Il livello del mare è un indice molto sensibile del cambiamento climatico. Il riscaldamento globale ha infatti come conseguenza l'espansione termica degli oceani e l’aumento del deflusso di acqua dolce nel mare per lo scioglimento dei ghiacciai e delle calotte glaciali.
Il livello del mare è aumentato dagli anni cinquanta e il suo tasso di crescita sta accelerando. Negli ultimi quindici anni è stato circa il doppio dei decenni precedenti. L'espansione termica, ossia l‘aumento del volume di un liquido all’aumentare della temperatura, lo scioglimento dei ghiacciai e la perdita di massa dalle calotte continentali hanno contribuito ciascuna per circa un terzo dell’innalzamento osservato.
L'ingresso di acqua dolce negli oceani produce un ulteriore effetto sul livello del mare: riduce la salinità e quindi la densità dell'acqua marina, con effetti sulla circolazione oceanica che si riflettono su come il livello del mare varia da regione a regione.

Il cambiamento climatico in atto nella regione artica ha già avuto un effetto considerevole sul livello del mare, attraverso la diminuzione dalla calotta della Groenlandia, lo scioglimento dei ghiacciai in Alaska e alle Svalbard, il riscaldamento del Mar Glaciale Artico, lo scioglimento del permafrost in Siberia e l'aumento del flusso di acqua dolce dai fiumi artici.  La riduzione estiva della banchisa polare ha invece un effetto del tutto marginale. Questo perché il ghiaccio che si scioglie è galleggiante e quindi in equilibrio con il livello del mare.
Le osservazioni da terra, aereo e satellite mostrano che la calotta di ghiaccio della Groenlandia sta perdendo massa. Dall'equilibrio degli anni settanta e ottanta, quando il clima era più freddo di quanto non sia oggi, la perdita di ghiaccio è andata aumentato di circa 20 miliardi di tonnellate ogni anno.
Un terzo di questa perdita è causato da un aumento della fusione della superficie. Gli altri due terzi sono dovuti all’accelerazione del flusso dei ghiacciai che, scorrendo come fiumi, trasportano il ghiaccio verso l'oceano. La portata di questi "fiumi" aumenta in condizioni più calde.
Fino a poco tempo fa si pensava la causa principale dell’aumento del flusso fosse la fusione degli strati intermedi del ghiacciaio, che crea uno scivolo naturale per gli strati sovrastanti. Solo recentemente è stato compreso che il fenomeno più importante nell’accelerazione del flusso è la variazione di pressione che si verifica in prossimità dei fronti glaciali. All'aumentare della temperatura dell'aria e del mare il fronte dei ghiacciai si scioglie e si assottiglia, causando un arretramento del fronte stesso e riducendo la contropressione - o resistenza al flusso - sul ghiaccio interno. E' come rimuovere il tappo di una bottiglia: con questo meccanismo la velocità può aumentare ben oltre il 100-300% e più.

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