För första gången, forskare har noga observerat hur havets tidvatten kan påskynda eller bromsa glacialrörelsens hastighet i Antarktis. De nya uppgifterna kommer att hjälpa modellerare att bättre förutsäga hur glaciärer kommer att reagera på stigande havsnivåer.

Caltechs Brent Minchew (PhD '16) och Mark Simons, tillsammans med sina medarbetare och i samarbete med den italienska rymdorganisationen (ASI), utnyttjade fyra COSMO-SkyMed radaravbildningssatelliter på Rutford Ice Stream i Antarktis. Satelliterna samlade nästan kontinuerlig data i nästan nio månader från olika vinklar.

Rutford Ice Stream är en snabbt flod av is, cirka 300 kilometer lång och 25 kilometer bred, i västra Antarktis. Den förbinder glaciärer i Ellsworthbergen med Filchner-Ronne ishylla, en flytande isbit ungefär i storleken på Kalifornien. Drivs av sin egen vikt, strömmen av fast is flyter nedför mot havet med en hastighet av cirka en meter per dag, även om den hastigheten varierar med så mycket som 20 procent med tidvattnet.

Variabiliteten drivs av isens interaktioner med havet. Vid lågvatten, den flytande isen sjunker tillräckligt långt för att slita ut på havsbotten som ett grundfartyg, orsakar en isstrafik som kan detekteras upp till 100 kilometer uppströms. När tidvattnet stiger igen, isen lyfter från havsbotten och flyter fritt en gång till.

"En stigande tidvatten lyfter alla fartyg, och det lyfter också all is, "säger Minchew, en doktorand vid Caltech medan forskningen genomfördes och nu postdoktoral forskare vid British Antarctic Survey. Minchew är huvudförfattare till ett papper om studien som publicerades av Journal of Geophysical Research den 22 november.

Isströmmen var så känslig för förändringen i tidvatten att Simons och Minchew kunde upptäcka de enskilda influenserna av sol- och månvatten.

Planets sol- och månvatten orsakas av dragning av solen och månen, respektive, på jorden. Högvatten uppstår samtidigt på jordens sidor som vetter mot och bort från solen och månen eftersom deras gravitationskraft skapar en utbuktning, eller högvatten, på planeten.

Månens och solens tidvatten är inte helt synkroniserade:månvattnet cyklar från högt till lågt var 12:e och en halv timme, medan solvattnet cyklar var 12:e timme. När dessa två cykler passar perfekt, havet upplever sina starkaste tidvatten. När de är mest felriktade, havet upplever sina svagaste tidvatten.

Tidigare ansträngningar att utforska tidvattnets effekt på glaciala rörelser var beroende av att placera en GPS -enhet direkt på isen. Denna teknik, dock, ger information för endast en rörelsepunkt.

Caltech -teamet samlade istället par bilder tagna från samma plats i rymden men vid olika tidpunkter, vilket visar rörelse inte bara av en enda punkt utan kontinuerlig spårning av varje kvadratcentimeter av isströmmarnas yta. (Is rör sig inte som en fast, fast massa, men den flyter snarare som en otroligt viskös sirap - dess rörelse liknas ofta med kall honung. Som sådan, rörelsen av en punkt ger endast den mest grundläggande informationen om hela glaciären.) Vidare, de olika betraktningsvinklarna från satellitkonstellationen gav tredimensionell information om isens rörelse och avslöjade, till exempel, att den flytande ishyllan rörde sig snabbare, vilket visar att jordningseffekten verkligen var ansvarig för förändringar i isens hastighet.

Studier av glaciala rörelser kan ge viktiga data för forskare som vill modellera hur glaciärer kommer att reagera på effekterna av klimatförändringar.

"Isflödets reaktion på förändringar i havsnivå och havstemperatur har en direkt inverkan på samtida havsnivåhöjning, säger Simons, professor i geofysik vid Caltech. "Att kvantifiera detta är avgörande för att förstå hur Antarktis kommer att utvecklas under de närmaste decennierna och århundradena när klimatet värms och de marinerande glaciärerna utsätts för varmare havsvatten."

Med varmare vatten och höga havsnivåer, glaciärer kommer att flöda snabbare i havet, smälter snabbare när de når vattnet.

Redan, studien har gett överraskande information om isstyrkan och dess förmåga att motstå deformering på grund av isstress. Som det visar sig, isen är svagare längs marginalerna för flödande isströmmar än man tidigare misstänkte. Samma teknik och teknik kan användas för att studera glaciärernas rörelse över hela världen, Minchew säger.