NASA -rumlasere kortlægger smeltevandssøer i Antarktis med slående præcision

Ovenfra, det antarktiske islag kan ligne en ro, evigt istæppe, der har dækket Antarktis i millioner af år. Men indlandsisen kan være tusinder af meter dyb, når den er tykkest, og den skjuler hundredvis af smeltevandssøer, hvor dens base møder kontinentets grundfjeld. Dybt under overfladen, nogle af disse søer fyldes og drænes kontinuerligt gennem et system af vandveje, der til sidst dræner i havet.

Nu, med det mest avancerede jordobserverende laserinstrument, NASA nogensinde har fløjet i rummet, forskere har forbedret deres kort over disse skjulte søsystemer under den vestantarktiske iskappe - og opdaget yderligere to af disse aktive subglaciale søer.

Den nye undersøgelse giver kritisk indsigt til at få øje på nye subglaciale søer fra rummet, samt for at vurdere, hvordan dette skjulte VVS-system påvirker den hastighed, hvormed is glider ind i det sydlige Ocean, tilførsel af ferskvand, der kan ændre dets cirkulation og økosystemer.

NASAs is, Sky og land Elevation Satellite 2, eller ICESat-2, tilladt forskerne at kortlægge de subglaciale søer præcist. Satellitten måler højden af ​​isoverfladen, hvilken, på trods af dens enorme tykkelse, stiger eller falder, når søer fyldes eller tømmes under indlandsisen.

Studiet, udgivet 7. juli i Geofysiske forskningsbreve , integrerer højdedata fra ICESat-2's forgænger, den oprindelige ICESat-mission, samt Den Europæiske Rumorganisations satellit dedikeret til at overvåge polarisens tykkelse, CryoSat-2.

Hydrologiske systemer under den antarktiske indlandsis har været et mysterium i årtier. Det begyndte at ændre sig i 2007, da Helen Amanda Fricker, en glaciolog ved Scripps Institution of Oceanography ved University of California San Diego, lavet et gennembrud, der hjalp med at opdatere den klassiske forståelse af subglaciale søer i Antarktis.

Ved hjælp af data fra den oprindelige ICESat i 2007, Fricker fandt for første gang, at under Antarktis hurtigt flydende isstrømme, et helt netværk af søer forbinder hinanden, påfyldning og dræning aktivt over tid. Før, disse søer blev antaget at holde smeltevand statisk, uden påfyldning og dræning.

"Opdagelsen af ​​disse indbyrdes forbundne systemer af søer ved isbundens grænseflade, der flytter vand rundt, med alle disse virkninger på glaciologien, mikrobiologi, og oceanografi - det var en stor opdagelse fra ICESat-missionen, "sagde Matthew Siegfried, assisterende professor i geofysik ved Colorado School of Mines, Gylden, Colo. og ledende efterforsker i det nye studie. "ICESat-2 er som at tage dine briller på efter at have brugt ICESat, dataene er så høje præcision, at vi virkelig kan begynde at kortlægge søgrænserne på overfladen. "

Forskere har antaget subglacial vandudveksling i Antarktis resultater fra en kombination af faktorer, herunder udsving i trykket, der udøves af isens massive vægt ovenfor, friktionen mellem iskappens bund og klipperne nedenunder, og varme, der kommer op fra Jorden nedenfor, der er isoleret af isens tykkelse. Det er en skarp kontrast fra indlandsisen på Grønland, hvor søer ved isbunden fyldes med smeltevand, der er drænet gennem revner og huller på overfladen.

At studere de områder, hvor subglaciale søer fyldes og drænes hyppigere med satellitdata, Siegfried arbejdede med Fricker, der spillede en central rolle i udformningen af ​​den måde, ICESat-2-missionen observerer is fra rummet.

Siegfried og Frickers nye forskning viser, at en gruppe søer, herunder Conway- og Mercer-søerne under Mercer- og Whillans-isstrømmene i Vestantarktis, oplever en dræningsperiode for tredje gang, siden den oprindelige ICESat-mission begyndte at måle højdeændringer på indlandsisens overflade. i 2003. De to nyligt fundne søer sidder også i denne region.

Ud over at levere vitale data, undersøgelsen afslørede også, at søernes konturer eller grænser gradvist kan ændre sig, når vand kommer ind og forlader reservoirerne.

"Vi kortlægger virkelig alle højde -anomalier, der findes på dette tidspunkt, " sagde Siegfried. "Hvis der er søer, der fyldes og drænes, vi vil opdage dem med ICESat-2."

'Hjælper os med at observere' under indlandsisen

Præcise målinger af basalt smeltevand er afgørende, hvis forskere ønsker at få en bedre forståelse af Antarktis subglaciale VVS -system, og hvordan alt det ferskvand kan ændre hastigheden af ​​iskappen ovenover eller cirkulationen af ​​havet, som det i sidste ende flyder ind i.

Et enormt kuppelformet islag, der dækker det meste af kontinentet, den antarktiske iskappe flyder langsomt udad fra den centrale region af kontinentet som supertyk honning. Men da isen nærmer sig kysten, hastigheden ændrer sig drastisk, bliver til flodlignende isstrømme, der hurtigt transporterer is mod havet med hastigheder på op til flere meter om dagen. Hvor hurtigt eller langsomt isen bevæger sig afhænger delvist af den måde smeltevand smører indlandsisen, når den glider på den underliggende grundfjeld.

Når indlandsisen bevæger sig, den lider af revner, sprækker, og andre ufuldkommenheder. Når søer under isen vinder eller taber vand, de deformerer også den frosne overflade ovenover. Stor eller lille, ICESat-2 kortlægger disse højdeændringer med en præcision ned til nogle få tommer ved hjælp af et laserhøjdemålersystem, der kan måle Jordens overflade med hidtil usete detaljer.

At spore disse komplekse processer med langsigtede satellitmissioner vil give afgørende indsigt i indlandsisens skæbne. En vigtig del af det, glaciologer har opdaget om iskapper i de sidste 20 år, kommer fra observationer af, hvordan polarisen ændrer sig som reaktion på opvarmning i atmosfæren og havet, men skjulte processer såsom den måde, søsystemer transporterer vand under isen på, vil også være nøglen i fremtidige undersøgelser af det antarktiske indlandsis, sagde Fricker.

"Dette er processer, der foregår under Antarktis, som vi ikke ville have en anelse om, hvis vi ikke havde satellitdata, " sagde Fricker, understreger, hvordan hendes opdagelse fra 2007 gjorde det muligt for glaciologer at bekræfte Antarktis skjulte VVS -system transporterer vand meget hurtigere end tidligere antaget. "Vi har kæmpet med at få gode forudsigelser om fremtiden for Antarktis, og instrumenter som ICESat-2 hjælper os med at observere i processkalaen. "

'Et vandsystem, der er forbundet med hele jordsystemet'

Hvordan ferskvand fra indlandsisen kan påvirke cirkulationen af ​​det sydlige ocean og dets marine økosystemer er en af ​​Antarktis bedst bevarede hemmeligheder. Fordi kontinentets subglaciale hydrologi spiller en nøglerolle i at flytte det vand, Siegfried understregede også iskappens forbindelse til resten af ​​planeten.

"Det er ikke kun indlandsisen, vi taler om, "Siegfried sagde." Vi taler virkelig om et vandsystem, der er forbundet til hele jordsystemet. "

For nylig, Fricker og et andet team af forskere udforskede denne forbindelse mellem ferskvand og det sydlige ocean - men denne gang ved at se på søer nær overfladen af ​​en ishylde, en stor isplade, der flyder på havet som en forlængelse af indlandsisen. Deres undersøgelse rapporterede, at en stor, isdækket sø kollapsede brat i 2019 efter en revne eller brud, der åbnede sig fra søbunden til bunden af ​​Amery Ice Shelf i det østlige Antarktis.

Med data fra ICESat-2, holdet analyserede den barske forandring på ishyldens landskab. Arrangementet efterlod en doline, eller synkehul, en dramatisk fordybning på cirka 10 kvadratkilometer, eller mere end tre gange størrelsen af ​​New York Citys Central Park. Revnen ledede næsten 200 milliarder gallons ferskvand fra overfladen af ​​ishylden ind i havet nedenfor inden for tre dage.

I løbet af sommeren, tusinder af turkise smeltevandssøer pryder den lyse hvide overflade på Antarktis ishylder. Men denne pludselige begivenhed fandt sted midt på vinteren, når forskere forventer, at vand på overfladen af ​​ishylden er helt frosset. Fordi ICESat-2 kredser om Jorden med nøjagtigt gentagne jordspor, dens laserstråler kan vise den dramatiske ændring i terrænet før og efter søens dræning, selv under polarvinterens mørke.

Roland Warner, en glaciolog med Australian Antarctic Program Partnership ved University of Tasmania, og hovedforfatter af undersøgelsen, første gang opdagede den arrede ishylde på billeder fra Landsat 8, en fælles mission af NASA og U.S. Geological Survey. Dræningshændelsen var sandsynligvis forårsaget af en hydrofraktureringsproces, hvor massen af ​​søens vand førte til, at en overfladesprække blev drevet lige igennem ishylden til havet nedenfor, sagde Warner.

"På grund af tabet af denne vægt af vand på overfladen af ​​den flydende ishylde, det hele bøjer opad centreret på søen, "Warner sagde." Det er noget, der ville have været svært at finde ud af bare at stirre på satellitbilleder. "

Smeltevands søer og vandløb på Antarktis ishylder er almindelige i de varmere måneder. Og fordi forskere forventer, at disse smeltevandsøer er mere almindelige, når lufttemperaturerne bliver varme, risikoen for hydrofrakturering kan også stige i de kommende årtier. Stadig, holdet konkluderede, at det er for tidligt at afgøre, om opvarmning i Antarktis klima forårsagede den observerede søs død på Amery Ice Shelf.

At være vidne til dannelsen af ​​en doline med højdemålingsdata var en sjælden mulighed, men det er også den type begivenhed, som glaciologer skal analysere for at studere alle de isdynamikker, der er relevante i modeller af Antarktis.

"Vi har lært så meget om isdynamiske processer fra satellithøjder, det er afgørende, at vi planlægger den næste generation af højdemålersatellitter for at fortsætte denne rekord, " sagde Fricker.