จริงๆ แล้วมันสูญเสียมากขึ้นต่างหาก ปริมาณน้ำแข็งที่ไหลออกมาจากการแตกตัวของภูเขาน้ำแข็งเพิ่มขึ้นเกือบ 100 กิกะตันต่อปี เมื่อเทียบกับสองทศวรรษที่ผ่านมา ปริมาณหิมะที่ตกลงมาอย่างมากมายนั้นแซงหน้าปริมาณน้ำแข็งที่ไหลออกมาไปแล้ว – ในตอนนี้” มาร์เลนอธิบาย

เหตุใดทวีปแอนตาร์กติกาจึงมีปริมาณหิมะตกเพิ่มขึ้น

หนึ่งในปัจจัยที่ส่งผลต่อปริมาณหิมะที่เพิ่มขึ้นเหนือทวีปแอนตาร์กติกาคือการขนส่งความชื้นในชั้นบรรยากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านกระแสลมในชั้นบรรยากาศ ซึ่งพัดพาไอน้ำปริมาณมหาศาลไปไกลหลายพันกิโลเมตร นักวิจัยได้วิเคราะห์กระแสลมในชั้นบรรยากาศที่พัดไปถึงแอนตาร์กติกาและพบการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบ: ‘กระแสลม’ เหล่านี้เกิดขึ้นบ่อยขึ้นและมีความรุนแรงมากขึ้นตั้งแต่ปี 2020 เป็นต้นไป โดยได้รับความช่วยเหลือจากลมตะวันตกที่แรง ทำให้มีการขนส่งไอน้ำไปยังบางส่วนของทวีปมากขึ้น ข้อมูลจากดาวเทียมแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของมวลหิมะที่มากที่สุดเกิดขึ้นเหนือแอนตาร์กติกาตะวันออก (โดยเฉพาะวิลค์สแลนด์) ควีนมอดแลนด์ และคาบสมุทรแอนตาร์กติกา

รูธ มอตแทรม นักวิทยาศาสตร์ด้านภูมิอากาศจากสถาบันอุตุนิยมวิทยาแห่งเดนมาร์กและผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวว่า “บรรยากาศที่อุ่นขึ้นจะกักเก็บความชื้นได้มากขึ้น หลักการทางฟิสิกส์นั้นเป็นที่เข้าใจกันดีอยู่แล้ว – มันเป็นหนึ่งในสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดในวิทยาศาสตร์ด้านภูมิอากาศ นั่นคือความสัมพันธ์ของคลอเซียส-แคลเพย์รอน: ทุกๆ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ 1 องศาเซลเซียส จะทำให้ปริมาณความชื้นในบรรยากาศเพิ่มขึ้น 7%”

การศึกษานี้ยังได้ทดสอบทฤษฎีที่ว่าการลดลงของน้ำแข็งในทะเล – น้ำแข็งน้อยลงหมายถึงการระเหยจากทะเลมากขึ้น – เป็นปัจจัยที่อยู่เบื้องหลังปริมาณหิมะที่เพิ่มขึ้นหรือไม่ ทีมวิจัยได้ทำการทดลองโดยใช้แบบจำลองสภาพภูมิอากาศระดับภูมิภาคที่มีความละเอียดสูง ซึ่งขับเคลื่อนด้วย ข้อมูลการวิเคราะห์ซ้ำ ERA5 ซึ่งรวมเอาบันทึกความเข้มข้นของน้ำแข็งในทะเลจากดาวเทียม รวมถึงข้อมูลจากโครงการริเริ่มการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของ ESA การทดลองของพวกเขาบ่งชี้ว่าการสูญเสียน้ำแข็งในทะเลอาจเป็นสาเหตุของการเพิ่มขึ้นของปริมาณหิมะในฤดูหนาวประมาณ 11% และประมาณ 3% ในฤดูร้อน

แบบจำลองสภาพภูมิอากาศคาดการณ์ว่ามวลของแผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกาจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากปริมาณหิมะที่เพิ่มมากขึ้น แม้ว่ามหาสมุทรที่อุ่นขึ้นก็คาดว่าจะทำให้เกิดการสูญเสียน้ำแข็งจากด้านล่างด้วยเช่นกัน การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าทั้งสองกระบวนการเกิดขึ้นพร้อมกันและตรวจสอบพลวัตที่อยู่รอบจุดเปลี่ยนที่เปราะบางนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากชั้นน้ำแข็งลอยรอบแอนตาร์กติกายังคงบางลงและแตกออกไปเรื่อยๆ ธารน้ำแข็งที่กั้นอยู่ก็จะเร่งตัวขึ้นและปล่อยน้ำแข็งลงสู่มหาสมุทรมากขึ้นไปอีก

รูธ มอตแทรม ตั้งข้อสังเกตว่า “ตอนนี้แอนตาร์กติกาอยู่ในภาวะสมดุลที่ละเอียดอ่อน ใช่แล้ว ปริมาณหิมะที่เพิ่มขึ้นได้ผลักดันงบประมาณมวลสารให้เข้าสู่แดนบวก แต่การไหลของน้ำแข็งลงสู่มหาสมุทรก็เร่งตัวขึ้นเช่นกัน หากมีแม่น้ำในชั้นบรรยากาศน้อยลงเพียงไม่กี่ปี สถานการณ์ก็อาจพลิกกลับไปอีกทางได้ง่ายๆ”

เหตุใดความสมดุลอันเปราะบางของทวีปแอนตาร์กติกาจึงมีความสำคัญ?

แผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกามีปริมาณน้ำแข็งมากพอที่จะทำให้ระดับน้ำทะเลทั่วโลกสูงขึ้นประมาณ 58 เมตร หากละลายหมดทั้งแผ่น เนื่องจากเป็นแหล่งกักเก็บน้ำจืดที่ใหญ่ที่สุดในโลก การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสมดุลมวลของแผ่นน้ำแข็งนี้จึงส่งผลกระทบอย่างกว้างขวางต่อระดับน้ำทะเลในอนาคต แนวชายฝั่ง การไหลเวียนของมหาสมุทร และระบบภูมิอากาศโลกโดยรวม

ก่อนหน้านี้เคยคิดกันว่าทวีปแอนตาร์กติกาจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ช้ากว่าแผ่นน้ำแข็งกรีนแลนด์ แต่ข้อมูลล่าสุดชี้ให้เห็นว่าแผ่นน้ำแข็งในซีกโลกใต้มีลักษณะคล้ายคลึงกับกรีนแลนด์มากกว่าที่เคยสังเกตมาก่อน โดยมีหลักฐานของการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ การละลายและการแตกตัวของภูเขาน้ำแข็งที่มากขึ้น รวมถึงการลดลงของน้ำแข็งในทะเล

ดาวเทียมวัดมวลน้ำแข็งจากอวกาศได้อย่างไร?

การวัดแรงโน้มถ่วงของโลกจากอวกาศโดยใช้ดาวเทียม คือการวัดสนามแรงโน้มถ่วงของโลกเพื่อสร้างแผนที่การกระจายมวล การเปลี่ยนแปลงของแรงดึงดูด และการเปลี่ยนแปลงของมวลตามเวลา ดาวเทียม เช่น ภารกิจเกรซของนาซา บรรทุกเครื่องมือที่มีความแม่นยำสูง เช่น ระบบวัดระยะ K-Band และเครื่องมือวัดไมโครเวฟ เครื่องมือเหล่านี้วัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของระยะห่างระหว่างดาวเทียมได้ถึงระดับหนึ่งในล้านของเมตร การวัดค่าที่เล็กมากเหล่านี้สามารถนำมาใช้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแรงโน้มถ่วงของโลกที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของมวลน้ำและน้ำแข็งได้

แอนนา มาเรีย โทรไฟเออร์ นักวิทยาศาสตร์ด้านธารน้ำแข็งจาก ESA กล่าวเสริมว่า “การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นโดยเฉพาะว่า ในขณะที่เราสามารถบันทึกการเปลี่ยนแปลงและแนวโน้มในรอบทศวรรษของการสูญเสียน้ำแข็งในทะเลและสมดุลมวลน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกาจากข้อมูลดาวเทียมของเราได้ แต่การนำข้อมูลเหล่านั้นมาผสานรวมกับแบบจำลองจะช่วยให้เราเข้าใจว่าทำไมเราจึงวัดได้ว่ามีมวลน้ำแข็งเพิ่มขึ้นอย่างมากในบางพื้นที่ของทวีปแอนตาร์กติกา ESA และโครงการริเริ่มด้านการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของ ESA มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาชุดข้อมูลที่พร้อมใช้งานทางวิทยาศาสตร์เหล่านี้”