Na rozległym obszarze Antarktydy znajduje się lodowiec Thwaites, najszerszy lodowiec na świecie, mierzący około 130 km na zachodnim krańcu kontynentu. Pomimo swoich rozmiarów masywne ukształtowanie terenu traci około 50 miliardów ton lodu więcej niż otrzymuje w wyniku opadów śniegu, co stawia go w niepewnej sytuacji pod względem stabilności.
Przyspieszenie utraty lodu obserwuje się od lat 70. XX wieku, ale nie jest jasne, kiedy rozpoczęło się to znaczące topnienie – aż do chwili obecnej. Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie PNAS, prowadzone pod kierunkiem naukowców z Uniwersytetu w Houston, sugeruje, że znaczące cofanie się lodowców rozpoczęło się w latach czterdziestych XX wieku. Ich wyniki dotyczące lodowca Thwaites pokrywają się z wcześniejszymi pracami, które badały cofanie się lodowca Pine Island i wykazały, że cofanie się lodowców również rozpoczęło się w latach czterdziestych XX wieku.
„Szczególnie ważne w naszym badaniu jest to, że ta zmiana nie jest przypadkowa ani specyficzna dla jednego lodowca” – powiedziała Rachel Clark, autorka korespondencyjna, która w zeszłym roku ukończyła UH z doktoratem z geologii. „To część szerszego kontekstu zmieniającego się klimatu. Po prostu nie można ignorować tego, co dzieje się na tym lodowcu”.
Clark i autorzy badania zakładają, że cofanie się lodowców zostało prawdopodobnie zapoczątkowane przez ekstremalny wzór klimatyczny El Niño, który ocieplił zachodnią Antarktydę. Autorzy twierdzą, że od tego czasu lodowiec nie odnowił się i obecnie przyczynia się do 4% globalnego wzrostu poziomu morza.
„To znamienne, że El Niño trwało tylko kilka lat, ale dwa lodowce, Thwaites i Pine Island, pozostają w znacznym odwrocie” – powiedziała Julia Wellner, profesor nadzwyczajny geologii na UH i główna badaczka projektu Thwaites Offshore Research w USA, lub THOR, międzynarodowa współpraca, której członkowie zespołu są autorami badania.
„Kiedy system zostanie wytrącony z równowagi, następuje odwrót” – dodała.
Ich odkrycia jasno pokazują również, że cofanie się strefy osadzenia lodowców, czyli obszaru, w którym lodowce tracą kontakt z dnem morskim i zaczynają unosić się na wodzie, było spowodowane czynnikami zewnętrznymi.
„Odkrycie, że zarówno lodowiec Thwaites, jak i lodowiec Pine Island mają wspólną historię przerzedzania się i cofania, potwierdza pogląd, że utrata lodu w sektorze Morza Amundsena w pokrywie lodowej Antarktyki Zachodniej jest kontrolowana głównie przez czynniki zewnętrzne, obejmujące zmiany w cyrkulacji oceanów i atmosfery a nie wewnętrzną dynamikę lodowca lub lokalne zmiany, takie jak topnienie w dnie lodowca lub gromadzenie się śniegu na powierzchni lodowca” – powiedział Claus-Dieter Hillenbrand, główny badacz THOR w Wielkiej Brytanii i współautor badania.
„Istotną konsekwencją naszych odkryć jest to, że raz uruchomione cofanie się pokrywy lodowej może trwać przez dziesięciolecia, nawet jeśli to, co się zaczęło, nie pogorszy się” – dodał James Smith, geolog morski z British Antarctic Survey i współpracownik badawczy -autor. „Możliwe, że zmiany, które obserwujemy dzisiaj na lodowcach Thwaites i Pine Island – a potencjalnie w całym nabrzeżu Morza Amundsena – zostały zasadniczo zapoczątkowane w latach czterdziestych XX wieku”.
Datowanie rdzeni osadów odgrywa kluczową rolę w badaniach
Clark i zespół doszli do wniosków trzema głównymi metodami. Jedną z tych metod było pobranie rdzeni osadów morskich znajdujących się bliżej lodowca Thwaites niż kiedykolwiek wcześniej. Rdzenie odzyskali podczas podróży do Morza Amundsena w pobliżu Thwaites na początku 2019 r. na pokładzie lodołamacza i statku badawczego Nathaniel B. Palmer. Następnie badacze wykorzystali rdzenie do zrekonstruowania historii lodowca od wczesnej epoki holocenu do współczesności. Holocen to obecna epoka geologiczna, która rozpoczęła się po ostatniej epoce lodowcowej, około 11 700 lat temu.
Do wykonania prześwietlenia rentgenowskiego osadu w celu zebrania szczegółów jego historii wykorzystano tomografię komputerową. Następnie wykorzystano geochronologię, czyli naukę o datowaniu materiałów ziemnych, aby dojść do wniosku, że znaczące topnienie lodu rozpoczęło się w latach czterdziestych XX wieku.
Clark użyła 210Pb (ołowiu-210), izotopu naturalnie zakopanego w rdzeniach osadów i jest radioaktywny, jako najważniejszego izotopu w swojej geochronologii. Proces ten jest podobny do datowania radiowęglowego, które mierzy wiek materiałów organicznych już na 60 000 lat.
„Ale ołów-210 ma krótki okres półtrwania, wynoszący około 20 lat, podczas gdy coś takiego jak radiowęgiel ma okres półtrwania około 5000 lat” – powiedział Clark. „Ten krótki okres półtrwania pozwala nam zbudować szczegółowy harmonogram minionego stulecia”.
Metodologia ta jest ważna, ponieważ chociaż istnieją dane satelitarne, które pomagają naukowcom zrozumieć cofanie się lodowców, obserwacje te sięgają zaledwie kilku dekad wstecz, a zatem ram czasowych, które są zbyt krótkie, aby określić, w jaki sposób Thwaites reaguje na zmiany oceanów i atmosfery. Naukowcy potrzebują zapisów sprzed satelity, aby zrozumieć długoterminową historię lodowca, dlatego wykorzystuje się rdzenie osadowe.
Badanie dostarcza informacji na temat przyszłego modelowania w celu zmniejszenia niepewności co do wzrostu poziomu morza
Według badaczy Antarktyki lodowiec Thwaites odgrywa kluczową rolę w regulacji stabilności pokrywy lodowej Antarktyki Zachodniej, a tym samym globalnego wzrostu poziomu morza.
„Lodowiec jest znaczący nie tylko ze względu na swój wkład we wzrost poziomu morza, ale także dlatego, że działa jak korek w butelce, zatrzymując za sobą większy obszar lodu” – powiedział Wellner. „Jeśli Thwaites ulegnie destabilizacji, istnieje ryzyko, że cały lód na Antarktydzie Zachodniej ulegnie destabilizacji”.
Przewiduje się, że gdyby lodowiec Thwaites całkowicie się zapadł, poziom mórz na świecie podniesie się o 65 cm (25 cali).
„Nasze badanie pomaga lepiej zrozumieć, jakie czynniki są najważniejsze w powodowaniu przerzedzania i cofania się lodowców odprowadzających pokrywę lodową Antarktyki Zachodniej do Morza Amundsena” – powiedział Hillenbrand. „Dlatego nasze wyniki udoskonalą modele numeryczne, które próbują przewidzieć wielkość i tempo przyszłego topnienia pokrywy lodowej Antarktyki oraz jego wpływ na poziom mórz”.
Naukowcy z THOR są częścią jeszcze większej inicjatywy – International Thwaites Glacier Collaboration – wspólnego partnerstwa amerykańsko-brytyjskiego mającego na celu zmniejszenie niepewności co do prognoz wzrostu poziomu morza z lodowca Thwaites.
Autorami badania są Clark, Wellner i Georgina Garcia-Barrera z Uniwersytetu w Houston; Hillenbrand, James Smith, Robert Larter i Kelly Hogan z British Antarctic Survey; Rebecca Totten, Asmara Lehrmann i Victoria Fitzgerald z Uniwersytetu w Alabamie; Lauren Simkins i Allison Lepp z Uniwersytetu Wirginii; Alastair Graham z Uniwersytetu Południowej Florydy; Frank Nitsche z Uniwersytetu Columbia; James Kirkham z Uniwersytetu w Cambridge i British Antarctic Survey; Werner Ehrmann z Uniwersytetu w Lipsku; i Lukas Wacker z Ion Beam Physics.