CryoSat afslører overraskende ebbe og flod af subglaciale søer

Skjult af isen af ​​kilometer tyk, der er et stort netværk af søer og vandløb ved bunden af ​​den antarktiske iskappe. Dette underjordiske smeltevand påvirker den hastighed, hvormed iskappen strømmer mod havet. Ved at bruge et årti med højdemålingsdata fra ESA's CryoSat-satellit, forskere har gjort en uventet opdagelse om, hvordan søer under Thwaites-gletsjeren er blevet drænet og genopladet i hurtig rækkefølge.

Smeltevand ved isens underliv er ikke kun et resultat af friktionsopvarmning, når isen flyder over grundfjeldet, men også af varme, kaldet geotermisk varme, kommer nede fra grundfjeldet. Mål for geotermisk varmeflux i Antarktis er særligt vanskelige at opnå, og der er store forskelle mellem de forskellige nuværende skøn.

Smeltevand under isen kan derfor angive grundfjeldets tilstand og graden af ​​geotermisk flux. Dette er vigtigt, fordi de begge påvirker den hastighed, isen flyder og dræner ud i havet.

Når dette basale smeltevand når havet, danner det flydende smeltevandsfaner, som driver en underiscirkulation, der bringer varmt dybt havvand i kontakt med isen og får isen til at smelte endnu mere.

Selvom dette subglaciale netværk er skjult af kilometer-tyk is, bevægelsen af ​​smeltevand dybt nede forårsager små bevægelser på overfladen af ​​isen, hvilken, bemærkelsesværdigt, kan detekteres og overvåges fra rummet.

Et papir udgivet for nylig i Geofysiske forskningsbreve beskriver, hvordan et årti med radarhøjdemåling er blevet brugt til at afsløre et netværk af fire subglaciale søer, under Thwaites-gletsjeren.

120 km bred, Thwaites er den største gletscher på jorden og en af ​​de mest skrøbelige gletsjere i Antarktis. Det er, derfor, emnet for megen international forskning gennem UK National Environment Research Council NERC/US National Science Foundation (NSF) International Thwaites Glacier Collaboration og ESA's 4-D Antarctica-projekt.

ESA's Diego Fernandez, leder af Earth Observation Science Section og fører tilsyn med 4-D Antarctica-projektet, sagde, "Projektet samler flere års forskning fra forskellige hold for at danne en ny omfattende vurdering af de hydrologiske processer i Antarktis indlandsis - fra litosfæren og det subglaciale miljø til overfladesmeltningsprocessen.

"Dette vil helt sikkert bidrage til at etablere et robust videnskabeligt grundlag for at udvikle en digital tvilling fra Antarktis i fremtiden."

Ved at bruge mere end 10 års højdemålingsdata fra ESA's CryoSat-satellit, forskere har opdaget, at søerne under Thwaites, hvoraf den største er over 40 km lang, drænet hurtigt efter hinanden, i 2013 og derefter i 2017.

Denne form for tilbagevendende dræning under Thwaites er aldrig før blevet registreret.

Forskere vurderer, at dræningshastigheden toppede med omkring 500 kubikmeter i sekundet - muligvis den største udstrømning af smeltevand, der nogensinde er rapporteret fra subglaciale søer i denne region.

Denne tophastighed er omkring otte gange hurtigere end Themsen i England, der i gennemsnit udleder til Nordsøen.

George Malczyk, hovedforfatter fra University of Edinburgh i Storbritannien, sagde, "Vi brugte CryoSat til at vise en periode med søaktivitet kun fire år efter den forrige dræningsbegivenhed i 2013.

"Men det interessante ved denne anden dræningsbegivenhed er, hvor forskellig den er fra den første, med en hurtigere overførsel af vand og øget vandudledning. Vores observationer fremhæver, at der var potentielt betydelige ændringer af det subglaciale system mellem disse to begivenheder."

Mellem 2013 og 2017 forskerne kan se, at søerne genoplades.

At forbinde disse observationer med basalt smeltevand, der strømmer ind i søen gennem et netværk af basale kanaler, gav for første gang, et skøn over smeltehastigheden ved bunden af ​​iskappen. Ved at sammenligne disse satser med modellerede estimater, forskerne var i stand til at påvise, at modeller undervurderer basal smeltning under denne region af Thwaites med næsten 150 %.

Disse resultater vil hjælpe med at vurdere og begrænse modeller og, på tur, forbedre repræsentationen af ​​indlandsissystemet, og bedre projektere dens udvikling.

Noel Gourmelen, også fra University of Edinburgh, sagde, "Det, der finder sted under indlandsisen, er afgørende for, hvordan det reagerer på ændringer i atmosfæren og havet omkring Antarktis, og alligevel er det skjult af kilometervis af is, hvilket gør det meget vanskeligt at observere.

"Denne bevægelse af vand giver os et glimt af, hvor vandet er, og hvor meget og hvor hurtigt det bevæger sig hen over systemet. Tilsammen er dette nøgleoplysninger om arten af ​​det subglaciale miljø og processerne i det hydrologiske netværk under indlandsisen. Disse resultater giver nøgleoplysninger, der kan hjælpe os med at projektere, hvordan indlandsisen øger havniveauet, når det reagerer på klimaændringer.

"At være i stand til at overvåge disse fjerntliggende områder fra rummet over lange perioder er ekstremt vigtigt. Som sådan, den planlagte CRISTAL-mission, som er en del af udvidelsen af ​​Europas Copernicus-program, vil være afgørende. Det vil sikre kontinuitet og udvidelse af de nuværende muligheder for at studere hele indlandsisen fra rummet."

Dr. Fernandez tilføjede, "Med denne aktivitet ønsker vi at bidrage til den videnskabelige indsats udført af NERC/NSF International Thwaites Glacier Collaboration og af EU Polar Cluster, for bedre at forstå og forudsige de dramatiske ændringer, der påvirker polarområderne. Det er kun gennem videnskabeligt samarbejde, både i Europa og internationalt, at vi i fællesskab vil kunne løse de store videnskabelige og samfundsmæssige udfordringer, vi alle står over for."