Zespół glacjologów kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine wykorzystał dane z radaru satelitarnego o wysokiej rozdzielczości, aby znaleźć dowody na wtargnięcie ciepłej wody morskiej pod wysokim ciśnieniem wiele kilometrów pod uziemiony lód lodowca Thwaites na Antarktydzie Zachodniej.
W badaniu opublikowanym dzisiaj w Proceedings of the National Academy of Sciences zespół pod kierunkiem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine stwierdził, że powszechny kontakt między wodą oceaniczną a lodowcem – proces powtarzający się na całej Antarktydzie i Grenlandii – powoduje „energiczne topnienie” i może wymagać ponownej oceny prognoz globalnego wzrostu poziomu morza.
Glacjolodzy oparli się na danych zebranych od marca do czerwca 2023 r. przez fińską komercyjną misję satelitarną ICEYE. Satelity ICEYE tworzą „konstelację” na orbicie polarnej wokół planety i wykorzystują InSAR – interferometryczny radar z syntetyczną aperturą – do ciągłego monitorowania zmian na powierzchni Ziemi. Wiele przelotów statku kosmicznego nad małym, określonym obszarem zapewnia płynne wyniki danych. W przypadku tego badania pokazano wznoszenie, opadanie i uginanie się lodowca Thwaites.
„Dane ICEYE dostarczyły długoterminowych serii codziennych obserwacji ściśle zgodnych z cyklami pływowymi” – powiedział główny autor Eric Rignot, profesor nauk o systemach Ziemi na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine. „W przeszłości dysponowaliśmy sporadycznie dostępnymi danymi i na podstawie zaledwie kilku obserwacji trudno było zrozumieć, co się dzieje. Kiedy mamy ciągły szereg czasowy i porównujemy to z cyklem pływów, widzimy, że woda morska wpływa o godz. przypływ i cofanie się, a czasami wchodzenie głębiej pod lodowiec i wpadanie w pułapkę. Dzięki ICEYE po raz pierwszy zaczynamy być świadkami dynamiki pływów.”
Dyrektor ds. analiz ICEYE, współautor Michael Wollersheim, powiedział: „Do tej pory nie można było zaobserwować niektórych z najbardziej dynamicznych procesów w przyrodzie z wystarczającą szczegółowością i częstotliwością, abyśmy mogli je zrozumieć i modelować. Obserwując te procesy z kosmosu i wykorzystanie radarowych obrazów satelitarnych, które zapewniają co do centymetra precyzję pomiarów InSAR przy codziennej częstotliwości, oznacza znaczący krok naprzód”.
Rignot powiedział, że projekt pomógł jemu i jego współpracownikom lepiej zrozumieć zachowanie wody morskiej pod spodem lodowca Thwaites. Powiedział, że woda morska wpływająca u podstawy pokrywy lodowej, w połączeniu ze słodką wodą wytwarzaną w wyniku strumienia geotermalnego i tarcia, gromadzi się i „musi gdzieś płynąć”. Woda rozprowadzana jest naturalnymi kanałami lub gromadzi się w zagłębieniach, tworząc ciśnienie wystarczające do podniesienia pokrywy lodowej.
„Są miejsca, gdzie woda jest prawie równa ciśnieniu pokrywającego ją lodu, więc potrzebne jest tylko trochę większe ciśnienie, aby wypchnąć lód” – powiedział Rignot. „Następnie woda jest ściskana na tyle, aby unieść kolumnę lodu o długości ponad pół mili”.
I nie jest to byle jaka woda morska. Przez dziesięciolecia Rignot i jego współpracownicy gromadzili dowody na wpływ zmian klimatycznych na prądy oceaniczne, które wypychają cieplejszą wodę morską do wybrzeży Antarktydy i innych polarnych regionów lodowych. Głębokie wody okołobiegunowe są słone i mają niższą temperaturę zamarzania. Podczas gdy słodka woda zamarza w temperaturze zera stopni Celsjusza, słona woda zamarza w temperaturze minus dwóch stopni i ta niewielka różnica wystarczy, aby przyczynić się do „silnego topnienia” lodu bazowego, jak stwierdzono w badaniu.
Współautorka Christine Dow, profesor na Wydziale Środowiska Uniwersytetu Waterloo w Ontario w Kanadzie, powiedziała: „Thwaites to najbardziej niestabilne miejsce na Antarktydzie, w którym poziom morza podnosi się o 60 centymetrów. Niepokój polega na tym, że nie doceniamy szybkości zmian lodowca, co byłoby katastrofalne dla społeczności przybrzeżnych na całym świecie”.
Rignot powiedział, że ma nadzieję i oczekuje, że wyniki tego projektu pobudzą dalsze badania nad warunkami pod lodowcami Antarktyki, wystawy z udziałem autonomicznych robotów i większą liczbę obserwacji satelitarnych.
„Społeczność naukowa wykazuje duży entuzjazm, jeśli chodzi o wyjazd do tych odległych, polarnych regionów w celu gromadzenia danych i lepszego zrozumienia tego, co się dzieje, jednak brakuje środków finansowych” – stwierdził. „W 2024 r. działamy przy tym samym budżecie w realnych dolarach, jaki mieliśmy w latach 90. Musimy powiększyć społeczność glacjologów i oceanografów fizycznych, aby raczej wcześniej niż później zająć się tymi problemami związanymi z obserwacjami, ale w tej chwili wciąż wspinamy się na Mount Everest w tenisówkach.”
Rignot, który jest także starszym naukowcem projektu w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA, stwierdził, że badanie to przyniesie trwałe korzyści społeczności zajmującej się modelowaniem pokrywy lodowej w najbliższej przyszłości.
„Jeśli umieścimy tego typu interakcję ocean-lód w modelach pokrywy lodowej, spodziewam się, że będziemy w stanie znacznie lepiej odtworzyć to, co wydarzyło się w ciągu ostatniego ćwierćwiecza, co doprowadzi do większego poziomu zaufania do naszych prognozy” – powiedział. „Gdybyśmy mogli dodać proces, który opisaliśmy w artykule, a który nie jest uwzględniony w większości obecnych modeli, rekonstrukcje modeli powinny znacznie lepiej odpowiadać obserwacjom. Byłoby wielką wygraną, gdybyśmy mogli to osiągnąć”.
Dow dodał: „W tej chwili nie mamy wystarczających informacji, aby w ten czy inny sposób określić, ile czasu pozostało, zanim wtargnięcie wody oceanicznej stanie się nieodwracalne. Udoskonalając modele i skupiając nasze badania na tych krytycznych lodowcach, postaramy się przynajmniej ugruntuj te liczby na przestrzeni dziesięcioleci, a nie stuleci. Ta praca pomoże ludziom dostosować się do zmieniających się poziomów oceanów, a także skupić się na redukcji emisji gazów cieplarnianych, aby zapobiec najgorszemu scenariuszowi”.
Do firm Rignot, Dow i Wollershiem dołączyli do tego projektu Enrico Ciraci, asystent specjalisty w dziedzinie nauk o systemach Ziemi na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine i stażysta podoktorski NASA; Bernd Scheuchl, badacz z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine w dziedzinie nauki o systemach Ziemi; oraz Valentyn Tolpekin z ICEYE. Siedziba ICEYE znajduje się w Finlandii i działa w pięciu międzynarodowych lokalizacjach, w tym w Stanach Zjednoczonych. Badania otrzymały wsparcie finansowe od NASA i National Science Foundation.