Когда ледяные щиты тают, с уровнем моря происходит нечто странное и в высшей степени противоречащее здравому смыслу.

Это работает в основном как качели. В районе, близком к тому месту, где тают эти массы ледникового покрова, уровень океана падает. И все же за тысячи миль от нас они действительно поднимаются. В значительной степени это происходит из-за потери гравитационного притяжения к ледяному покрову, в результате чего вода рассеивается. Эти закономерности стали известны как отпечатки пальцев на уровне моря, поскольку каждый тающий ледник или ледяной покров уникальным образом влияет на уровень моря. Элементы концепции, которая лежит в основе понимания того, что уровень мирового океана повышается неравномерно, существуют уже более столетия, и современная наука об уровне моря была построена вокруг нее. Но в общепринятой теории уже давно существует загвоздка. Отпечаток пальца на уровне моря никогда окончательно не был обнаружен исследователями.

Команда ученых, возглавляемая выпускницей Гарварда Софи Коулсон и гарвардским геофизиком Джерри Х. Митровицей, считает, что они обнаружили первое. Полученные результаты описаны в новом исследовании, опубликованном в четверг в журнале Science. Эта работа подтверждает почти столетнюю историю науки об уровне моря и помогает укрепить уверенность в моделях, предсказывающих будущее повышение уровня моря.

"Прогнозы уровня океана, городское и прибрежное планирование — все это было построено на идее отпечатков пальцев", - сказал Митровица, Фрэнк Б. Бэрд-младший - профессор естественных наук на кафедре наук о Земле и планетах. "Вот почему отпечатки пальцев так важны. Они позволяют вам оценить, какой будет геометрия изменений уровня моря ... так что теперь у нас гораздо больше уверенности в том, как будут развиваться изменения уровня моря .... Если бы физика отпечатков пальцев была неверной, тогда нам пришлось бы переосмыслить все современные исследования уровня моря".

Общеизвестно, что отпечатки пальцев на уровне моря трудно обнаружить из-за значительных колебаний уровня океана, вызванных изменением приливов, течений и ветров. Что делает это такой головоломкой, так это то, что исследователи пытаются обнаружить движения воды на миллиметровом уровне и связать их с таянием ледников за тысячи миль от нас.

Митровица сравнил этот поиск с поиском субатомной частицы - бозона Хиггса.

"Почти все физики думали, что Хиггс существует, но, тем не менее, это было преобразующее достижение, когда оно было точно обнаружено", - сказал Митровица. "В физике уровня моря почти все предполагали, что отпечатки пальцев существуют, но они никогда не были обнаружены с сопоставимым уровнем достоверности".

В новом исследовании используются недавно опубликованные спутниковые данные Европейского агентства по мониторингу морской среды, которые фиксируют более чем 30-летние наблюдения вблизи ледяного покрова Гренландии и большей части океана вблизи середины Гренландии, чтобы зафиксировать колебания уровня океана по отпечатку пальца.

Спутниковые данные привлекли внимание Митровицы и его коллеги Дэвида Сэндвелла из Института океанографии Скриппса. Обычно спутниковые записи из этого региона простирались только до южной оконечности Гренландии, но в этом новом выпуске данные достигли широты на десять градусов выше, что позволило им увидеть потенциальный намек на качели, вызванные отпечатком пальца.

Митровица быстро обратился к Коулсону, бывшему аспиранту лаборатории Митровицы, а ныне постдокторанту Лос-Аламосской национальной лаборатории, чтобы проверить, действительно ли это был сигнал отпечатка пальца, за которым ученые охотились десятилетиями.

"Она была лучшим человеком, чтобы ... точно смоделировать, как будет выглядеть отпечаток пальца, учитывая наше понимание того, как ледяной покров Гренландии теряет массу, и она смогла установить, соответствует ли это предсказание спутниковым наблюдениям", - сказала Митровица.

Коулсон, эксперт по моделированию изменения уровня моря и деформации земной коры, связанной с таянием ледяных покровов и ледников, гостила у семьи в Великобритании, когда наборы данных попали в ее почтовый ящик. По ее словам, она сразу распознала потенциал.

Коулсон быстро собрала лучшие наблюдения за три десятилетия, которые она смогла найти об изменении высоты льда в пределах Гренландского ледяного покрова, а также реконструкции изменения высоты ледников в Канадской Арктике и Исландии. Она объединила эти различные наборы данных, чтобы составить прогнозы изменения уровня моря в регионе с 1993 по 2019 год, которые затем сравнила с новыми спутниковыми данными. Посадка была идеальной. Совпадение один к одному, которое показало с достоверностью более 99,9%, что характер изменения уровня моря, выявленный спутниками, является отпечатком тающего ледяного покрова.

"Я был совершенно поражен, вот оно — отпечаток пальца на уровне моря, доказательство их существования", - сказал Коулсон. "Это был действительно, действительно волнующий момент для всех нас. В науке очень мало моментов, которые дают такую простую, замечательную ясность в отношении сложных земных процессов".

"Эта работа, которой так замечательно руководила Софи, является одним из самых ярких моментов в моей карьере, завершением всей теоретической и вычислительной работы, которую мы провели с сообществом международных коллег", - добавила Митровица, группа которой первой представила модели и прогнозы того, какие отпечатки пальцев должны быть на уровне моря. похож.

Научному исследованию обычно требуются годы, чтобы разработать результаты, а затем оформить их в виде статьи, но здесь исследователи смогли действовать быстро. В общей сложности процесс занял всего несколько месяцев с момента, когда они увидели спутниковые данные, до момента, когда они представили материал.

Это потому, что основная часть работы уже была проделана. Большая часть теории, технологии и методов уже была хорошо разработана и продвинута вперед с тех пор, как Митровица и его команда представили свою работу по отпечаткам пальцев на уровне моря около 20 лет назад — вычисления, которые получили широкое признание и были учтены почти во всех моделях, предсказывающих повышение уровня моря.

"Это была наука с высоким риском и высокой наградой, и никто не ожидал, что ее обнаружат так быстро. Мы получили невероятную пользу от групп, поддерживающих нас, особенно от Star-Friedman Challenge", - сказал Митровица.

Теперь, когда был обнаружен первый отпечаток уровня моря, вопрос, имеющий самые большие глобальные последствия, заключается в том, к чему все это ведет.

"Будут новые обнаружения", - сказал Митровица. "Скоро вся мощь физики отпечатков пальцев будет доступна для прогнозирования изменений уровня моря на следующее десятилетие, столетие и далее".