これから数年で、空気中の二酸化炭素の量が増えると気候が変化し、それによって氷冠が急速に融解し、世界的な海面上昇が起こることはよく知られています。 しかし、新しい科学的発見は、氷上での炭素の完全に独立した厄介な直接的な影響を示しています。これは、温暖化とはまったく関係ありません。
Journal of Physics Dで昨日公開された研究で文書化されているように、MITの研究者は、二酸化炭素の濃度が高くなると、温度に関係なく材料強度と破壊靭性が低下し、氷が著しく弱くなることを発見しました。 空気中に十分な二酸化炭素があれば、これだけで氷河が割れて割れやすくなります。 地球の気温は、特に極周辺で暖まり続けるという事実に加えて、これらの2つの要因の組み合わせは、専門家が以前に予測したよりも速い速度で氷冠が溶けることを意味する可能性があります。
「氷冠と氷河が割れ続けて砕け散ると、空気にさらされる表面積が大幅に増加し、地球上で融解が加速し、被覆面積が大幅に減少する可能性があります」と研究の主著者、マーカスビューラー。 「これらの変化の結果については専門家が調査する必要がありますが、地球規模の気候の変化に寄与する可能性があります。」
Buehlerと彼の共著者であるZhao Qinは、原子レベルでのコンピューターシミュレーションを使用して、さまざまな濃度の二酸化炭素の存在下での氷の強度のダイナミクスを評価しました。 彼らは、ガスが氷の結晶内の水分子を保持する水素結合を妨害することにより、氷の強度を低下させることを発見しました。 具体的には、原子レベルでは、二酸化炭素は結合した水分子と競合し、十分に高い濃度で結合からそれらを追い出し、代わりになります。
二酸化炭素分子は、外縁で氷片に浸透し始め、亀裂が形成されるにつれて内側に移動することで氷をゆっくりと分割します。 そうすることで、水分子の水素原子と結合を形成し、結晶構造内に壊れた結合を残し、氷の強度を全体的に低下させることにより、水分子を外側に引き寄せます。 シミュレーションでは、二酸化炭素が気体の体積の2％を占めるまで浸透した氷は、約38％強度が弱いことが示されました。
「ある意味では、二酸化炭素による氷の破壊は、腐食による材料の破壊、例えば、ゆっくり劣化する化学物質が材料を「かじる」自動車、建物、または発電所の構造に似ています。 」ビューラーは環境調査ウェブに語った。 氷河は通常、小さな亀裂の形成でバラバラになり始めるため、研究者は、これが最近南極で発生し、ニューヨーク市よりも大きな破片を生成したような、さらに大規模な亀裂につながる可能性があると言います。
発見はこの現象の最初の証拠であるため、以前の予測を超えて氷の融解をどれだけ加速するかを言うのは時期尚早です。 ただし、温室効果ガスの排出量が増加し続けている場合、専門家が氷の融解と海面上昇の推定値を上方修正するためのいくつかのメカニズムがあります。
温かい空気と弱い氷が速い融解速度を意味するという明白なことに加えて、氷のキャップが太陽光を宇宙に反射するのに重要な役割を果たすという事実があります。 現在、それらは地球の表面のおよそ7％をカバーしていますが、太陽光線の80％を反射する役割を担っています。 これは、氷の明るい白色が、他のほとんどのタイプの地被よりも効率的に光を反射するのに役立つためです。
ただし、二酸化炭素濃度の上昇と温度の上昇により氷が突然急速に融解する場合、この明るい白い氷は暗い海水に置き換えられます。 ますます多くの日光が大気中に入り、大気中に留まり、それによりますます温暖化を引き起こします。 この正のフィードバックループは、気候学者が私たちの気候を制御不能な災害への道に送る恐れがあるという恐ろしい「転換点」の1つを構成する可能性があります。
この論文では顕微鏡レベルの氷のみを扱っているため、次のステップでは、実験室の設定で氷上の二酸化炭素濃度の増加の影響をテストし、シミュレーションモデルの効果が正しいかどうかを確認します。 もちろん、炭素排出量に関して何も変化がなければ、これらの影響が世界の氷河や極地の氷冠ではるかに大きなスケールで発生するかどうかを確認する機会があります。
