Reframing Antarktis smeltevandsdam farer for ishylder og havniveau

Farer for oldtidens Antarktis is varsler en fremtid med hastigt stigende have, men en ny undersøgelse kan afhjælpe en nagende frygt:at damme af smeltevand, der sprænger isen under dem, kan forårsage langvarige kædereaktioner, der uventet kollapser flydende ishylder. Selvom poolet smeltevand knækker is, deraf følgende kædereaktioner forekommer kortvarige.

Stadig, massive stigninger i overfladesmeltning på grund af usædvanligt varmt vejr kan udløse katastrofale ishyldekollapser som på den ikoniske hylde "Larsen B, " som gik i stykker i 2002. Nu, en undersøgelse ledet af en forsker ved Georgia Institute of Technology har modelleret frakturkædereaktioner og hvor meget vand det ville tage for en gentagelse af det sjældne, episk sammenbrud.

Forud for Larsen B's opløsning kom en atypisk hedebølge, der fyldte den med smeltevandsdamme, fokuserer forskernes opmærksomhed på damfrakturering, også kaldet hydrofrakturering. De opdagede, at en smeltedam, der hydrofrakturer ishylden, kan få nabodamme til at gøre det samme. Bekymringerne for mulige omfattende kædereaktioner voksede, som den nye undersøgelse omhandlede.

For meget smeltevand

"Kædereaktionerne vil ikke sprede sig så langt på ishylden, " sagde Alex Robel, en assisterende professor ved Georgia Tech's School of Earth and Atmospheric Sciences. "Normalt, det ville tage mange år, før kædereaktionerne havde en effekt på ishyldernes integritet. Men der er en advarsel. Damme, der er tæt på hinanden og vokser hurtigt dybere, kan ødelægge isens integritet."

"Der er en hastighedsgrænse i undersøgelsen, der viser, at en ishylde ikke kan kollapse latterligt hurtigt, " sagde medforfatter Alison Banwell, en glaciologiforsker ved University of Colorado Boulder. "Imidlertid, hvis det bliver så dækket af smeltevandsdamme meget hurtigt, som Larsen B var, det kan kollapse på lignende måde." Hun tilføjede, "Flere hydrofrakturkæder, der stammer fra forskellige områder af en ishylde, kan også føre til en opbrud af ishylden i større skala."

Forskerne offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve den 24. oktober, 2019. Forskningen er finansieret af National Science Foundation og Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences på CU Boulder. En ubeslægtet, nyere undersøgelse rapporterede et rekordstort antal smeltevandsdamme på Antarktis.

"I øjeblikket er der ikke nær nok damme på nogen ishylde til en gentagelse af Larsen B, men meget smeltevand tynger ishylderne og bidrager til skade på dem, " sagde Banwell, som hjalp pionerer i hydrofrakturforskning på ishylder.

Spørgsmål og svar

Ødelagte ishylder i sig selv tilføjer ikke meget til havniveauet. Så, hvorfor bekymre sig?

Ishylder flyder i havet, hvor de allerede bidrager til havniveauet, så når de går i stykker eller smelter, de føjer ikke meget mere til det. Men mange ishylder skubber tilbage mod gletsjere på landjorden, der kører op ad havets overflade, når de kommer ind i havet.

Med hylden væk, hastigheden af ​​gletsjerstrømmen kan springe fire til ti gange. Det var glaciologerne ikke klar over, før Larsen B, som var en kilometer (0,62 miles) tyk med en overflade på 3, 250 kvadratkilometer (1, 250 kvadratkilometer), splintrede inden for uger, og gletsjerstrømmen bag den steg.

"Vores forskningsfelt mente, at ishylder ikke var for vigtige, så viste Larsen B os, at det var forkert. Støbning af ishylder er virkelig det, der stabiliserer gletsjerne. Få problemer er mere væsentlige end dem, som denne undersøgelse behandler, " sagde Brent Minchew, en assisterende professor i geofysik ved Massachusetts Institute of Technology.

Minchew var ikke involveret i undersøgelsen, men medpublicerede for nylig en anden undersøgelse, der relaterer til den. MIT-undersøgelsen udelukker et absolut mareridtsagtigt scenarie med hurtig gletscherbrud på grund af ishyldernes forsvinden. Men han og de andre forskere gentog, at gletsjerstrømmen ikke desto mindre accelererer slående, når ishylderne forsvinder.

Også, de fleste antarktiske ishylder er formentlig dannet i den sidste istid, og det kunne tage endnu en istid at erstatte dem.

Hvordan virker hydrofrakturering, og hvordan modellerede undersøgelsen dens virkninger?

Når smeltevandsdamme oven på sprækker i isen bliver tunge, de kan hydrofraktere isen.

"Vandtrykket koncentreres ned til et punkt kaldet en revnespids. Det forsøger at skubbe revnen fra hinanden og gøre den dybere, og isen skubber tilbage. Når vandet bliver dybt nok, det kan vinde ud og forplante revnen til bunden af ​​ishylden, " sagde Robel.

Vandet løber ned i revnen, ud i havet, så hopper isen op igen, lave nye revner, der kan få nabodamme til at hydrofracturere, også. Undersøgelsen viste, at dette kun ville omfatte et lille antal damme.

Praktisk for Robel, der udforsker isdynamikken med matematik, fysik, og datalogi, som ishylder dannes, regimentede matricer af overfladebuler forekommer i dem, og det er der, dammene samles.

Robel kunne anvende computervidenskabelige modeller kaldet cellulære automater - kendt fra pixelerede matrix-lignende videospil - til at modellere hydrofrakturkædereaktioner. Modellen udsender endda animationer, som forskerne kaldte "minestryger-plot" efter det klassiske computerspil fra 1990'erne.

Betyder undersøgelsen, at der er mindre fare end før for, at gletsjerstrømmen accelererer?

Ingen, undersøgelsen tilføjer blot videnskabelig viden, og faktisk, strømmen af ​​nogle gletsjere på Antarktis er allerede blevet meget hurtigere.

"Måske er denne mekanisme ikke noget, vi skal bekymre os så meget om. Men vi bør ikke ånde lettet op, for der er masser af andre måder at få en hel masse is ud af Vestantarktis hurtigt, " sagde Minchew.

Måske er det største potentiale for gletschertab ustabilitet, hvor gletschere hviler på jorden ved siden af ​​havvand. En undersøgelse, som Robel offentliggjorde i juli, forudsagde, at ustabilitet med stor sandsynlighed ville fremskynde havniveaustigningen.

Hvordan hjælper denne undersøgelse med at fremme gletscherforskningen?

Det gør det nemmere at lede efter varsler om ishyldeskader.

"At se på mængden af ​​vand på overfladen af ​​isen er meget lettere end at se efter stressfejl i isen, " sagde Banwell, som vil besøge Antarktis i november for at studere smeltedamme på George IV ishylden.