Przełomowe badanie lodowców Antarktyki ujawnia ukryte tajemnice

Pierwsze kompleksowe mapy spodu lodowca, utworzone przy użyciu autonomicznego pojazdu podwodnego, zapewniają wgląd w potencjalne przyszłe zmiany poziomu morza.

Międzynarodowy zespół badawczy wykorzystał autonomiczny pojazd podwodny Ran do stworzenia szczegółowych map spodu lodowca szelfowego Dotson na Antarktydzie. Ich odkrycia ujawniają nowe wzorce i cechy, które podważają wcześniejsze założenia dotyczące topnienia lodowców. Badanie to podkreśla znaczenie danych pod lodem dla przewidywania przyszłego wzrostu poziomu morza i wykazuje znaczny postęp w zrozumieniu złożoności szelfów lodowych.

Międzynarodowy zespół badawczy wykorzystał autonomiczny pojazd podwodny do zbadania lodowca na Antarktydzie, tworząc pierwsze szczegółowe mapy spodniej strony szelfu lodowego i odkrywając wskaźniki potencjalnego wzrostu poziomu morza.

Wyniki opublikowano w czasopiśmie Postęp nauki.

„Wcześniej korzystaliśmy z danych satelitarnych i rdzeni lodowych, aby obserwować zmiany szelfów lodowych w czasie” – wyjaśnia Anna Wåhlin, profesor oceanografii na Uniwersytecie w Göteborgu i główna autorka artykułu. „Wprowadzając łódź podwodną do jamy, byliśmy w stanie uzyskać mapy spodu lodu w wysokiej rozdzielczości. To trochę tak, jakby po raz pierwszy zobaczyć tył księżyca.

„Nasza zdolność przewidywania przyszłości globalnego wybrzeża na podstawie rosnącego poziomu mórz w ocieplającym się świecie w dużym stopniu zależy od danych, które uzyskujemy spod szelfów lodowych Antarktyki” – dodaje David Holland, profesor w Courant Institute of Mathematical Sciences na Uniwersytecie Nowojorskim i jeden z autorzy artykułu.

Wdrożenie i gromadzenie danych

Naukowcy zaprogramowali Ran, autonomiczny pojazd podwodny, aby zanurkował we wnękę lodowca szelfowego Dotson o grubości 350 metrów i zlokalizowaną w Antarktyce Zachodniej oraz skanował znajdujący się nad nim lód za pomocą zaawansowanego systemu sonarowego. Uważa się, że szelf lodowy Dotson ma potencjalnie duży wpływ na przyszły wzrost poziomu morza ze względu na jego rozmiar i lokalizację.

W ciągu 27 dni łódź podwodna przepłynęła ponad 1000 kilometrów (620 mil) tam i z powrotem pod lodowcem, docierając do jamy na głębokość 17 kilometrów (10,5 mil), aby uchwycić otaczające ją zjawiska.

Korzystając z danych zebranych przez Ran, naukowcy byli w stanie po raz pierwszy zmierzyć prądy pod lodowcem i udowodnić, dlaczego zachodnia część szelfu lodowego Dotson topi się tak szybko. Mapy Ran nie wykazały, co jest zaskakujące, że lodowiec topi się szybciej tam, gdzie silne prądy podwodne niszczą jego podstawę, a w szczególności topnieje bardzo intensywnie w pionowych pęknięciach rozciągających się przez lodowiec.

Jednak odkrycia ukazały również nowe wzorce na podstawie lodowca, które rodzą niepokojące pytania. Podstawa nie jest gładka, ale znajduje się tam lodowy krajobraz szczytowy i dolinowy z płaskowyżami i formacjami przypominającymi wydmy. Naukowcy sugerują, że mogły one powstać w wyniku płynącej wody pod wpływem obrotu Ziemi.

Implikacje ustaleń

„Obrót Ziemi ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia większości zjawisk w systemie klimatycznym, zwłaszcza huraganów i innych zjawisk pogodowych” – mówi Holland. „Wygląda na to, że te egzotyczne elementy pod lodem są również ściśle kontrolowane i kształtowane przez obrót Ziemi”.

„Mapy opracowane przez Ran stanowią ogromny postęp w naszym rozumieniu szelfów lodowych Antarktydy” – dodaje Karen Alley, glacjolog z Uniwersytetu w Manitobie i współautorka artykułu. „Mieliśmy wskazówki, jak złożone są podstawy szelfów lodowych, ale Ran odkrył szerszy i kompletny obraz niż kiedykolwiek wcześniej. Zdjęcia z podstawy szelfu lodowego Dotson pomagają nam zinterpretować i skalibrować to, co widzimy z satelitów”.

Większość prac terenowych dla Postęp nauki badanie przeprowadzono w 2022 r., kiedy Holland kierował zespołem, który instalował cumowanie pod lodowcem szelfowym. To innowacyjne przedsięwzięcie inżynieryjne polegało na wywierceniu w szelfie lodowym otworu o głębokości 3000 stóp i szerokości jednej stopy za pomocą wiertarki do gorącej wody. Cumowanie udało się zainstalować, zanim lód ponownie zamarzł, co umożliwiło naukowcom ciągłe gromadzenie danych z ostatnich dwóch lat i sporządzenie szeregu czasowego zmian w topnieniu na dnie szelfu lodowego.

„Po raz pierwszy połączyliśmy dane zebrane przez autonomiczny pojazd podwodny, pobierający próbki w jednym momencie, ale obejmujące duży obszar pod lodowcem szelfowym, z danymi z miejsca do cumowania, które zainstalowaliśmy za pomocą wiertarki do gorącej wody przez szelf lodowy, ” – zauważa Holland. „Te podwójne metody dostarczyły dane w jednym punkcie przestrzeni, ale rozciągnęły się w sposób ciągły w czasie” –

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” – podsumowuje Wåhlin. „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 większą szansę na znalezienie odpowiedzi”.

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

Badania zostały częściowo sfinansowane z grantów Narodowego Funduszu Nauki (164700, 511300, 511600, 529200, 919900).