Forskere opdager det første definitive bevis på undvigende fingeraftryk fra havniveau

Når iskapper smelter, sker der noget mærkeligt og meget kontraintuitivt med havniveauet.

Det fungerer i bund og grund som en vippe. I området tæt på, hvor disse masser af glacialis smelter, falder havniveauet. Alligevel rejser de sig tusindvis af kilometer væk. Det sker hovedsageligt på grund af tabet af et tyngdekraftstræk mod indlandsisen, hvilket får vandet til at spredes væk. Mønstrene er blevet kendt som fingeraftryk på havniveau, da hver smeltende gletsjer eller indlandsis påvirker havniveauet unikt. Elementer af konceptet - som ligger i hjertet af forståelsen af, at globale havniveauer ikke stiger ensartet - har eksisteret i over et århundrede, og moderne havniveauvidenskab er blevet bygget op omkring det. Men der har længe været et problem med den bredt accepterede teori. Et fingeraftryk på havniveau er aldrig endeligt blevet opdaget af forskere.

Et team af videnskabsmænd – ledet af Harvard-alumnen Sophie Coulson og med Harvard-geofysikeren Jerry X. Mitrovica – mener, at de har opdaget den første. Resultaterne er beskrevet i en ny undersøgelse offentliggjort torsdag i Science . Værket validerer næsten et århundredes havniveauvidenskab og hjælper med at styrke tilliden til modeller, der forudsiger fremtidig havniveaustigning.

"Projiceringer på havniveau, by- og kystplanlægning - alt sammen - er blevet bygget på ideen om fingeraftryk," sagde Mitrovica, Frank B. Baird Jr. professor i videnskab ved Institut for Jord- og Planetvidenskab. "Det er derfor, fingeraftryk er så vigtige. De giver dig mulighed for at estimere, hvordan geometrien af ​​havniveauændringerne kommer til at være... så vi har nu meget mere tillid til, hvordan havniveauændringer kommer til at udvikle sig... Hvis fingeraftryksfysik var' hvis det ikke er korrekt, så er vi nødt til at gentænke al moderne havniveauforskning."

Fingeraftryk fra havniveau har været notorisk vanskelige at opdage på grund af de store udsving i havniveauer forårsaget af skiftende tidevand, strømme og vinde. Det, der gør det til sådan en gåde, er, at forskere forsøger at detektere vandets bevægelser på millimeter niveau og forbinde dem med smeltende gletschere tusindvis af kilometer væk.

Mitrovica sammenlignede søgningen med søgningen efter den subatomare partikel Higgs Boson.

"Næsten alle fysikere troede, at Higgs eksisterede, men det var ikke desto mindre en transformativ præstation, da det blev fast opdaget," sagde Mitrovica. "I havets overfladefysik antog næsten alle, at fingeraftrykkene eksisterede, men de var aldrig blevet opdaget på et sammenligneligt niveau af tillid."

Den nye undersøgelse bruger nyligt frigivne satellitdata fra et europæisk havovervågningsagentur, der fanger over 30 års observationer i nærheden af ​​Grønlands Indlandsis og meget af havet tæt på midten af ​​Grønland til at fange vippen i havniveauet fra fingeraftrykket .

Satellitdataene fangede Mitrovica og kollega David Sandwell fra Scripps Institute of Oceanography. Typisk havde satellitregistreringer fra denne region kun strakt sig op til den sydlige spids af Grønland, men i denne nye udgivelse nåede dataene ti grader højere i breddegrad, hvilket gjorde det muligt for dem at se en potentiel antydning af vippen forårsaget af fingeraftrykket.

Mitrovica henvendte sig hurtigt til Coulson, en tidligere ph.d. studerende i Mitrovicas laboratorium og nu postdoc ved Los Alamos National Laboratory, for at verificere, om dette virkelig var det fingeraftrykssignal, havoverfladeforskere havde jagtet i årtier.

"Hun var den bedste person til at … nøjagtigt modellere, hvordan fingeraftrykket ville se ud givet vores forståelse af, hvordan indlandsisen på Grønland har mistet masse, og hun kunne fastslå, om den forudsigelse passede med satellitobservationen," sagde Mitrovica.

Coulson, en ekspert i modellering af havniveauændringer og skorpedeformation forbundet med smeltning af iskapper og gletsjere, var på besøg hos familie i Storbritannien, da datasættene ramte hendes indbakke. Hun genkendte straks potentialet, sagde hun.

Coulson indsamlede hurtigt tre årtier af de bedste observationer, hun kunne finde på ishøjdeændringer inden for Grønlands indlandsis samt rekonstruktioner af gletsjerhøjdeændringer på tværs af det canadiske arktiske område og Island. Hun kombinerede disse forskellige datasæt for at skabe forudsigelser om havniveauændringer i regionen fra 1993 til 2019, som hun derefter sammenlignede med de nye satellitdata. Pasformen var perfekt. En en-til-en kamp, ​​der med mere end 99,9 % sikkerhed viste, at mønsteret af havniveauændringer afsløret af satellitterne er et fingeraftryk af den smeltende iskappe.

"Jeg var fuldstændig overrasket, der var det - et fingeraftryk på havniveau, bevis på deres eksistens," sagde Coulson. "Dette var et virkelig, virkelig spændende øjeblik for os alle. Der er meget få øjeblikke i videnskaben, som giver så enkel, bemærkelsesværdig klarhed om komplekse jordprocesser."

"Dette arbejde, ledet så bemærkelsesværdigt af Sophie, er et af højdepunkterne i min karriere, en bogafslutning på alt det teoretiske og beregningsmæssige arbejde, vi har bygget sammen med et fællesskab af internationale kolleger," tilføjede Mitrovica, hvis gruppe var den første til at præsentere modeller og forudsigelser for, hvordan fingeraftryk på havniveau skal se ud.

Videnskabelig forskning tager normalt år at udvikle resultaterne og derefter blive udarbejdet til et papir, men her kunne forskerne handle hurtigt. I alt tog processen kun et par måneder, fra de så satellitdataene, til de indsendte værket.

Det skyldes, at hovedparten af ​​benarbejdet allerede var udført. Meget af teorien, teknologien og metoderne var alle veludviklede og avancerede, siden Mitrovica og hans team præsenterede deres arbejde med fingeraftryk på havniveau for omkring 20 år siden - beregninger, som var bredt accepteret og er blevet indregnet i næsten alle modeller, der forudsiger havniveau. stige.

"Dette var højrisiko, høj belønning videnskab, og ingen forventede en opdagelse så hurtigt. Vi fik utrolig meget gavn af de grupper, der støttede os, især Star-Friedman Challenge," sagde Mitrovica.

Nu hvor det første fingeraftryk på havoverfladen er blevet opdaget, er spørgsmålet med de største globale implikationer nu, hvor det hele fører hen.

"Flere opdagelser vil komme," sagde Mitrovica. "Snart vil fingeraftryksfysikkens fulde kraft være tilgængelig for at projicere havniveauændringer ind i det næste årti, århundrede og videre." + Udforsk yderligere

Undersøgelse illustrerer nuancer af indlandsisens tyngdekraft