Ett internationellt forskarlag använde en datormodell för att rekonstruera historien om glaciationen i Alperna, visualisera det i en två minuters datoranimation. Simuleringen syftar till att möjliggöra en bättre förståelse av glaciationens mekanismer.

Runt 115, 000 år sedan, den sista istiden i jordens historia började. Det var en händelserik tid, när glaciärer avancerade från Alperna till den schweiziska platån, retirerade, och avancerade sedan igen. I processen, de mäktiga isflödena uthuggna dalar, som Rhônedalen, föra stenrester - allt från fint sediment till stenblock som väger flera ton - över landskapet med dem. Detta skräp, avsatt som moräner, bildade det frodiga, gröna foten av Alperna. De tunga stenblocken, känd som oregelbundenhet, kan hittas utspridda över den schweiziska platån, i alpina dalar och i Jurabergen.

Trehundra år av glacialhistorisk forskning

Trots att upptäcktsresande och forskare har forskat i Alpernas glaciala historia i nästan 300 år, ingen har tidigare lyckats entydigt identifiera vilken klimatutveckling som ledde till storskalig nedisning. Frågor kvarstod om vilka förhållanden som påverkade hur glaciärerna expanderade, hur tjock isen var, hur ofta inlandsisen expanderade och drog sig tillbaka, och vad som fick isen att expandera i olika takt i olika alpområden.

För att få en bättre förståelse för allt detta, Julien Seguinot från ETH Zürichs laboratorium för hydraulik, Hydrologi och glaciologi, tillsammans med flera kollegor, simulerad glaciärutveckling i Alperna under de senaste 120, 000 år på CSCS superdator "Piz Daint". Deras studie publicerades nyligen i tidskriften Kryosfären .

För att simulera isuppbyggnad och glaciärspridning, de använde en speciell modell (Parallell Ice Sheet Model, eller PISM) som de matade med data om den ursprungliga topografin för bergskedjor och glaciärer, de fysiska egenskaperna hos berg och glaciärer baserade delvis på observationer från Antarktis och Grönland, värmeflöde från jordens inre, och klimatförhållandena. De baserade det senare på dagens väderdata kombinerat med paleoklimatregister härledda från sediment och iskärnor från de senaste 120, 000 år.

Mer glaciärrörelse än man tidigare trott

Forskarna genomförde simuleringar med tre olika uppsättningar paleo-klimatdata, samt två olika nederbördsscenarier. Endast en av klimatdatauppsättningarna gav resultat som matchar de geologiska bevis som lämnats efter av glaciärerna i berg och sediment. Resultaten av denna simulering indikerar att alpina glaciärer avancerade och drog sig tillbaka oftare än man tidigare trott. Under en lång tid, glaciologer antog minst fyra glaciationer. Sedan 1980-talet, dock, denna låga siffra har ofta ifrågasatts. Den nya simuleringen verkar stödja teorin om tätare glaciationer, som visar att vissa alpina glaciärer kan ha avancerat och dragit sig tillbaka mer än 10 gånger under de senaste 120, 000 år.

Enligt modellen, glaciärerna expanderade längst runt 25, 000 år sedan och avancerade till foten av Alperna, når Bern, Zürich och Bodensjöregionen inklusive Schaffhausen i Schweiz, och sprider sig österut nästan till München i Tyskland. Under loppet av ytterligare några tusen år, glacialperioden förvandlades sedan gradvis till den nuvarande interglaciala perioden - detta kan också ses i forskarnas video. Dessa glaciala och interglaciala perioder alternerar under en istid. Jorden är just nu mitt i en istid, vilket definieras som när minst en av jordens poler är täckt av is.

Underskattad istjocklek

Med hjälp av en detaljerad analys av en annan simulering som kartlägger glaciationen under de senaste 120, 000 år ner till kilometern, forskarna drar slutsatsen att under toppen av istiden, isen kan ha varit mycket tjockare än man tidigare trott:i den övre Rhônedalen, till exempel, den kan ha varit upp till 800 meter tjockare.

Forskarna medger att resultaten är begränsade på grund av osäkerheter orsakade av den förenklade beskrivningen av processerna mellan glaciär och mark, såväl som klimatförhållandena. För Seguinot, dock, den största svårigheten med studien var att tolka tillgängliga data om glaciärspår som moräner, oregelbundenhet och isflödets riktning samlats under de senaste 300 åren. "Genom att använda glaciärmodeller som PISM på superdatorer som Piz Daint, vi kan rekonstruera glaciationens historia med en aldrig tidigare skådad detaljnivå, " säger Seguinot. Validerar sådana resultat, dock, kräver mer och systematiskt insamlad data i digitala kartor över både lands- och språkgränser.