รากฐานที่แตกร้าวกับข่าวร้าย : เมื่อน้ำแข็งรัดรอบขอบทวีปแอนตาร์กติกาลดน้อยลง

เรื่องโดย
ดร.ปัทม์ วงษ์ปาน
นักชีวธรณีเคมี/นักนิเวศวิทยาน้ำแข็งทะเลเชิงปริมาณ
ความร่วมมือโครงการแอนตาร์กติกของออสเตรเลีย
สถาบันการศึกษาทางทะเลและแอนตาร์กติก มหาวิทยาลัยแทสเมเนีย ออสเตรเลีย

“Please fasten your seat belt!” โปรดรัดเข็มขัดนิรภัย เราคงเคยได้ยินประโยคที่ว่านี้ทุกครั้งที่โดยสารเครื่องบินพาณิชย์ โปรยมาแบบนี้ หลายคนอาจย้อนขึ้นไปดูชื่อเรื่องแล้วเกิดคำถามในใจว่า การรัดเข็มขัดนิรภัยเกี่ยวอะไรกับน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกา ?

น้ำแข็งแอนตาร์กติกมีอะไรมากกว่าที่เห็นและไม่ได้มีแค่น้ำแข็งขั้วโลกที่ลอยละล่องขาวโพลนปกคลุมรอบมหาสมุทรใต้ (Southern Ocean) หากแต่ทวีปแอนตาร์กติกายังรายรอบด้วยทะเลที่เป็นน้ำแข็ง หรือเรียกว่า น้ำแข็งทะเล (sea ice)

น้ำแข็งทะเลรอบทวีปแอนตาร์กติกาที่แข็งตัวในฤดูหนาวและส่วนมากละลายในฤดูร้อนนั้นแบ่งได้เป็น 3 ประเภท คือ น้ำแข็งทะเลรัดรอบ (landfast sea ice หรือ fast ice) แข็งตัวติดกับชายฝั่งของทวีป มีความเสถียร คล้ายโป๊ะ (pontoon) ที่ทำจากน้ำแข็ง ประเภทต่อมาคือ น้ำแข็งทะเลรวมตัว (pack ice) เคลื่อนตัวไปในทุกทิศทางรอบแอนตาร์กติกาตามกระแสน้ำและลม และการชนกันเองคล้าย “รถบัมป์” ที่ทำจากแพน้ำแข็ง อิทธิพลจากทะเลเปิดมีผลน้อยต่อการเคลื่อนตัว และประเภทสุดท้าย น้ำแข็งทะเลชายขอบ (marginal ice zone) ก่อตัวที่ขอบนอกที่ติดกับทะเลเปิด คล้ายกระทงน้ำแข็ง คลื่นทะเลจึงมีผลต่อการเคลื่อนตัวของน้ำแข็งชนิดนี้และมีความหนาแน่นต่อพื้นที่น้อยกว่าน้ำแข็งทะเลรวมตัว

น้ำแข็งทะเลรัดรอบ
ที่มาภาพ : ดร.ปัทม์ วงษ์ปาน

ถ้าเปรียบทวีปแอนตาร์กติกาเป็นร่างกายของเรา น้ำแข็งทะเลประเภทรัดรอบก็คือเข็มขัดนิรภัย และมันไม่ได้แข็งแรงอย่างที่เราคิดอีกต่อไปแล้ว

น้ำแข็งทะเลชายขอบ
ที่มาภาพ : ดร.ปัทม์ วงษ์ปาน

งานวิจัยชิ้นใหม่ที่พึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Review of Geophysics ซึ่งมีนักวิจัยไทย (ดร.ปัทม์ วงษ์ปาน) เป็นผู้นำเขียนร่วม ถือเป็นงานวิจัยชิ้นแรกที่ทบทวนบทบาทสำคัญของน้ำแข็งทะเลรัดรอบขอบทวีปแอนตาร์กติกา ซึ่งเป็นน้ำทะเลที่จับตัวเป็นน้ำแข็งติดกับชายฝั่ง ทำหน้าที่เหมือนเข็มขัดนิรภัยรัดรอบชายฝั่งแอนตาร์กติก ควบคุมการไหลของชั้นน้ำแข็งและธารน้ำแข็งลงสู่ทะเล และเป็นที่อยู่อาศัยที่สำคัญของแมวน้ำเวดเดลล์ (Weddell seal) เพนกวินจักรพรรดิ (emperor penguin) เพนกวินอาเดลี (Adélie penguin) และอื่น ๆ

น้ำแข็งทะเลรวมตัว (เพนกวินอาเดลีมีส่วนสููงประมาณ 60 เซนติเมตร)
ที่มาภาพ : ดร.ปัทม์ วงษ์ปาน

แม้ดาวเทียมสามารถตรวจวัดขอบเขตและพื้นที่รวมของน้ำแข็งทะเลได้อย่างง่ายดาย แต่การระบุชนิดของน้ำแข็งทะเลชนิดต่าง ๆ นั้นยากกว่ามาก การวิเคราะห์ภาพถ่ายดาวเทียมเชิงลึกของทีมวิจัยเผยให้เห็นขอบเขตของน้ำแข็งทะเลรัดรอบลดลงสู่ระดับต่ำสุดเป็นประวัติการณ์ตั้งแต่มีการจดบันทึกในปี พ.ศ. 2543 คือ เหลือเพียง 123,200 ตารางกิโลเมตร ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2565 ซึ่งต่ำกว่าช่วงปกติของเดือนมีนาคมที่มีพิสัยอยู่ในช่วง 168,600-295,200 ตารางกิโลเมตร หากแนวโน้มนี้ยังคงอยู่ต่อไป ผลที่ตามมาสำหรับสภาพอากาศและระบบนิเวศของมหาสมุทรใต้อาจเป็นหายนะได้

ความสำคัญของน้ำแข็งรัดรอบต่อสภาวะอากาศโลก

น้ำแข็งในทะเลแอนตาร์กติกขับเคลื่อนการไหลเวียนของมหาสมุทรของโลก การหมุนเวียนของกระแสน้ำเริ่มต้นขึ้นในทวีปแอนตาร์กติกาเมื่อน้ำทะเลที่มีความหนาแน่นสูงและเค็มมาก (สร้างขึ้นเมื่อน้ำแข็งทะเลเปลี่ยนสถานะ) จมลงสู่ก้นมหาสมุทร ก่อกำเนิด “น้ำทะเลส่วนลึกสุด” (Antarctic bottom water) ซึ่งไหลเวียนออกจากทวีปแอนตาร์กติกาไปถึงซีกโลกเหนือ

ทีมวิจัยคาดการณ์ว่าการไหลเวียนที่สำคัญนี้จะช้าลงเนื่องจากการละลายของน้ำแข็งทะเล ซึ่งก่อให้เกิดการชะลอตัวของกระแสน้ำในมหาสมุทรลึกที่ช้าลง ซึ่งอาจส่งผลกระทบที่น่าสะพรึงกลัวหรือเลวร้ายยิ่งกว่าที่เห็นในภาพยนตร์ภัยพิบัติ “The Day After Tomorrow” ทีมวิจัยทราบดีว่าบริเวณที่มีการก่อตัวของน้ำแข็งทะเลจำนวนมากมักเกิดขึ้นถัดจากน้ำแข็งรัดรอบ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงที่เห็นจึงมีแนวโน้มที่จะลดการไหลเวียนของกระแสน้ำลึกของมหาสมุทรลงไปอีก และแน่นอนว่ามันอาจจะส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกด้วย

เพนกวินจักรพรรดิกับแถวเพนกวินอาเดลี บนน้ำแข็งทะเลรัดรอบ
ที่มาภาพ : ดร.ปัทม์ วงษ์ปาน

แม้ว่าปัจจุบันจะมีเครื่องมือที่เรียกว่า “แบบจำลองภูมิอากาศโลก” มาใช้งาน แต่แบบจำลองภูมิอากาศทั่วโลกใช้การได้ไม่ดีนักในการจำลองประวัติศาสตร์ของทะเลน้ำแข็งในแอนตาร์กติกาซึ่งมีความแปรปรวนอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีมานี้ ทำให้ทีมวิจัยไม่มั่นใจในความสามารถของแบบจำลองที่มีอยู่ในการทำนายอนาคตของน้ำแข็งทะเล ซึ่งสาเหตุหลักประการหนึ่งคือ การที่น้ำแข็งรัดรอบไมได้ปรากฏอยู่ในแบบจำลองภูมิอากาศโลกใด ๆ เลย แสดงให้เห็นว่าการจำลองน้ำแข็งทะเลนั้นไม่ละเอียดหรือประณีตพอ แบบจำลองภูมิอากาศโลกแสดงภาพน้ำแข็งทะเลทั้งหมดราวกับว่าทุกชนิดสามารถลอยละล่อง ในขณะที่ในความเป็นจริงแล้วน้ำแข็งรัดรอบที่มีมากถึงร้อยละ 15 ควรถูกตรึงไว้นิ่ง ๆ เหมือนโป๊ะในแม่น้ำเจ้าพระยา โดยยึดไว้กับชายฝั่งหรือรอบภูเขาน้ำแข็ง

นี่เป็นปัญหาใหญ่ จากการศึกษาของทีมวิจัยนั้นพบว่า หากไม่จำลองอย่างถูกต้อง ก็มีแนวโน้มที่จะได้ค่าปริมาณน้ำแข็งทะเลที่ผิดเพี้ยน ซึ่งส่งผลกระทบต่อการไหลเวียนของกระแสน้ำรอบโลกที่ไม่ถูกต้องด้วย

สรรพชีวิตในขั้วโลกใต้ขึ้นอยู่กับน้ำแข็งรัดรอบ

น้ำแข็งรัดรอบเป็นที่อยู่อาศัยของสรรพชีวิต อาทิ กลุ่มสาหร่าย กุ้งขนาดเล็กที่เรียกว่า คริลล์ (krill) ปลาแอนตาร์กติกซิลเวอร์ฟิช (Antarctic silverfish) พวกมันปรับตัวให้อาศัยอยู่ภายในและใต้น้ำแข็งในสภาวะที่เย็นยะเยือกได้ดี

สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก่อตัวเป็นห่วงโซ่อาหารที่ซับซ้อนรอบ ๆ สาหร่ายน้ำแข็ง โดยใช้น้ำแข็งเป็นพื้นที่อนุบาล ชีวิตภายในน้ำแข็งรัดรอบต้องใช้กลยุทธ์การเอาชีวิตรอดที่หลากหลาย การเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงอาจหมายถึงผลกระทบต่อห่วงโซ่อาหารทั้งหมด

ขอบเขตของน้ำแข็งทะเลรัดรอบลดลงสู่ระดับต่ำสุดเป็นประวัติการณ์
ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2565
ที่มาภาพ : Reviews of Geophysics

แมวน้ำและนกเพนกวินอาศัยสภาพแวดล้อมนี้ในการนอน ล่าสัตว์ และผสมพันธุ์ เพนกวินจักรพรรดิมีแนวทางที่ไม่เหมือนใครในการเลี้ยงดูครอบครัวซึ่งต้องการน้ำแข็งที่เสถียร ซึ่งมีเพียงน้ำแข็งรัดรอบเท่านั้นที่สามารถให้ได้ ขอบเขตของน้ำแข็งที่ลดลง การกระจายตัวที่เพิ่มขึ้น และการแตกตัวเร็วขึ้นจะนำไปสู่การลดจำนวนประชากรของสายพันธุ์ที่เป็นสัญลักษณ์ของทวีปแอนตาร์กติกานี้

ความรู้เชิงลึกของน้ำแข็งรัดรอบเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพยากรณ์อากาศ

การเก็บตัวอย่างน้ำแข็งรัดรอบขอบแอนตาร์กติกาจะเก็บจากพื้นที่ประจำเพียงไม่กี่แห่ง พื้นที่เหล่านี้ตั้งอยู่ใกล้กับสถานีวิจัยแอนตาร์กติก และโดยทั่วไปจะแยกจากกันด้วยชายฝั่งยาวหลายพันกิโลเมตร

พื้นที่ที่นักวิทยาศาสตร์จะเก็บแกนน้ำแข็งในทะเลได้อย่างปลอดภัยต้องเป็นน้ำแข็งเรียบที่หนาพอที่จะรองรับนักวิจัยได้ (อย่างน้อยครึ่งเมตร) ดังนั้นการสุ่มตัวอย่างจึงเบ้ไปทางพื้นประเภทที่เรียบเหมือนหน้าแครมบรูว์เลที่ไม่แตกหักมากกว่าบนน้ำแข็งรัดรอบแบบแผ่นหยักที่ขรุขระเหมือนเมอแรงก์แตก

น้ำแข็งทะเลรัดรอบ ณ แหลมรอยดส์ (Cape Royds) ใกล้กับสถานีวิจัย
สกอตต์เบส (Scott Base) ของประเทศนิวซีแลนด์ ถ่ายเมื่อ ปี พ.ศ. 2557
ซึ่่งสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุุดา ฯ
สยามบรมราชกุุมารี ได้เสด็จพระราชดำเนินเยือนเมื่อปี พ.ศ. 2536
ตามคำกราบบังคมทูลเชิญของรัฐบาลนิวซีแลนด์
ที่มาภาพ : ดร.ปัทม์ วงษ์ปาน

เพื่อให้เข้าใจน้ำแข็งรัดรอบแบบแผ่นหยักและน้ำแข็งประเภทอื่น ๆ ที่เข้าใจยากได้ดีขึ้น นักวิทยาศาสตร์ขั้วโลกจำเป็นต้องวัดแกนน้ำแข็งซ้ำพร้อมกับศึกษาดาวเทียมที่ละเอียดมากขึ้นในอนาคต เพื่อสร้างแบบจำลองน้ำแข็งแต่ละประเภทได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

การวิจัยเกี่ยวกับน้ำแข็งรัดรอบนี้จะช่วยเติมเต็มแบบจำลองสภาพภูมิอากาศโลกในรุ่นถัดไปให้สมบูรณ์กว่าเก่า เพราะข้อมูลเกี่ยวกับน้ำแข็งรัดรอบเป็นส่วนประกอบสำคัญที่จะช่วยให้การจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างน้ำแข็งในทะเลทุกประเภทกับมหาสมุทรใต้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น และจำเป็นต่อการวิเคราะห์ฉากทัศน์ของสภาพอากาศของโลกในอนาคต

แปลจาก

Fraser, A., Weldrick, C., Dalman, L., Corkill, M., & Wongpan, P. (2023, June 23). Fractured foundations: how Antarctica’s “landfast” ice is dwindling and why that’s bad news. The Conversation. https://theconversation.com/fractured-foundations-how-antarcticas-landfast-ice-is-dwindling-and-why-thats-bad-news-207814

อ้างอิง

Fraser, A. D., Wongpan, P., Langhorne, P. J., Klekociuk, A. R., Kusahara, K., Lannuzel, D., et al. (2023). Antarctic landfast sea ice: A review of its physics, biogeochemistry and ecology. Reviews of Geophysics, 61, e2022RG000770. https://doi.org/10.1029/2022RG000770
New study of Antarctic landfast ice charts dramatic crash – AAPP. (2023, June 23). AAPP – Antarctica, the Southern Ocean and Global Climate. https://aappartnership.org.au/new-study-of-antarctic-landfast-ice-charts-dramatic-crash/