3 miliony let v jednom počítači: Jak simulace vznikla
Vytvořit realistickou simulaci vývoje celého antarktického kontinentu napříč miliony let je mimořádně náročný výpočetní úkol. Tým vedený Dr. Kyung-Sook Yun z jihokorejského IBS Centra pro fyziku klimatu (ICCP) na Pusan National University proto využil paleoklimatickou simulaci nové generace, která rekonstruuje globální klimatické vzorce za poslední 3 miliony let.
Tato simulace poskytla detailní data o teplotách a srážkách, která vědci následně vložili do modelu ledového příkrovu vyvinutého na Penn State University. Model sledoval změny v pohybu ledu, jeho tloušťce, teplotě a nadmořské výšce napříč celou Antarktidou i severní polokoulí. Výpočty probíhaly na jednom z nejvýkonnějších jihokorejských superpočítačů určených pro základní vědecký výzkum.
Výsledkem je fyzikálně konzistentní obraz toho, jak se hlavní ledové příkrovy Země vyvíjely v reakci na měnící se klimatické podmínky — a především, kdy a proč antarktický ledovec překročil bod, ze kterého už není návratu.
Kritický práh: 240 ppm CO₂
Klíčovým zjištěním simulace je identifikace konkrétní hranice koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře — zhruba 240 ppm (částic na milion). Vědci zjistili, že jakmile hladina CO₂ v atmosféře klesla pod tuto hodnotu, antarktický ledovec vstoupil do zcela odlišného režimu chování.
„Po tomto přechodu reaguje antarktický ledový příkrov mnohem silněji na změny klimatického působení. To naznačuje, že se systém nevyvíjí pozvolna, ale stává se mnohem citlivějším po překročení určitého prahu v klimatickém systému,“ vysvětluje Dr. Kyung-Sook Yun, hlavní autorka studie.
Jinými slovy: Antarktida se po překročení hranice 240 ppm CO₂ překlopila do nového, nestabilnějšího stavu. Každá další změna teploty nebo složení atmosféry pak vyvolávala mnohem dramatičtější odezvu ledovce, než jakou by vědci očekávali při pozvolném vývoji.
Co se stalo před 1 milionem let
Zmíněný zlom nastal přibližně před 1 milionem let, v období takzvaného středně-pleistocénního přechodu (Mid-Pleistocene Transition). Tehdy se zemské doby ledové staly delšími, chladnějšími a intenzivnějšími. Ačkoliv vědci o tomto přechodu vědí desítky let, teprve nyní se podařilo prokázat, jak dramaticky na něj Antarktida zareagovala.
Simulace ukázala, že za rychlým růstem antarktického ledu stálo několik vzájemně propojených mechanismů. Zaprvé, chladnější oceánské teploty během dob ledových výrazně omezily tání pod těmi částmi ledovce, které sahají pod hladinu moře. Zadruhé, globální mořská hladina byla zhruba o 50–100 metrů níže než dnes, což snížilo tlak pod antarktickými šelfovými ledovci a umožnilo podloží pomalu stoupat. Tento zdvih pak pomohl podepřít další zesilování pobřežního ledu.
„Naše zjištění naznačují, že antarktický ledový příkrov byl mnohem citlivější na vnější vlivy, než jsme dosud předpokládali. To vyvolává důležité otázky ohledně jeho budoucí reakce na globální oteplování,“ dodává profesor Axel Timmermann, ředitel IBS Centra pro fyziku klimatu a spoluautor studie.
Co to znamená pro dnešek a pro Česko
A nyní přichází ta znepokojivá část. Současná koncentrace CO₂ v atmosféře se pohybuje okolo 425 ppm — tedy vysoko nad identifikovanou hranicí 240 ppm, a dokonce výrazně nad hodnotami, které během zkoumaných 3 milionů let spouštěly dramatické tání ledovce. Pokud simulace správně identifikovala mechanismus bodu zvratu, nacházíme se dnes hluboko v pásmu, kde je antarktický ledovec mimořádně citlivý na jakékoli další změny klimatu.
Proč by to mělo zajímat obyvatele Česka, tedy státu bez mořského pobřeží? Důvodů je hned několik. Podle Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) by úplné roztání západoantarktického ledového příkrovu zvedlo globální hladinu oceánů o 3–5 metrů. Kolaps celé Antarktidy by pak znamenal vzestup hladiny až o 58 metrů. I částečný rozpad by měl katastrofální důsledky pro světovou ekonomiku, obchod, migraci a stabilitu — a tím i pro střední Evropu.
Služba Copernicus, program Evropské unie pro pozorování Země, již nyní zaznamenává zrychlující se úbytek ledu v západní Antarktidě. Satelitní měření ukazují, že tání antarktického ledu přispívá ke zvyšování globální mořské hladiny stále větším podílem. Podle Světové meteorologické organizace (WMO) tempo zvyšování mořské hladiny za poslední dekádu více než zdvojnásobilo oproti 90. létům 20. století.
Pro Českou republiku, ležící ve vnitrozemí, to znamená především nepřímé, ale zásadní dopady: narušení globálních dodavatelských řetězců, růst cen potravin v důsledku extrémních výkyvů počasí, migrační tlaky z pobřežních oblastí a rostoucí náklady na adaptaci infrastruktury. Klimatické změny neznají hranice — a kolaps antarktického ledovce by byl globální katastrofou, která se nevyhne žádnému státu.
Dřívější výzkumy potvrzují nová zjištění
Nová studie nepřichází z vakua. Již v roce 2024 publikoval tým vedený Dr. Annou Ruth Halberstadt z Texaské univerzity v Austinu v časopisu Nature Communications výsledky 2milionové simulace vývoje Antarktidy v období pliocénu. Tehdejší výzkum odhalil, že antarktický ledový příkrov byl schopen přispět až 25 metry ke změnám globální mořské hladiny během jednotlivých glaciálních cyklů.
Halberstadt a její kolegové tehdy varovali, že zásadní roli hrají mechanismy jako nestabilita mořského ledového útesu (MICI) — proces, při kterém oteplená oceánská voda podemílá čelo ledovce a spouští lavinovité odlamování obřích ker. Jejich model ukázal, že kolaps mořské části ledovce je spuštěn již při oteplení podpovrchové oceánské vody o pouhých 1,5 °C.
Nynější jihokorejský výzkum tyto dřívější poznatky rozšiřuje a potvrzuje: ledové příkrovy nejsou pomalými, předvídatelnými systémy. Jsou to nelineární, prahové mechanismy, které se po překročení určitého bodu mohou zhroutit rychlostí, jakou bychom nečekali.
Kam směřujeme
Studie profesora Timmermanna a Dr. Yun je důležitým příspěvkem k pochopení tzv. klimatických bodů zvratu (tipping points) — kritických prahů, po jejichž překročení dochází v klimatickém systému k nevratným změnám. Antarktický ledový příkrov je jedním z klíčových bodů zvratu, které IPCC identifikoval jako potenciálně katastrofické pro globální klima.
Autoři studie zdůrazňují, že pochopení těchto náhlých přechodů je naprosto zásadní pro zpřesnění budoucích projekcí úbytku antarktického ledu a zvyšování globální mořské hladiny. „Náš výzkum ukazuje, že antarktický ledovec byl v minulosti citlivější na vnější vlivy, než jsme si dříve mysleli. To vyvolává zásadní otázky ohledně jeho budoucí reakce na globální oteplování,“ uzavírá profesor Timmermann.
Výzkum je zároveň mementem: překročili jsme hranici 240 ppm CO₂ už dávno — a míříme dál. Otázka už nezní, zda antarktický ledovec zareaguje na současné oteplování. Otázka zní, jak rychle a jak dramaticky.
Jaký je rozdíl mezi západoantarktickým a východoantarktickým ledovým příkrovem?
Západoantarktický ledový příkrov (WAIS) je menší, ale mnohem zranitelnější — většina jeho ledu spočívá na podloží pod úrovní mořské hladiny, takže je mimořádně citlivý na oteplující se oceán. Jeho kolaps by zvedl hladinu oceánů o 3–5 metrů. Východoantarktický příkrov (EAIS) je mnohem mohutnější a stabilnější, obsahuje led ekvivalentní zhruba 53 metrům vzestupu hladiny. Nový výzkum se týká celého kontinentu.
Je už kolaps antarktického ledovce nevyhnutelný?
Ne nutně. Studie ukazuje, že antarktický ledovec je po překročení určitého prahu mnohem citlivější na změny, nikoliv že se již nevyhnutelně hroutí. Rychlost a rozsah budoucího tání bude záviset na tom, jak rychle poroste koncentrace skleníkových plynů a jak moc se oteplí oceány. Rychlá dekarbonizace může stále omezit nejhorší scénáře.
Jak vědci ověřují modely, které simulují miliony let do minulosti?
Výsledky modelů se porovnávají s geologickými daty — například s usazeninami na mořském dně, izotopovými analýzami ledových jader, záznamy o ústupu a postupu ledovce ze seismických průzkumů nebo s analýzou kosmogenních nuklidů v horninách, které byly kdysi překryty ledem. Čím lépe model odpovídá těmto nezávislým datům, tím větší máme důvěru v jeho předpovědi.
