En gigantisk hålighet – två tredjedelar av Manhattan och nästan 1, 000 fot (300 meter) hög - växer på botten av Thwaites-glaciären i västra Antarktis är en av flera störande upptäckter som rapporterats i en ny NASA-ledd studie av den sönderfallande glaciären. Resultaten visar på behovet av detaljerade observationer av antarktiska glaciärers undersida för att beräkna hur snabbt globala havsnivåer kommer att stiga som svar på klimatförändringar.

Forskare förväntade sig att hitta några luckor mellan is och berggrund på Thwaites botten där havsvatten kunde strömma in och smälta glaciären underifrån. Det nyfunna hålets storlek och explosiva tillväxthastighet, dock, förvånade dem. Den är tillräckligt stor för att ha innehållit 14 miljarder ton is, och det mesta av den isen smälte under de senaste tre åren.

"Vi har misstänkt i flera år att Thwaites inte var hårt fäst vid berggrunden under den, " sa Eric Rignot från University of California, Irvine, och NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. Rignot är medförfattare till den nya studien, som publicerades idag i Vetenskapens framsteg . "Tack vare en ny generation av satelliter, vi kan äntligen se detaljerna, " han sa.

Håligheten avslöjades av isgenomträngande radar i NASA:s Operation IceBridge, en luftburen kampanj med början 2010 som studerar sambanden mellan polarområdena och det globala klimatet. Forskarna använde också data från en konstellation av italienska och tyska rymdburna syntetiska bländarradarer. Dessa mycket högupplösta data kan bearbetas med en teknik som kallas radarinterferometri för att avslöja hur markytan nedanför har rört sig mellan bilderna.

"[Storleken på] ett hålrum under en glaciär spelar en viktig roll vid smältning, " sa studiens huvudförfattare, Pietro Milillo från JPL. "När mer värme och vatten kommer under glaciären, det smälter snabbare."

Numeriska modeller av inlandsisar använder en fast form för att representera ett hålrum under isen, snarare än att tillåta håligheten att förändras och växa. Den nya upptäckten antyder att denna begränsning med största sannolikhet får dessa modeller att underskatta hur snabbt Thwaites tappar is.

Ungefär lika stor som Florida, Thwaites Glacier är för närvarande ansvarig för cirka 4 procent av den globala havsnivåhöjningen. Den rymmer tillräckligt med is för att höja världshavet lite över 2 fot (65 centimeter) och backstoppar närliggande glaciärer som skulle höja havsnivån ytterligare 8 fot (2,4 meter) om all is gick förlorad.

Thwaites är en av de svåraste platserna att nå på jorden, men det är på väg att bli mer känt än någonsin tidigare. U.S. National Science Foundation och British National Environmental Research Council startar ett femårigt fältprojekt för att svara på de mest kritiska frågorna om dess processer och funktioner. International Thwaites Glacier Collaboration kommer att påbörja sina fältexperiment på södra halvklotet sommaren 2019-20.

Hur forskare mäter isförlust

Det finns inget sätt att övervaka antarktiska glaciärer från marknivå på lång sikt. Istället, forskare använder satellit- eller luftburna instrumentdata för att observera funktioner som förändras när en glaciär smälter, såsom dess flödeshastighet och ythöjd.

Ett annat föränderligt drag är en glaciärs jordningslinje - platsen nära kontinentens kant där den lyfter från sin bädd och börjar flyta på havsvatten. Många antarktiska glaciärer sträcker sig mil bortom deras jordningslinjer, flyter ut över det öppna havet.

Precis som en grundstöt båt kan flyta igen när vikten av dess last tas bort, en glaciär som tappar isvikt kan flyta över land där den brukade fastna. När detta händer, grundstötningslinjen drar sig tillbaka in i landet. Det exponerar mer av en glaciärs undersida för havsvatten, ökar sannolikheten för att dess smälthastighet kommer att accelerera.

En oregelbunden reträtt

För Thwaites, "Vi upptäcker olika mekanismer för reträtt, ", sa Millilo. Olika processer vid olika delar av den 100 mil långa (160 kilometer långa) fronten av glaciären sätter hastigheten för jordningslinjens reträtt och isförlust ur synkronisering.

Det enorma hålrummet ligger under glaciärens huvudstam på dess västra sida - sidan längre bort från den västantarktiska halvön. I denna region, när tidvattnet stiger och faller, jordningslinjen drar sig tillbaka och avancerar över en zon på cirka 2 till 3 miles (3 till 5 kilometer). Glaciären har lossnat från en ås i berggrunden med en jämn hastighet av cirka 0,4 till 0,5 miles (0,6 till 0,8 kilometer) per år sedan 1992. Trots denna stabila hastighet för reträtt från grundstreck, smälthastigheten på denna sida av glaciären är extremt hög.

"På östra sidan av glaciären, jordningslinjens reträtt fortsätter genom små kanaler, kanske en kilometer bred, som fingrar som når under glaciären för att smälta den underifrån, " sa Milillo. I den regionen, hastigheten för jordningslinjens reträtt fördubblades från cirka 0,4 miles (0,6 kilometer) per år från 1992 till 2011 till 0,8 miles (1,2 kilometer) per år från 2011 till 2017. Även med denna accelererande reträtt, dock, smälthastigheterna på denna sida av glaciären är lägre än på den västra sidan.

Dessa resultat visar att interaktioner mellan is och hav är mer komplexa än man tidigare förstått.

Milillo hoppas att de nya resultaten kommer att vara användbara för forskare från International Thwaites Glacier Collaboration när de förbereder sig för sitt fältarbete. "Sådana uppgifter är viktiga för att fältpartister ska fokusera på områden där åtgärden är, eftersom jordningslinjen drar sig tillbaka snabbt med komplexa rumsmönster, " han sa.

"Att förstå detaljerna om hur havet smälter bort denna glaciär är avgörande för att projicera dess inverkan på havsnivåhöjningen under de kommande decennierna, " sa Rignot.