Beslut som fattas under det kommande decenniet kommer att avgöra om Antarktis drabbas av dramatiska förändringar som bidrar till en meter av global havsnivåhöjning.

I en ny studie, forskare hävdar att tiden rinner ut för att rädda detta unika ekosystem, och att om de rätta besluten inte fattas för att bevara Antarktis under de kommande tio åren så kommer konsekvenserna att märkas runt om i världen.

Deras resultat, publiceras idag i Natur , utvärdera Antarktis tillstånd 2070 under två scenarier, som representerar motsatta ytterligheter av handling och passivitet när det gäller utsläpp av växthusgaser och miljöskydd.

Antarktis påverkas av många globala förändringar, men i sin tur påverkar det också den globala miljön. Till exempel, en av de största osäkerheterna i framtida förutsägelser om höjning av havsnivån är hur det antarktiska inlandsisen reagerar på den globala uppvärmningen som orsakas av människor.

Södra oceanen runt Antarktis absorberar också en stor mängd koldioxid (CO2) från atmosfären, bromsa takten i klimatförändringen. Dock, den kan bara absorbera så mycket CO2, och absorbering av överflödiga mängder ökar surheten i vattnet, skadar det marina livet.

Förutspår framtiden

För att se vad framtiden kan erbjuda, ett internationellt team av forskare, inklusive vetenskapsmän vid Imperial College London, har förutspått vad som skulle hända under två framtida scenarier. För det första, om utsläppen ökar oförminskat och regleringen i Antarktis misslyckas med att hänga med i förändringarna; och för det andra om utsläppen minskas avsevärt genom regleringar som är underbyggda av forskning.

Författarna hävdar att vilket scenario som utspelar sig beror avsevärt på val som görs under det kommande decenniet, om både planer för begränsning av klimatförändringar och om miljöreglering. Till exempel, det finns för närvarande ett moratorium för gruvdrift i Antarktis, men när den globala befolkningen ökar kan denna överenskommelse hotas.

Medförfattare professor Martin Siegert, från Grantham Institute—Climate Change and the Environment at Imperial, sa:"Några av förändringarna som Antarktis kommer att möta är redan oåterkalleliga, som förlusten av några ishyllor, men det finns mycket vi kan förhindra eller vända på.

"För att undvika de värsta effekterna, vi kommer att behöva ett starkt internationellt samarbete och effektiv reglering som stöds av rigorös vetenskap. Detta kommer att förlita sig på att regeringar inser att Antarktis är intimt kopplat till resten av jordsystemet, och skador där kommer att orsaka problem överallt."

Huvudförfattare Dr. Steve Rintoul, från Center for Southern Hemisphere Oceans Research and Antarctic Climate and Ecosystems Cooperative Research Center i Australien, sade:"Växthusgasutsläppen måste börja minska under det kommande decenniet för att ha en realistisk utsikt att följa berättelsen om låga utsläpp och på så sätt undvika globala effekter associerade med förändringar i Antarktis, som en kraftig höjning av havsnivån."

Två ytterligheter:på väg att kollapsa eller påverkan minimeras

Under berättelsen om höga utsläpp och låga regler, Antarktis och södra oceanen genomgår omfattande och snabba förändringar, med globala konsekvenser.

• År 2070, uppvärmningen av havet och atmosfären har orsakat dramatiska förluster av stora ishyllor, vilket leder till ökad förlust av jordad is från Antarktis is och en acceleration i den globala havsnivåhöjningen.
• Miljöförändringar inklusive uppvärmning, havsis reträtt och havsförsurning har förändrat marina ekosystem.
• Obegränsad tillväxt i mänsklig användning av Antarktis har försämrat miljön och introducerat invasiva skadedjur.

Under berättelsen om låga utsläpp och snäva regler, minskning av utsläpp av växthusgaser och genomförande av effektiv politik hjälper till att minimera förändringar i Antarktis, som år 2070 ser ut ungefär som det gjorde under seklets tidiga decennier.

• Antarktis ishyllor har förblivit intakta, bromsa isförlusten från isen och minska hotet om havsnivåhöjning.
• Havsförsurningen har inte förvärrats och antarktiska ekosystem har förblivit intakta.
• Mänskligt tryck på Antarktis hanteras av en alltmer samarbetsvillig och effektiv styrelseregim.

Professor Siegert sa:"Om det politiska landskapet i ett framtida Antarktis är mer bekymrat över rivalitet, och hur varje land kan få ut det mesta av kontinenten och dess hav, då kunde alla skydd välta.

"Dock, om vi inser vikten av Antarktis i den globala miljön, då finns det potential för internationellt samarbete som använder bevis för att genomföra förändringar som undviker "vändpunkter" - gränser som en gång korsade, skulle orsaka skenande förändring, till exempel kollapsen av den västantarktiska istäcket."

Mer information om effekterna:miljö

Under det värsta scenariot med höga utsläpp av växthusgaser och låga eller ineffektiva regleringar, den globala lufttemperaturen skulle stiga nästan 5C över 1850-nivåer, I bästa fall med låga utsläpp och strikta regler, det skulle hållas under målet för 2C uppvärmning.

I värsta fall, flytande ishyllor som håller tillbaka is på land skulle kollapsa, förbättra flödet av is från land till havet. Antarktis skulle bidra med mer än 25 cm till en total global havsnivåhöjning på mer än en meter. Detta kan så småningom leda till kollapsen av hela den västantarktiska istäcket, och cirka 3,5 m havsnivåhöjning.

För närvarande, isförlust i utkanten av Antarktis kompenseras av ökad ackumulering av is genom snöfall i mitten av kontinenten. År 2070, dock, denna balans skulle inte längre vara möjlig, och kontinenten som helhet skulle förlora ismassa.

Utbredningen av sommarhavis skulle också minska med 50 %. Detta, kombinerat med ishylla kollapsar och jordade isförluster, skulle leda till en uppfräschning av den lokala havsytan, som skulle förändra havsströmmarna.

Havet i sig skulle också värmas upp till 2C från dagens nivåer, minskar dess förmåga att ta upp CO2 och gör att den globala uppvärmningen sker snabbare. Havets surhet skulle också nå en punkt där skalen från vissa havsdjur inte kan bildas ordentligt.

I kontrast, i bästa fall, Antarktis bidrag till havsnivån skulle bara vara cirka 6 cm vid en global stigning på cirka en halv meter , på grund av instabilitet i det västra antarktiska isarket som har varit irreversibelt sedan 2010.

Dock, många av de andra effekterna i regionen skulle vara betydligt mindre, och i vissa fall omvänd. Havet skulle inte uppleva någon betydande uppfräschning på grund av minskad havsisförlust och ishylla, lämnar cirkulationsmönster intakta.

Havet skulle också värmas mindre, med bara runt 0,7C, vilket innebär att det skulle behålla sin förmåga att absorbera CO2 och att surheten inte skulle vara på skadliga nivåer.

Mer detaljer om effekterna:mänsklig

Förutom de fysiska förändringarna i Antarktis, analysen tittade också på effekterna på ekosystem och direkta mänskliga effekter, som gruvdrift och turism. Dessa faktorer beror starkt på hur mycket internationell överenskommelse och samarbete det finns, särskilt när det gäller att skapa och tillämpa välinformerade bestämmelser.

Författarna säger att detta innebär att forskningsprogram behöver stödjas för att kunna fatta evidensbaserade beslut om den bästa vägen framåt. Om dessa bibehålls till 2070, och det internationella samfundet agerar tillsammans efter rekommendationerna, då kan de värsta effekterna undvikas.

Till exempel, utan strikta begränsningar för fiske, bestånden av regelbundet fångade arter kommer att minska dramatiskt. Som ett resultat, nya arter kommer att fiskas, och dessa kommer också att minska snabbt om regleringen inte kommer ikapp. Det kommer också att bli följdeffekter på populationerna av sjöfåglar och däggdjur, förändra hela ekosystemets struktur.

Det finns resurser i Antarktis som kan brytas, såsom kol och järnmalm, men nuvarande internationella överenskommelser förbjuder deras utvinning. Dock, år 2070 skulle regeringar med logistisk närvaro och kapacitet på kontinenten kunna vara mer intresserade av att dela upp resurserna, istället för att rädda hela miljön.

Med mindre is på land och hav, turismen kan också nå ohållbara nivåer – till exempel genom införandet av permanenta hotell. Turister kommer att ta med och sprida nya arter om det inte finns lämplig kontroll, och analysen förutspår att några av världens mest invasiva arter skulle få fäste 2070 i detta fall.