Вчені дослідили важкодоступну океанську порожнину під вирішальним льодовиком в Антарктиді.
Найвразливішою кліматичною гарячою точкою Антарктиди є віддалене й вороже місце — вузька смуга морської води під плитою плаваючого льоду товщиною понад півкілометра. Вчені нарешті дослідили це і виявили дещо дивовижне.
«Швидкість танення набагато нижча, ніж ми могли б подумати, враховуючи, наскільки теплий океан», — каже Пітер Девіс, океанограф з Британської антарктичної служби в Кембриджі, який був частиною команди, яка пробурила вузький отвір у цьому закутку й опустила інструменти в нього. Знахідка може здатися хорошою новиною, але це не так, каже він. «Незважаючи на ці низькі темпи танення, ми все ще спостерігаємо швидкий відступ», оскільки лід зникає швидше, ніж відновлюється.
Девіс і близько 20 інших вчених проводили це дослідження на льодовику Туейтс, масивному конвеєрному поясі льоду шириною близько 120 кілометрів, який тече біля берегової лінії Західної Антарктиди. Супутникові вимірювання показують, що Thwaites втрачає лід швидше , ніж будь-коли за останні кілька тисяч років. З 2000 року він прискорив свій потік в океан принаймні на 30 відсотків , виточивши понад 1000 кубічних кілометрів льоду , що становить приблизно половину втраченого льоду з усієї Антарктиди.
Значна частина нинішніх втрат льоду спричинена теплими, солоними океанськими течіями , які дестабілізують льодовик у його зоні залягання — вирішальному опорному пункті, приблизно на 500 метрів нижче рівня моря в місці буріння, де лід піднімається зі свого дна і плаває.
Тепер цей перший в історії погляд на дно льодовика поблизу зони залягання показує, що океан атакує його раніше невідомими та тривожними способами.
Підчеревинка льодовика
Льодовик Туейтс і більша частина Західно-Антарктичного крижаного щита лежать на гравійному дні, яке знаходиться на сотні метрів нижче рівня моря, що робить лід вразливим для теплих, солоних океанських течій, які обіймають морське дно. Туейтс особливо вразливий, тому що частини його зони заземлення (де він піднімається з дна і плаває в океані) знаходяться на глибині 1 кілометра нижче рівня моря, піддаючи його впливу найтеплішої води.
Анатомія льодовика
ДЖЕРЕЛО: TA SCAMBOS
ET AL/GLOBAL AND PLANETARY CHANGE 2017, JENNIFER MATTHEWS/SCRIPPS INSTITUTION OF OCEANOGRAPHY
Коли дослідники відправили транспортний засіб з дистанційним керуванням, або ROV, униз у свердловину у воду, вони виявили, що більша частина танення зосереджена в місцях, де льодовик уже зазнає механічного навантаження — у масивних тріщинах, які називаються базальними тріщинами. Ці отвори врізаються в нижню частину льоду.
Навіть невелике танення в цих слабких місцях може завдати непропорційно великої кількості структурних пошкоджень льодовику, повідомляють дослідники у двох статтях, опублікованих 15 лютого в Nature .
Ці результати є «дещо несподіванкою», — каже Тед Скамбос, гляціолог з Університету Колорадо Боулдер, який не був частиною команди. Туейтс та інші льодовики спостерігаються здебільшого за допомогою супутників, що створює враження, що витончення та танення відбуваються рівномірно під льодом.
Оскільки світ продовжує нагріватися через кліматичні зміни, спричинені людиною, сам льодовик, що зменшується, може підняти глобальний рівень моря на 65 сантиметрів протягом століть. Його обвал також дестабілізував би решту Західно-Антарктичного крижаного щита, викликавши можливе підвищення глобального рівня моря на три метри.
З цими новими результатами, каже Скамбос, «ми бачимо набагато більш детальні процеси, які будуть важливі для моделювання» того, як льодовик реагує на майбутнє потепління та як швидко підніметься рівень моря.
Холодний тонкий шар захищає частини нижньої частини льодовика Туейтс
Просте отримання цих спостережень «схоже на знімок Місяця або навіть знімка Марса», – каже Скамбос. Туейтс, як і більшість Західно-Антарктичного льодовикового щита, лежить на дні, яка знаходиться на сотні метрів нижче рівня моря. Плаваюча передня частина льодовика, яка називається шельфовим льодовиком, тягнеться в океан на 15 кілометрів, утворюючи дах льоду, що робить це місце майже повністю недоступним для людей. «Це може бути вершиною дослідження» Антарктиди, каже він.
Ці нові результати є результатом зусиль у розмірі 50 мільйонів доларів — Міжнародного співробітництва з льодовиками Туейтса — проведеного Національним науковим фондом Сполучених Штатів і Радою дослідження природного середовища Великобританії. Дослідницька група, одна з восьми, профінансованих цією співпрацею, висадилася на засніженому плоскому просторі Туейтс в останні дні 2019 року.
Дослідники використовували дриль з гарячою водою, щоб протопити вузьку діру, не набагато ширшу за баскетбольний м’яч, крізь понад 500 метрів льоду. Під льодом лежав стовп води товщиною всього 54 метри.
Коли Девіс та його колеги виміряли температуру та солоність цієї води, вони виявили, що температура більшої її частини була приблизно на 2 градуси Цельсія вище нуля — потенційно достатньо тепла, щоб розтопити від 20 до 40 метрів льоду на рік. Але нижня частина льоду, здається, тане зі швидкістю лише 5 метрів на рік , повідомляють дослідники в одній із публікацій Nature . Команда розрахувала швидкість танення на основі солоності води, яка показує співвідношення морської води, яка є солоною, до талої льодовикової води, яка є прісною.
Причина цього повільного танення швидко виявилася: просто під льодом лежав шар холодної плавучої води товщиною лише 2 метри, яка утворилася з талого льоду. «На основі льоду накопичується набагато більш прісна вода», — каже Девіс, і цей холодний шар захищає лід від теплішої води знизу.
Ці вимірювання забезпечили моментальний знімок прямо в свердловині. Через кілька днів після відкриття діри дослідники почали ширше дослідження непозначеної на карті океанської порожнини під льодом.
Робітники лебідкою спустили тонкий жовто-чорний циліндр у свердловину. Цей ROV під назвою Icefin був розроблений протягом останніх семи років командою інженерів під керівництвом Брітні Шмідт, гляціолога з Корнельського університету.
Шмідт і її команда керували кораблем із сусіднього намету, контролюючи прилади, а вона керувала кораблем легкими поштовхами до кнопок контролера PlayStation 4. Гладка дзеркальна стеля льоду безшумно прокручувалась повз монітор комп’ютера — живе відео подавалося через 3,5 кілометри оптоволоконного кабелю.
Коли Шмідт направляв Icefin приблизно на 1,6 кілометра вгору за течією від свердловини, водяний стовп поступово звужувався, поки менше ніж метр води не відокремив лід від морського дна. Кілька риб і схожих на креветок ракоподібних, які називаються амфіподами, пурхали серед безплідних куп гравію.
За словами Шмідта, ця нова ділянка морського дна, яка виявляється в міру того, як лід тоншає, піднімається і пливе все далі вглиб суші, була відкритою «менше року».
Час від часу Айсфін пробігав повз темну, зяючу щілину в крижаній стелі, прикореневу тріщину. Шмідт скерувала корабель у кілька таких прогалин — часто понад 100 метрів завширшки — і там побачила щось вражаюче.
Плавлення нижньої частини живота Туейтса зосереджено в глибоких тріщинах
Вертикальні стінки тріщин були скоріше зубчастими, ніж гладкими, що свідчить про більшу швидкість танення, ніж пласка крижана стеля. І в цих місцях відео ставало розмитим, оскільки світло заломлювалося через енергійно закручені вихори солоної та прісної води. Вчені вважають, що турбулентне завихрення теплої океанської води та холодної талої води руйнує холодний шар, який ізолює лід, притягуючи до нього теплу солону воду.
Команда Шмідта підрахувала, що стінки тріщин тануть зі швидкістю до 43 метрів на рік , повідомляють дослідники у другій статті Nature . Дослідники також виявили швидке танення в інших місцях, де стеля льоду переривається короткими крутими ділянками.
Більша турбулентність і танення також викликані океанськими течіями в тріщинах. Кожного разу, коли Шмідт спрямовував Icefin у тріщину, ROV виявляв потоки води, що текли крізь неї, наче тріщина була перевернутою канавою. Ці течії рухалися вдвічі швидше, ніж течії за межами тріщин.
Той факт, що танення зосереджено в тріщинах, має величезні наслідки, каже Пітер Вашем, океанограф з команди Шмідта в Корнеллі: «Океан розширює ці структури, танучи їх швидше».
Це може значно пришвидшити багаторічний процес, завдяки якому деякі з цих тріщин поширюються на сотні метрів угору крізь лід, поки не прорвуться на вершині, відколюючи айсберг, який дрейфує. Це може призвести до того, що плавучий шельфовий льодовик, який тисне на підводну гору та підтримує лід за нею, розпадеться швидше, ніж прогнозувалося. Це, у свою чергу, може призвести до того, що льодовик швидше розливатиме лід в океан. «Це вплине на стабільність льоду», — каже Уошем.
Це відео, зняте апаратом з дистанційним керуванням під назвою Icefin, показує нижню частину льодовика Туейтс, де він витікає з узбережжя Західної Антарктиди. Горизонтальні ділянки льоду гладкі, що свідчить про повільне танення. Але на крутих льодових поверхнях — особливо вздовж стінок глибоких тріщин у льоду — поверхні мають гребінці, що свідчить про набагато більшу швидкість танення, спричинене турбулентним завихренням теплої, солоної океанської води та холодної, прісної талої води. Приклад різниці між цими двома поверхнями чітко видно з 0:11 до 0:13 на відео, коли Icefin фіксує гребінчасту вертикальну поверхню, що перетинається з гладкою горизонтальною.
Ці нові дані покращать здатність вчених передбачати майбутній відступ Туейтса та інших антарктичних льодовиків, каже Ерік Рігно, гляціолог з Лабораторії реактивного руху NASA в Пасадені, штат Каліфорнія, який допомагав команді, надаючи супутникові вимірювання змін у льодовику. . «Ви просто не можете здогадатися, як може виглядати структура води в цих зонах, поки не спостерігатимете за нею», — каже він.
Але потрібно ще більше роботи, щоб повністю зрозуміти Твейтса і те, як це зміниться, оскільки світ продовжує нагріватися. Льодовик складається з двох смуг льоду, що швидко рухаються пліч-о-пліч — одна рухається на 3 кілометри на рік, інша — приблизно на 1 кілометр на рік. З міркувань безпеки команда відвідала повільнішу смугу, яка все одно виявилася надзвичайно складною. Ріньо каже, що вчені повинні врешті-решт відвідати швидкісну смугу, верхня поверхня якої більше потріскана тріщинами, що робить посадку літаків і роботу польових таборів ще важчим.
Дослідження, про яке повідомляється сьогодні, «є дуже важливим кроком, але за ним має послідувати другий крок», – каже він. «Не має значення, наскільки це важко».