Naukowcy odkryli nowy mechanizm powstawania warstw lodu w pokrywach lodowych, co usprawnia przewidywania wpływu wody roztopowej na wzrost poziomu morza. Odkrycia podkreślają złożoną interakcję między przepływem wody roztopowej a zamarzaniem w porowatym firnie pokryw lodowych.
Niedawno zidentyfikowany proces regulujący przepływ i zamarzanie wody roztopowej z pokryw lodowych może pomóc w przewidywaniu globalnego wzrostu poziomu morza.
Naukowcy z Uniwersytetu Teksasu w Austin we współpracy z NASALaboratorium Napędów Odrzutowych (JPL) oraz Służba Geologiczna Danii i Grenlandii (GEUS) odkryły nowy mechanizm wyjaśniający proces tworzenia się nieprzepuszczalnych poziomych warstw lodu pod powierzchnią, co jest procesem krytycznym dla określenia udziału wody roztopowej z pokrywy lodowej we wzroście poziomu morza.
Praca Mohammada Afzala Shadaba, absolwenta Instytutu Inżynierii Obliczeniowej i Nauk Oden na Uniwersytecie UT, została opublikowana w czasopiśmie: Listy z badań geofizycznych. Shadab był nadzorowany przez współautorów badania Marca Hesse i Cyrila Grimę z Jackson School of Geosciences na Uniwersytecie Kalifornijskim.
Rola Firnu w pokrywach lodowych
Dwa największe na świecie zbiorniki słodkiej wody, pokrywy lodowe Grenlandii i Antarktydy, są pokryte starym śniegiem, zwanym firnem, który nie został jeszcze sprasowany w stały lód. Ponieważ firn jest porowaty, stopiony śnieg może spływać do firnu i ponownie zamarzać, zamiast spływać do morza. Uważa się, że proces ten zmniejsza odpływ wody roztopowej o około połowę.
Możliwe jest jednak również utworzenie nieprzepuszczalnych warstw lodu, które mogą służyć jako bariery dla wody roztopowej i kierować ją do morza, powiedział Shadab.
„Więc zdarzają się przypadki, gdy te warstwy lodu w firnach przyspieszają spływanie wód roztopowych do oceanów” – powiedział.
Nowe zrozumienie powstawania warstwy lodowej
Zdaniem naukowców zdolność wody roztopionej lodowców do zamarzania w firnach lub spływania z istniejących barier lodowych sprawia, że zrozumienie dynamiki zamarzania w warstwie jodły stanowi ważny element szacowania wzrostu poziomu morza. Poprzednie prace nad firnem w górach, które również zawierają warstwy lodu, wykazały, że warstwy te powstają, gdy woda deszczowa gromadzi się w starszych warstwach firnu, a następnie ponownie zamarza. Jednak według Hessego wydawało się, że nie działa to w ten sposób w przypadku pokryw lodowych.
„Kiedy spojrzeliśmy na dane z Grenlandii, rzeczywista ilość wytwarzanego stopu, nawet w przypadku ekstremalnego stopienia, nie wystarcza do wytworzenia stawów” – stwierdził Hesse. „I właśnie w tym miejscu badanie ujawniło nowy mechanizm tworzenia się warstwy lodu”.
Nowe badania przedstawiają powstawanie warstwy lodu jako konkurencję między dwoma procesami: cieplejszą wodą roztopową spływającą przez porowatą firn (adwekcja) i zimnym lodem zamrażającym wodę w miejscu poprzez przewodzenie ciepła. Głębokość, na której przewodzenie ciepła zaczyna dominować nad adwekcją ciepła, określa miejsce, w którym tworzy się nowa warstwa lodu.
„Teraz, gdy znamy fizykę powstawania tych warstw lodu, będziemy w stanie lepiej przewidzieć zdolność firnu do zatrzymywania wody roztopowej” – powiedziała współautorka badania Surendra Adhikari, geofizyk z JPL.
Anja Rutishauser, była badaczka ze stażem podoktorskim na UT, obecnie pracująca w GEUS, jest również współautorką badania.
Walidacja modelu
Aby ustalić prawdę o tym nowym mechanizmie, badacze porównali swoje modele ze zbiorem danych zebranym w 2016 r., w ramach którego naukowcy wykopali dziurę w firnie grenlandzkiej i wyposażyli ją w termometry i radary umożliwiające pomiar ruchu wody roztopowej. Podczas gdy poprzednie modele hydrologiczne odbiegały od pomiarów, nowy mechanizm skutecznie odzwierciedla obserwacje.
Nieoczekiwanym odkryciem nowych prac było to, że położenie warstw lodu może służyć jako zapis warunków termicznych, w jakich powstały.
„W scenariuszu ocieplenia odkryliśmy, że warstwy lodu tworzą się coraz głębiej w firn, chronologicznie, z góry na dół” – powiedział Shadab. „A w chłodniejszych warunkach warstwy lodu tworzą się bliżej powierzchni w scenariuszu oddolnym”.
Obecnie ilość wody wpływającej do morza z Grenlandii przekracza obecnie Antarktydę i wynosi około 270 miliardów ton rocznie w porównaniu do 140 miliardów ton na Antarktydzie. Razem to ponad dwa i pół wartości Lake Tahoe rocznie. Jednak przyszłe przewidywania dotyczące tego, w jakim stopniu obie pokrywy lodowe przyczynią się do wzrostu poziomu morza, są bardzo zmienne i wahają się od 5 do 55 centymetrów do 2100 r. Nie jest też jasne, że warstwy lodu odgrywają kluczową, jak dotąd słabo poznaną rolę.
„W rzeczywistości sytuacja jest znacznie bardziej złożona niż to, co uchwyciły istniejące modele” – powiedział Adhikari. „Jeśli naprawdę chcemy ulepszyć nasze przewidywania, to właśnie w tym miejscu naprawdę podnosimy poziom wiedzy”.
Odniesienie: „A Mechanizm tworzenia warstwy lodu w firnach lodowcowych” Mohammada Afzala Shadaba, Surendry Adhikari, Anji Rutishauser, Cyrila Grimy i Marca Andre Hesse, 1 sierpnia 2024 r., Listy z badań geofizycznych.
DOI: 10.1029/2024GL109893
