GRACE-FO:Knækker en kold sag

Rapporter om den hurtigt smeltende vestantarktiske iskappe refererer ofte til, hvor meget smeltningen kan øge de globale havniveauer - som om smeltevand hæver havet jævnt, som en vask, der fyldes op. Virkeligheden er meget anderledes. Vand fra Vestantarktis vil ende med at hæve havniveauet mere i Los Angeles og Miami end i Rio de Janeiro, for eksempel, selvom Brasilien er tusindvis af kilometer tættere på Antarktis end USA.

Hvordan ved vi det? Forskere observerede først dette havmønster ved hjælp af data fra NASAs Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellitmission, som sluttede i oktober sidste år efter 15 års drift. Når NASA/German Research Center for Geosciences GRACE Follow-On (GRACE-FO) mission lanceres fra Vandenberg Air Force Base i det centrale Californien i næste måned, det vil tage opgaven med at overvåge smeltende polar is. Det vil give forskerne en fornyet mulighed for at forstå nogle af de mange processer, der fører til forskellige havniveaustigninger på forskellige kyster. Da afstrømning fra smeltende iskapper og gletsjere i øjeblikket tegner sig for omkring to tredjedele af den globale havniveaustigning, forståelsen af ​​disse smelterelaterede processer er en kritisk del af forståelsen af ​​havniveauændringer på regionalt plan.

Indlandsisens tyngdekraft tiltrækker havvand fra de nærliggende oceaner og får det til at hobe sig op langs kystlinjerne. Når iskappen smelter og taber masse, tyngdekraften reduceres, får havniveauet i nærheden til at falde. På samme tid, det ekstra smeltevand i havet forårsager havniveaustigning - men det stiger længere væk fra smeltekilden. Det faldende havniveau nær indlandsisen og stigende havniveau længere væk hænger sammen som de stigende og faldende ender af en vippe. Da hver indlandsis og gletsjer har en unik placering og størrelse, hver enkelt skaber et forskelligt vippemønster, lige så individuelt som et fingeraftryk.

Forskere havde en teori om, at disse fingeraftryksmønstre eksisterede, men opdagede dem kun observationsmæssigt for første gang i september 2017 ved hjælp af GRACE-data.

Fingeraftrykkene fra Grønland og Antarktis når hen over ækvator, således at landmasser på lav og mellem breddegrad påvirkes af afsmeltning fra begge regioner. Disse kystlinjer kan blive kraftigere påvirket af istabet på den modsatte halvkugle. New York City, for eksempel, oplever lidt mere havstigning fra isafsmeltning i Antarktis end fra Grønland. Eller for et ekstremt eksempel, Grønlands istab anslås i øjeblikket at bidrage 12 gange så meget til havniveaustigningen i Cape Town, Sydafrika, end det er for stigende hav i London, selvom London er 8, 000 miles tættere på Grønland.

Sådan fungerer GRACE-FO

GRACE-FO, ligesom GRACE, er designet til at måle månedlige ændringer i tyngdekraften, der skyldes ændringer i massen på Jorden under de kredsende satellitter. Mere end 99 procent af Jordens gennemsnitlige tyngdekraft ændrer sig ikke fra den ene måned til den anden, fordi det skyldes selve den faste Jord – dens overflade og indre. Vand, imidlertid, bevæger sig konstant næsten overalt:regn falder, havstrømme flyder, isen smelter og så videre. Mens de to GRACE-FO-satellitter kredser om Jorden, den ene følger den anden tæt, disse bevægelige masser ændrer tyngdekraften under de to satellitter, ændrer afstanden mellem dem meget lidt. Registreringen af ​​disse ændringer analyseres for at skabe månedlige kort over variationerne og omfordelingen af ​​Jordens masse nær overfladen.

Aftryk under jordens overflade

En anden effekt af den skiftende masse fra smeltende is involverer ikke kun nyligt istab, men afsmeltningen på kontinental skala, der endte omkring 6, 000 år siden. Den ældgamle begivenhed har stadig konsekvenser for havniveauet på nutidens kyststrækninger.

Frank Webb fra NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, projektforsker for GRACE-FO, brugte analogien af ​​memory foam til at beskrive denne effekt. "Når du ligger på en memory foam seng, du synker ned i det. Når du står op, det går igen, langsomt. Der kan være en lille bule rundt om, hvor du lå." På samme måde, en iskappe presser på Jordens tyktflydende kappelag, omkring 50 miles under overfladen. I løbet af årtusinder, den tunge is presser overfladelaget ned i kappen, og kappemateriale buler ud andre steder. Når en indlandsis smelter, kappen flyder tilbage i den modsatte retning, i en proces, der udspiller sig i årtusinder efter isen er forsvundet.

Den nordamerikanske tektoniske plade er stadig på vej tilbage efter tabet af masse i slutningen af ​​den sidste istid. På det tidspunkt, Nutidens Canada og Grønland blev begravet under tyk is, mens det meste af det, der nu er USA, forblev isfrit. Kappen flød væk fra under Canada og bulede under USA. I dag, når strømmen bevæger sig i den modsatte retning, den amerikanske side af den nordamerikanske plade synker meget langsomt, og Canada stiger.

Selvom der ikke var andre ændringer i dagens oceaner, disse op-og-ned-bevægelser af den faste Jord ville få havniveauet til at ændre sig på nutidens amerikanske østkyst. Som det er, de tilføjer eller modvirker andre påvirkninger på havniveauet.

Bundlinjen

Siden den oprindelige GRACE-mission blev lanceret i 2002, dets målinger har vist, at Grønland i gennemsnit har mistet omkring 280 gigaton is om året, og antarktiske tab er med en hastighed på næsten 120 gigaton om året. (Et gigaton vand ville fylde omkring 400, 000 svømmebassiner i olympisk størrelse.) Dataene viste også, at tabshastigheden steg fra 2003 til 2013 med omkring 25 gigaton om året hvert år i Grønland, og 11 gigaton om året hvert år i Antarktis. Selvom der er betydelig usikkerhed, målingerne fra GRACE i løbet af de sidste 15 år efterlader forskere og planlæggere bekymrede over, at havniveaustigningen vil blive målt i fod frem for tommer ved udgangen af ​​århundredet.

Kombineret, disse andre effekter fra gravitationsændringer, når isen smelter i Grønland og Antarktis, kan tilføje eller trække 25 til 50 procent fra en regional ændring i havniveau forårsaget af smeltende is alene.

Der er stadig spørgsmål om alle disse processer. For eksempel, hvor meget naturlig variation er der i hastigheden af ​​istab, som vi i øjeblikket observerer? Hvordan interagerer istab i nogle regioner med naturlige klimamønstre såsom El Niño? Mens 15 år med høj kvalitet, globale og næsten uafbrudte data fra GRACE har allerede produceret et væld af opdagelser, den længere dataregistrering fra GRACE-FO er afgørende for at pirre signalet om langsigtet klimaudvikling fra kortsigtede effekter af disse tilbagevendende klimamønstre.