Naukowcy wykorzystali łódź podwodną do sporządzenia mapy spodu lodowca szelfowego Dotson na Antarktydzie, ujawniając szybkie topnienie i niezwykłe wzorce, które przyczyniają się do zrozumienia wzrostu poziomu morza. Badania podkreślają potrzebę ulepszonych modeli predykcyjnych i dalszych badań w celu zrozumienia przyszłych zmian w dynamice szelfu lodowego.
Pierwsze szczegółowe mapy spodu pływającego szelfu lodowego na Antarktydzie odsłoniły kluczowe wskazówki dotyczące przyszłego wzrostu poziomu morza.
Międzynarodowy zespół badawczy – w skład którego wchodzili naukowcy z Uniwersytetu Anglii Wschodniej (UEA) – umieścił bezzałogową łódź podwodną pod lodowcem szelfowym Dotson w Antarktyce Zachodniej.
Pojazd podwodny, „Pobiegł”został zaprogramowany tak, aby zanurkować we wnękę lodowca szelfowego o grubości 350 metrów i skanować lód nad nim za pomocą zaawansowanego sonaru. W ciągu 27 dni łódź podwodna przepłynęła ponad 1000 kilometrów tam i z powrotem pod półką, docierając do jamy na głębokość 17 kilometrów.
Zrozumienie dynamiki szelfu lodowego
Szelf lodowy to masa lodu lodowcowego, zasilana z lądu przez lodowce dopływowe, która unosi się w morzu nad wnęką szelfu lodowego. Lodowiec szelfowy Dotson jest częścią pokrywy lodowej Antarktyki Zachodniej – i obok Lodowiec Thwaites – co uważa się za mające potencjalnie duży wpływ na przyszły wzrost poziomu morza ze względu na jego rozmiar i położenie.
Naukowcy przedstawiają swoje wnioski z tego wyjątkowego badania w nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Postęp nauki.
Odkryli pewne rzeczy zgodnie z oczekiwaniami, na przykład lodowiec topi się szybciej, gdy silne prądy podwodne powodują erozję jego podstawy. Korzystając z łodzi podwodnej, po raz pierwszy zmierzyli prądy pod lodowcem i udowodnili, dlaczego zachodnia część lodowca szelfowego Dotson topi się tak szybko. Znaleźli także dowody na bardzo wysokie topnienie w pionowych pęknięciach rozciągających się przez lodowiec.
Jednak zespół dostrzegł także nowe wzory na podstawie lodowca, co zrodziło pytania. Mapowanie wykazało, że podstawa nie jest gładka, ale występuje lodowy krajobraz szczytowy i dolinowy z płaskowyżami i formacjami przypominającymi wydmy. Naukowcy stawiają hipotezę, że mogły one powstać w wyniku płynącej wody pod wpływem obrotu Ziemi.
Wnioski z mapowania w wysokiej rozdzielczości
Główna autorka Anna Wåhlin, profesor oceanografii na Uniwersytecie w Göteborgu w Szwecji, powiedziała: „Wcześniej korzystaliśmy z danych satelitarnych i rdzeni lodowych, aby obserwować, jak zmieniają się szelfy lodowe w czasie. Wprowadzając łódź podwodną do jamy, udało nam się uzyskać mapy spodu lodu w wysokiej rozdzielczości. To trochę tak, jakby po raz pierwszy zobaczyć tył księżyca.
Wyprawa została przeprowadzona w rejonach dryfującego lodu na Antarktydzie Zachodniej w 2022 roku podczas rejsu badawczego na rzecz TARSAN projektu, wspólnej inicjatywy finansowanej przez USA i Wielką Brytanię, będącej częścią międzynarodowej współpracy na lodowcu Thwaites. W ramach projektu bada się, jak procesy atmosferyczne i oceaniczne wpływają na zachowanie szelfów lodowych Thwaites i Dotson – sąsiednich szelfów lodowych, które zachowują się odmiennie.
Współautor, dr Rob Hall ze Szkoły Nauk o Środowisku UEA, był współkierownikiem rejsu kamperem Nathaniel B Palmer, podczas którego prowadzono obserwacje od stycznia do marca 2022 r. Powiedział: „Anna i jej zespół z powodzeniem pilotowali autonomiczny pojazd podwodny „Pobiegł” ponad 1000 km pod lodowcem szelfowym Dotson, zbierając ogromny zakres danych i próbek, których przetwarzanie i analiza zajmie kilka lat.
„Niesamowicie wysokiej rozdzielczości obrazy spodu szelfu lodowego są wisienką na torcie i otworzą zupełnie nową drogę badań naukowych”.
Znaczenie topniejących szelfów lodowych
Prof Karen Heywood, również z UEA i współautorka, jest głównym brytyjskim naukowcem w projekcie TARSAN. Powiedziała: „Praca nad tym projektem była niezwykle ekscytująca. Kiedy Anna przesłała pierwsze zdjęcia spodu lodowca szelfowego Dotson, byliśmy zachwyceni – nikt wcześniej czegoś takiego nie widział. Ale byliśmy też zaskoczeni – w lodzie pojawiły się pęknięcia i zawirowania, których się nie spodziewaliśmy. To wyglądało bardziej jak sztuka!
„Zastanawialiśmy się, co może być tego przyczyną. Wszyscy glacjolodzy i oceanografowie biorący udział w projekcie TARSAN zebrali się, aby przeprowadzić burzę mózgów na temat pomysłów. To było jak praca detektywa – wykorzystanie podstaw fizyki oceanów do sprawdzenia teorii pod kątem kształtu i wielkości wzorów pod lodem. Po raz pierwszy udało nam się pokazać niektóre procesy topiące dolną część szelfów lodowych.
Profesor Heywood dodał: „Te szelfy lodowe już unoszą się na morzu, więc ich topnienie nie ma bezpośredniego wpływu na poziom morza. Jednak ostatecznie topnienie szelfów lodowych powoduje, że lodowce na lądzie położonym dalej w górę rzeki płyną szybciej i ulegają destabilizacji, co w rzeczywistości prowadzi do podniesienia się poziomu morza, więc te nowe obserwacje pomogą społeczności twórców modeli lodowych zmniejszyć dużą niepewność co do przyszłych poziomów mórz. ”
Naukowcy zdają sobie teraz sprawę, że w przyszłych misjach badawczych pod lodowcami pozostaje jeszcze wiele procesów do odkrycia.
„Mapowanie dostarczyło nam nowych danych, którym musimy przyjrzeć się bliżej. Jest oczywiste, że wiele wcześniejszych założeń dotyczących topnienia spodu lodowców jest nieprawdziwych. Obecne modele nie są w stanie wyjaśnić złożonych wzorców, które widzimy. Ale dzięki tej metodzie mamy większe szanse na znalezienie odpowiedzi” – powiedział profesor Wåhlin.
„Potrzebne są lepsze modele, aby przewidzieć, jak szybko szelfy lodowe będą się topić w przyszłości. Współpraca oceanografów i glacjologów, łącząc teledetekcję z danymi z pola oceanograficznego, jest ekscytująca. Jest to potrzebne, aby zrozumieć zachodzące zmiany glacjologiczne – siła napędowa tkwi w oceanie”.
W styczniu 2024 roku grupa wróciła z Pobiegł do Dotson Ice Shelf w celu powtórzenia badań w nadziei udokumentowania zmian. Jednak wcześniej udało im się ukończyć tylko jedno nurkowanie Pobiegł zniknął pod lodem.
„Chociaż odzyskaliśmy cenne dane, nie uzyskaliśmy wszystkiego, na co liczyliśmy” – powiedział profesor Wåhlin. „Te postępy naukowe były możliwe dzięki wyjątkowemu pojazdowi podwodnemu Pobiegł był. Badania te są potrzebne, aby zrozumieć przyszłość pokrywy lodowej Antarktydy i mamy nadzieję, że uda nam się ją zastąpić Pobiegł i kontynuować tę ważną pracę.”
Odniesienie: „Wiry i czerpaki: topnienie podstawy lodu ujawnione na podstawie wielowiązkowych zdjęć szelfu lodowego Antarktyki”: Anna Wåhlin, Karen E. Alley, Carolyn Begeman, Øyvind Hegrenæs, Xiaohan Yuan, Alastair GC Graham, Kelly Hogan, Peter ED Davis, Tiago S. Dotto, Clare Eayrs, Robert A. Hall, David M. Holland, Tae Wan Kim, Robert D. Larter, Li Ling, Atsuhiro Muto, Erin C. Pettit, Britney E. Schmidt, Tasha Snow, Filip Stedt, Peter M. Washam, Stina Wahlgren, Christian Wild, Julia Wellner, Yixi Zheng i Karen J. Heywood, 31 lipca 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adn9188
