Antarktisforskare från Rice University har upptäckt en av naturens högsta ironier:På jordens torraste, kallaste kontinent, där ytvatten sällan finns, rinnande flytande vatten under isen tycks spela en avgörande roll för att bestämma ödet för antarktiska isströmmar.

Fyndet, som visas online den här veckan i Naturgeovetenskap , följer en tvåårig analys av sedimentkärnor och exakta havsbottenkartor som täcker 2, 700 kvadratkilometer av västra Rosshavet. Så sent som 15, 000 år sedan, området täcktes av tjock is som senare drog sig tillbaka hundratals mil inåt landet till dess nuvarande plats. Kartorna, som skapades från toppmoderna ekolodsdata som samlats in av National Science Foundations forskningsfartyg Nathaniel B. Palmer, avslöjade hur isen drog sig tillbaka under en period av global uppvärmning efter jordens senaste istid. På flera ställen, kartorna visar gamla vattendrag – inte bara ett flodsystem, men också de subglaciala sjöarna som matade den.

I dag, Antarktis är täckt av is som på vissa ställen är mer än 2 miles tjock. Fast djup, isen är inte statisk. Tyngdkraften komprimerar isen, och den rör sig under sin egen vikt, skapa floder av is som rinner ut i havet. Även med de bästa moderna instrumenten, undersidan av dessa massiva isströmmar är sällan tillgängliga för direkt observation.

"En sak vi vet från ytobservationer är att vissa av dessa isströmmar rör sig med hastigheter på hundratals meter per år, " sa Rice postdoktorala forskare Lauren Simkins, huvudförfattare till den nya studien. "Vi vet också att is, av sig själv, är endast kapabel att strömma med hastigheter på högst tiotals meter per år. Det betyder att isen hjälps åt. Den glider på vatten eller lera eller både och."

På grund av bristen på information om hur vatten för närvarande flyter under Antarktis is, Simkins sa att det fossiliserade flodsystemet ger en unik bild av hur Antarktis vatten dräneras från subglaciala sjöar via floder till den punkt där is möter hav.

"De samtida observationer vi har av antarktisk hydrologi är nyligen, som sträcker sig över kanske ett par decennier i bästa fall, ", sa Simkins. "Detta är den första observationen av en omfattande, avslöjat, vattenhuggen kanal som är ansluten till både subglaciala sjöar i uppströmsänden och iskanten i nedströmsände. Detta ger ett nytt perspektiv på kanaliserad dränering under Antarktis is. Vi kan spåra dräneringssystemet ända tillbaka till dess källa, dessa subglaciala sjöar, och sedan till dess yttersta öde vid jordningslinjen, där sötvatten blandas med havsvatten."

Simkins sa att smältvatten byggs upp i subglaciala sjöar. Först, intensiva tryck från vikten av is orsakar viss smältning. Dessutom, Antarktis är hem för dussintals vulkaner, som kan värma is underifrån. Simkins hittade minst 20 sjöar i det fossila flodsystemet, tillsammans med bevis på att vatten byggdes upp och dränerades från sjöarna i episodiska skurar snarare än en stadig ström. Hon arbetade med Rice medförfattare och vulkanolog Helge Gonnermann för att bekräfta att närliggande vulkaner kunde ha gett den nödvändiga värmen för att mata sjöarna.

Studie medförfattare John Anderson, en ris oceanograf och veteran från nästan 30 antarktiska forskningsexpeditioner, sa att storleken och omfattningen av det fossiliserade flodsystemet kan vara en ögonöppnare för istäcksmodellerare som försöker simulera antarktiskt vattenflöde. Till exempel, kartorna visar exakt hur isen drog sig tillbaka över kanal-sjösystemet. Den retirerande isströmmen i västra Rosshavet gjorde en U-sväng för att följa en flod under is. Simkins sa att det är anmärkningsvärt eftersom "det är det enda dokumenterade exemplet på den antarktiska havsbotten där en enskild isström helt ändrade reträttriktningen, i detta fall i söder och sedan i väster och slutligen i norr, att följa ett subglacialt hydrologiskt system."

Simkins och Anderson sa att studien i slutändan kan hjälpa hydrologer och modellerare att bättre förutsäga hur dagens isströmmar kommer att bete sig och hur mycket de kommer att bidra till stigande havsnivåer.

"Det framgår av fossilregistret att dessa dräneringssystem kan vara stora och långlivade, ", sa Anderson. "De spelar en mycket viktig roll i inlandsisens beteende, och de flesta numeriska modeller idag är inte i ett tillstånd där de kan hantera den typen av komplexitet."

Han sa att ett annat nyckelfynd är att dräneringen genom flodsystemet skedde på en tidsskala som mäts i tiotals till flera hundra år.

"Vi är typ i det här självbelåtna sättet att tänka just nu, " sa Anderson. "Vissa människor säger, 'Väl, iskanten verkar vara stabil.' Vissa människor kan trösta sig med det, men jag gör det inte för vad den nya forskningen berättar för oss är att det finns processer som fungerar på dekadala tidsskalor som påverkar isbeteende. Sannolikheten för att vi har observerat ett verkligt stabilt tillstånd i det samtida systemet, med tanke på vår begränsade observationstid, är ganska låg."