Вклад рекристаллизации морского льда в снежный покров Арктики

Скрытая история в арктическом снеге

Снег, покрывающий арктический морской лед, может выглядеть как простое белое покрывало, но это исследование показывает, что он прибавляется не только сверху, но и снизу. Вместо того чтобы быть лишь замороженным осадком, часть этого снега фактически образуется из переработанного морского льда: лед испаряется, превращаясь в пар, и затем вновь замерзает выше в снежном покрове. Понимание этого скрытого обмена между морским льдом и снегом важно, поскольку он влияет на отражательную способность поверхности, перенос газов между океаном и атмосферой и на то, как мы прогнозируем будущие климатические изменения в быстро нагревающейся Арктике.

Снег, растущий от льда вверх

Снег на морском льду находится между двумя сильно различающимися мирами: морозной атмосферой сверху и относительно тёплой океанической водой снизу. Этот температурный контраст создаёт сильные вертикальные градиенты температуры в самом снеге, которые, в свою очередь, заставляют водяной пар двигаться вверх изо льда. По мере прохождения пара через крошечные воздушные поры в снеге и его повторного замерзания снежные кристаллы перекристаллизуются, образуя более крупные, хрупкие структуры, известные как depth hoar. Предыдущие исследования в тундровых почвах указывали, что грунтовый лёд может внести небольшую массу в перекрывающий его снег, но до настоящего времени никто не количественно оценивал этот процесс на дрейфующем арктическом морском льду.

По следам тяжёлой воды

Исследователи присоединились к годовой экспедиции MOSAiC, которая дрейфовала вместе с арктическим паковым льдом с конца 2019 года до весны 2020 года. Более чем на сотне промаркированных участков на центральной льдине они многократно роили снежные шурфы и измеряли глубину снега, плотность и температуру от поверхности до контакта снег–лёд. Критически важно, что они собрали более 500 образцов снега и многочисленные керны морского льда для анализа природных «отпечатков» молекул воды: тяжёлых и лёгких форм водорода и кислорода. Поскольку морской лёд и снегопад имеют различающиеся изотопные подписи, любое поступление водяного пара из льда в снег оставляет узнаваемый след в этих соотношениях.

Доказательства питания снега снизу

Измерения показали, что температурные различия внутри снега часто были очень сильными, причём в большинстве шурфов превышался порог, при котором ожидается быстрое рост кристаллов и движение пара. Почти в каждом вертикальном профиле снега нижние несколько сантиметров—прямо над льдом—оказались значительно обогащёнными тяжёлым кислородом по сравнению с поверхностными слоями и были по составу ближе к подстилающему морскому льду. Одновременно нижняя часть снежного покрова, как правило, становилась менее плотной и более структурно преобразованной, что согласуется с потоком пара вверх и рекристаллизацией. Дополнительная изотопная мера, называемая деутерий-эксцессом, помогла исключить другие объяснения, такие как засоление от морского бриза или наводнение, что укрепило вывод о том, что сигнал исходит от пара, поднимающегося из льда.

Сколько нового снега приходит из морского льда?

Чтобы оценить, какая часть снега действительно происходила из морского льда, команда применила два взаимодополняющих подхода. Сначала они использовали результаты контролируемых лабораторных экспериментов, где снег над слоем льда подвергали известному температурному градиенту и тщательно отслеживали потери льда. Масштабируя эту зависимость с реальными температурными и паровыми условиями, измеренными во время экспедиции MOSAiC, они вычислили, сколько льда должно было сублимизировать и повторно отложиться в снеге. Это дало эквивалент примерно 4 сантиметров глубины снега, добавленных снизу за зиму. Затем они применили простую модель смешения к изотопным данным, рассматривая атмосферный выпад и морской лёд как две конечные составляющие. Этот анализ предположил ещё больший вклад: в среднем примерно треть массы снега, что соответствует около 6 сантиметрам снега, можно проследить до рекристаллизованного морского льда.

Почему это важно для тёпнеющей Арктики

Хотя каждая оценка сопровождается неопределённостями, вместе они показывают, что морской лёд — не просто платформа для снега, а активный его поставщик. По мере того как Арктика продолжает нагреваться и меняются глубина снега, ветры и температурные градиенты, этот скрытый рост снизу будет влиять на то, насколько толстым и плотным становится снежный покров, насколько легко тепло уходит из океана и как хранятся или высвобождаются примеси и химические вещества. Для неспециалистов ключевое сообщение таково: арктический снежный покров частично формируется из переработанного морского льда, и признание этого процесса поможет улучшить климатические модели, интерпретацию спутниковых данных и наше более широкое понимание того, как покрытый льдом океан реагирует на изменение климата.

Цитирование: Macfarlane, A.R., Mellat, M., Dadic, R. et al. The contribution of sea-ice recrystallization to the Arctic snowpack. Nat Commun 17, 2429 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68762-0

Ключевые слова: арктический снег, морской лед, водяной пар, стабильные изотопы, изменение климата