Ekstremt feltarbejde, droner, klimamodellering giver ny indsigt om Grønlands smeltende indlandsis

En ny UCLA-ledet undersøgelse forstærker vigtigheden af ​​samarbejde i vurderingen af ​​virkningerne af klimaændringer.

Forskningen, offentliggjort i dag i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences , giver ny indsigt om hidtil ukendte faktorer, der påvirker Grønlands smeltende indlandsis, og det kan i sidste ende hjælpe videnskabsmænd mere præcist at forudsige, hvordan fænomenet kan få havniveauet til at stige.

Grønland er den største enkeltstående smeltende indlandsis med hensyn til afstrømning af smeltevand, der bidrager til stigende havniveauer - og mindst halvdelen af ​​havniveaustigningen fra Grønland kommer fra smeltende is, sagde Laurence C. Smith, en UCLA professor i geografi. (Det er endnu mere end mængden forårsaget af iskalvning, når store isblokke adskilles fra indlandsisen, danner isbjerge, som til sidst smelter i havet.)

Siden 2012 har et team ledet af Smith har besøgt Grønlands indlandsis flere gange, ved hjælp af satellitter, droner og sofistikerede sensorer til at spore strømningshastigheder af smeltevandsfloder på toppen af ​​gletsjerne, og kortlægge deres vandskel, som omfatter overfladearealerne mellem floderne.

I 2015 Smith og en gruppe af UCLA-kandidatstuderende og samarbejdspartnere fokuserede på et 27 kvadratkilometer langt vandskel, og de opdagede en vigtig proces, som tidligere var blevet udeladt af klimamodelberegninger. Noget af smeltevandet fra søerne og floderne på toppen af ​​regionens gletsjere, som ender i store synkehuller kaldet "moulins" og tønde ned gennem gletsjeren, bliver opbevaret og fanget på toppen af ​​gletsjeren inde i en lav tæthed, porøs "rådden is".

"Vores er den første uafhængige dataindsamlingsindsats til direkte at måle hastighederne på smeltevandsafstrømning fra toppen af ​​isen, "Sagde Smith. Teamets forskning blev finansieret af NASA." Forskere, inklusive os, har forsøgt at indsamle information ved hjælp af strømme fra kanten af ​​isen, men disse målinger er problematiske for at teste klimamodeller."

Smiths team fandt en uoverensstemmelse mellem deres data og beregningerne af smeltevandsafstrømning fra fem klimamodeller. Disse modellers estimater var 21 til 58 procent højere end hvad Smiths hold målte på isen.

Så Smith inviterede forskerne, der skabte disse modeller, til at samarbejde med ham. Sammen, de tjekkede realtidsstatistikker fra vejrstationer på isen for at bekræfte, at dataene i klimamodellerne var korrekte-og de fandt modellernes beregninger nøjagtige. Hvilket betød, at smeltevandets rejse over isoverfladen var mere kompleks end tidligere antaget:Forskerne erkendte, at inden vandet passerer gennem isen via moulins, det kan samle sig, sidde på ubestemt tid eller genfryse i porøs is ved overfladen, sagde Smith.

"Efter at have elimineret alle andre muligheder, vi udledte, at uenigheden i vores data skyldes, at sollys trænger ind i isen, forårsager smeltning under overfladen og lagring af smeltevand, sagde Dirk van As, medforfatter til undersøgelsen og seniorforsker ved Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse. "Og nu ved vi, at dette sker i de højere områder af den bare iszone, der dækker store områder af indlandsisen.

"Vi ved nu, at beregning af smeltevandsretention i porøs is på en eller anden måde bør inkluderes, " han sagde.

For at måle flodens udledning på isen, Smith og hans hold tilpassede en teknik, der normalt bruges på land. Arbejde på skift, de indsamlede data hver time, døgnet rundt, i tre dage i juli 2015, trodser kulden, vind og 20 timer om dagen med brændende solskin. Forskerne brugte sikkerhedsudstyr til at forankre sig til isen og beskytte sig mod det hurtige vand, der strømmer ind i farlige moulins, hvor overfladevand styrter ned i indlandsisen.

Blandt de mange logistiske udfordringer var at bestemme, hvordan man opsætter udstyr til at måle flodstrømmen på en måde, så forskerne ikke behøvede at være placeret på begge sider af en flod.

"Medmindre du har en helikopter, du kan ikke stationere folk på begge sider af en stor flod på toppen af ​​isen, "sagde Lincoln Pitcher, en UCLA doktorand i geografi, som fandt ud af en måde at holde sensorer på plads efter forsøg og fejl på land og is. De havde brug for at komme med et stabilt og stærkt system, der ville forblive på plads, selvom isoverfladen omkring dem smeltede.

Studie medforfatter, Asa Rennermalm, professor i geografi ved Rutgers University-New Brunswick var en del af feltholdet.

"Vi brugte en enhed kaldet en Acoustic Doppler Current Profiler, som sporer udladning baseret på lyd, " sagde hun. "Vi fastgjorde den til en flydende platform, og derefter fastgjort det til reb, som var fastgjort til pæle på hver side af isfloden. Vi flyttede platformen frem og tilbage over floden hver time i 72 timer. Det har ingen nogensinde gjort før på den grønlandske indlandsis."

Van As sagde, at projektet beviste, at en kombination af ekspertise fra flere discipliner - blandt andet meteorologi, oceanografi og hydrologi (studiet af vandets egenskaber og bevægelse over land) - er afgørende for fuldt ud at forstå, hvordan gletsjere og iskapper reagerer på klimasystemet.

"Det er vigtigt, at hydrologer som Larry bringer deres omfattende viden ind på glaciologiområdet, bruge tilgange, der er nye for vores disciplin, " han sagde.

Generelt, glaciologer er ikke vant til at tænke på vandskel på toppen af ​​isen, sagde Smith. De uregelmæssigheder, som disse vandskel bibringer med hensyn til timingen og mængden af ​​smeltevand, der trænger ind i isen, er i øjeblikket ikke taget i betragtning i geofysiske modeller for "isdynamik, " betyder hastigheden og det rumlige mønster af glidende glacialis, når den bevæger sig mod havet.

"Vi tager det meget modne område af jordoverfladehydrologi, som omhandler flodstrømning og vandskel på land, og påføre det på indlandsisen, som typisk har været geofysikkens videnskabelige domæne, " sagde han. "Vi er nødt til at låne fra hydrologi, fordi isoverfladen bliver mere et hydrologisk fænomen. Og vi kan tage disse værktøjer fra en anden disciplin og anvende dem og faktisk få et konceptuelt gennembrud."

Smith og hans team arbejder nu på en undersøgelse baseret på data fra en tur til Grønland i 2016, da de tilbragte en uge at spore vandområder og grave i den rådne is.

Ledet af UCLA -kandidatstuderende Matthew Cooper, forskerne forsøger bedre at forklare, hvordan rådden is fanger vand. De har sporet den rådne is til en dybde på næsten 3 fod under overfladen - et fund, der kan hjælpe forskere, der udvikler klimamodeller, til bedre at forstå, hvordan iskapper taber masse.

En del af Smiths mission i Grønland er at styrke en ny generation af hydrologer, der er ivrige efter at være med i frontlinjen for at spore globale klimaændringer.

"Klimaforandringer er ikke fjerne nyheder for mig længere, " sagde Kang Yang, en tidligere UCLA postdoc, som var en del af feltholdet til denne undersøgelse. Nu professor ved Kinas Nanjing University, Yang vil fortsat arbejde sammen med Smith om at kortlægge floderne på Grønlands indlandsis.