Истончение ледяных щитов может привести к резкому подъему подледниковых вод
В океан может стекать в два раза больше подледниковой воды, чем первоначально предсказывалось, что потенциально увеличивает таяние ледников, повышение уровня моря и биологические нарушения. Новое исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Два исследователя Технологического института Джорджии, Алекс Робель и Ши Джойс Сим, совместно разработали новую модель движения воды под ледниками. Новая теория показывает, что количество подледниковой воды, вдвое превышающее первоначально предсказанное, может стекать в океан, что потенциально увеличивает таяние ледников, повышение уровня моря и биологические нарушения.
Хотя уже есть общепринятые методы понимания подледникового течения, но они требуют трудоемких вычислений. В отличие от этого, Робель и Сим разработали простое уравнение, которое может предсказать скорость эксфильтрации, сброса подземных вод из водоносных горизонтов под ледяными щитами, используя спутниковые измерения Антарктиды за последние два десятилетия.
«На математическом языке можно сказать, что у нас есть решение в замкнутой форме», — объясняет Робель, доцент Школы наук о Земле и атмосфере. «Раньше люди запускали гидромеханическую модель, которую нужно было применять в каждой точке под Антарктидой, а затем запускать на длительный период времени». Поскольку новая теория исследователей представляет собой математически простое уравнение, а не модель, «все наши прогнозы можно сделать за долю секунды на ноутбуке», — говорит Робель.
Робель добавляет, что, несмотря на приоритетность разработки подобных теорий для подобных моделей, эта теория специфична тем, что предназначена для конкретных граничных условий и других условий, существующих под ледяными щитами. «Насколько нам известно, это первая математически простая теория, описывающая эксфильтрацию и инфильтрацию под ледяными щитами», - говорит он.
«Это действительно здорово, когда вы можете получить очень простую модель для описания процесса, а затем предсказать, что может произойти, особенно используя обширные данные, которые у нас есть сегодня. Это невероятно», — добавляет Сим, научный сотрудник Школы наук о Земле и атмосфере. «Увидеть результаты было довольно неожиданно».
Один из основных аргументов в статье подчеркивает потенциально большой источник подледниковой воды — возможно, в два раза больше, чем считалось ранее, — который может влиять на скорость течения ледникового льда и скорость таяния льда у его основания. Робель и Сим надеются, что прогнозы, сделанные этой теорией, могут быть включены в модели ледяных щитов, которые ученые используют для прогнозирования будущих изменений ледяных щитов и повышения уровня моря.
Водоносные горизонты представляют собой подземные участки пористых пород или отложений, богатых грунтовыми водами. «Если вы уменьшите нагрузку на водоносные горизонты, которые есть под большей частью Антарктиды, вода начнет вытекать из отложений», — объясняет Робель, ссылаясь на диаграмму, созданную Симом. Хотя этот процесс, известный как эксфильтрация, изучался ранее, основное внимание уделялось длительным временным масштабам межледниковых циклов, которые охватывают десятки тысяч лет.
Над современными ледяными щитами было меньше работы, особенно над тем, насколько быстро может происходить эксфильтрация под истонченными частями современного антарктического ледяного щита. Однако, используя последние спутниковые данные и свою новую теорию, команда смогла предсказать, как может выглядеть эксфильтрация под этими современными ледяными щитами.
«Существует множество возможных прогнозов», — объясняет Робель. «Но в этом диапазоне прогнозов существует вполне реальная возможность того, что подземные воды могут вытекать из водоносного горизонта со скоростью, которая сделает их большей или близкой к большей части воды, которая находится под ледяным щитом».
Если эти параметры верны, это будет означать, что в подледниковую поверхность поступает в два раза больше воды, чем предполагалось в предыдущих оценках.
Ледяные щиты действуют как одеяло, накрывая теплую землю и улавливая тепло на дне, вдали от холодной атмосферы Антарктиды, а это означает, что самое теплое место в антарктическом ледяном щите находится в нижней части щита, а не на поверхности. По мере того, как ледяной щит истончается, более теплые подземные воды могут легче эксфильтрироваться, и этот тепловой градиент может ускорить таяние, которое испытывает ледяной щит.
«Когда атмосфера нагревается, этому сигналу требуются десятки тысяч лет, чтобы распространиться через ледяной щит размером с толщину антарктического ледяного щита», — объясняет Робель. «Но этот процесс эксфильтрации является ответом на уже продолжающееся истончение ледяного щита, и это немедленная реакция прямо сейчас».
Помимо повышения уровня моря, эта дополнительная эксфильтрация и таяние имеют и другие последствия. Некоторые из мест с самой богатой морской продуктивностью в мире находятся у побережья Антарктиды, и возможность лучше прогнозировать эксфильтрацию и таяние может помочь морским биологам лучше понять, где происходит морская продуктивность и как она может измениться в будущем.
Робел также надеется, что эта работа откроет двери для дальнейшего сотрудничества с гидрологами подземных вод, которые смогут применить свой опыт в динамике ледяных щитов, в то время как Сим подчеркивает необходимость дополнительных полевых исследований.
«Заинтересовать экспериментаторов и наблюдателей в попытке помочь нам лучше ограничить некоторые свойства этих водонасыщенных отложений — это было бы очень полезно. Это наше самое большое неизвестное на данный момент, и оно сильно влияет на результаты», — говорит Сим.
«Очень интересно, как можно отводить тепло из более глубоких слоев системы», — добавляет Сим. «Там довольно много воды, которая может отводить больше тепла, и я думаю, что там есть тепловой баланс, на который было бы интересно посмотреть».
