Ett växande nätverk av sjöar på Grönlands inlandsis har visat sig dränera i en kedjereaktion som påskyndar flödet av inlandsisen, hotar dess stabilitet.

Forskare från Storbritannien, Norge, USA och Sverige har använt en kombination av 3D-datormodellering och verkliga observationer för att visa det tidigare okända, ändå djupgående dynamiska konsekvenser knutna till ett växande antal sjöar som bildas på Grönlands inlandsis.

Sjöar bildas på ytan av Grönlands inlandsis varje sommar när vädret värms upp. Många existerar i veckor eller månader, men dränera på bara några timmar genom mer än en kilometer is, överföra enorma mängder vatten och värme till inlandsisens botten. De drabbade områdena inkluderar känsliga områden i inlandsisen där påverkan på isflödet är potentiellt stor.

Tidigare, man hade trott att dessa "dräneringshändelser" var isolerade incidenter, men den nya forskningen, ledd av University of Cambridge, visar att sjöarna bildar ett massivt nätverk och blir allt mer sammanlänkade när vädret blir varmt. När en sjö rinner ut, vattnet sprider sig snabbt under inlandsisen, som svarar med att flöda snabbare. Det snabbare flödet öppnar nya sprickor på ytan och dessa sprickor fungerar som ledningar för dränering av andra sjöar. Detta startar en kedjereaktion som kan dränera många andra sjöar, några så långt som 80 kilometer bort.

Dessa kaskadhändelser - inklusive ett fall där 124 sjöar dränerades på bara fem dagar - kan tillfälligt påskynda isflödet med så mycket som 400 %, vilket gör inlandsisen mindre stabil, och ökar takten för associerad havsnivåhöjning. Resultaten redovisas i tidskriften Naturkommunikation .

Studien visar hur krafter inom inlandsisen kan förändras abrupt från en dag till en annan, vilket gör att fast is plötsligt spricker. Modellen som utvecklats av det internationella teamet visar att sjöar som bildas i stabila områden av inlandsisen dränerar när sprickor öppnas som svar på en hög dragkraft som verkar längs dräneringsvägar av vatten som rinner under inlandsisen när andra sjöar dränerar långt bort.

"Detta växande nätverk av smältsjöar, som för närvarande sträcker sig mer än 100 kilometer inåt landet och når höjder så höga som 2, 000 meter över havet, utgör ett hot mot den långsiktiga stabiliteten på Grönlands inlandsis, " sa huvudförfattaren Dr Poul Christoffersen, från Cambridges Scott Polar Research Institute. "Denna inlandsis, som täcker 1,7 miljoner kvadratkilometer, var relativt stabil för 25 år sedan, men förlorar nu en miljard ton is varje dag. Detta orsakar en millimeter global havsnivåhöjning per år, en takt som är mycket snabbare än vad som förutspåddes för bara några år sedan."

Studien avviker från nuvarande konsensus om att sjöar som bildas på höga höjder på Grönlands inlandsis har endast en begränsad potential att påverka flödet av inlandsis när klimatet värms upp. Medan den senaste rapporten från den mellanstatliga panelen om klimatförändringar drog slutsatsen att ytsmältvatten, även om det är rikligt, påverkar inte inlandsisens flöde, studien tyder på att smältvatten som levereras till inlandsisens bas genom dränerande sjöar faktiskt driver episoder av ihållande acceleration som sträcker sig mycket längre in i inlandsisen än vad man tidigare trott.

"Överföring av vatten och värme från ytan till sängen kan eskalera extremt snabbt på grund av en kedjereaktion, ", sade Christoffersen. "I ett fall hittade vi alla utom en av 59 observerade sjöar dränerade i en enda kaskadhändelse. De flesta av smältsjöarna dränerar på detta dynamiska sätt."

Även om leverans av små mängder smältvatten till inlandsisens botten bara ökar inlandsisens flöde lokalt, studien visar att inlandsisens respons kan intensifieras genom knock-on-effekter.

När en enda sjö dräneras, isflödet accelererar tillfälligt längs den väg som vatten strömmar längs inlandsisens botten. Sjöar belägna i stabila bassänger längs denna väg dräneras när friktionsförlusten längs bädden tillfälligt överför krafter till inlandsisens yta, orsakar att sprickor öppnar sig under andra sjöar, som då också dränerar.

"Omvandlingen av krafter inom inlandsisen när sjöar dränerar är plötslig och dramatisk, " sa medförfattaren Dr Marion Bougamont, också från Scott Polar Research Institute. "Sjöar som dränerar i ett område producerar sprickor som får fler sjöar att dränera någon annanstans. Allt läggs ihop när man tittar på vattnets vägar under isen."

Studien använde högupplösta satellitbilder för att bekräfta att sprickor på inlandsisens yta öppnar sig när kaskadavrinning av sjöar inträffar. "Denna aspekt av vårt arbete är ganska oroande, " sa Christoffersen. "Vi hittade tydliga bevis på dessa sprickor vid 1, 800 meter över havet och så långt 135 kilometer inåt land från iskanten. Detta är mycket längre in i landet än vad som tidigare ansetts vara möjligt."

Även om fullständig förlust av all is på Grönland är extremt osannolik detta århundrade, det mycket dynamiska sättet på vilket inlandsisen reagerar på jordens förändrade klimat understryker tydligt det akuta behovet av ett globalt avtal som kommer att minska utsläppen av växthusgaser.