Fyllning och dränering av smältvattensjöar har visat sig få en flytande antarktisk ishylla att böjas, potentiellt hotar dess stabilitet.

Ett team av brittiska och amerikanska forskare, ledd av University of Cambridge, har mätt hur mycket McMurdo ishyllan i Antarktis böjer sig som svar på fyllning och dränering av smältvattensjöar på dess yta. Denna typ av böjning hade antagits tidigare och simulerats av datormodeller, men det är första gången fenomenet mäts i fält. Resultaten redovisas i tidskriften Naturkommunikation .

Resultaten visar ett samband mellan ytsmältning och försvagningen av antarktiska ishyllor och stödjer tanken att den senaste ishyllan sönderdelas runt den antarktiska halvön kan ha utlösts, åtminstone delvis, av stora mängder ytsmältvatten som produceras som svar på atmosfärens uppvärmning.

När klimatet fortsätter att bli varmt, fler och fler ishyllor kan bli känsliga för flex, spricka och bryta upp under det kommande århundradet.

Större delen av den antarktiska kontinenten är täckt av det antarktiska inlandsisen, som är upp till fyra kilometer tjock och innehåller tillräckligt med is för att höja den globala havsnivån med cirka 58 meter. Över större delen av kontinenten och under större delen av året, lufttemperaturerna är långt under noll och isytan förblir frusen. Men cirka 75 % av inlandsisen kantas av flytande ishyllor, som är upp till en kilometer tjocka, mestadels under havsytan, men med tiotals meter av sin totala höjd utskjutande över vattnet. Under sommarmånaderna, när lufttemperaturen stiger över fryspunkten, ytorna på dessa ishyllor är känsliga för smältning.

"Ytvatten på ishyllor har varit känt om under lång tid, " sa medförfattaren Dr. Ian Willis från Cambridges Scott Polar Research Institute. "För över 100 år sedan, medlemmar av både Shackletons Nimrod-team och Northern Party-teamet från Scotts British Antarctic Expedition kartlade och registrerade vatten på Nansen Ice Shelf, cirka 300 kilometer från där vi gjorde vår studie på McMurdo Ice Shelf. Under de senaste decennierna, Det har också varit möjligt att se utbrett ytsmältvatten bildas på många ishyllor varje sommar från satellitbilder."

Vad som inte är helt känt är i vilken utsträckning ytvatten kan destabilisera en ishylla, speciellt under varmare somrar då mer smältvatten produceras. Om ishyllans lutning är tillräckligt brant, vattnet kan rinna från ishyllan till havet i stora ytfloder, mildrande mot eventuell instabilitet.

Faran kommer om vatten samlas i ytsänkningar på ishyllan och bildar stora sjöar. Den extra vikten av vattnet kommer att trycka ner på den flytande isen, får den att sjunka en bit längre ner i havet. Runt sjökanten, isen kommer att böjas uppåt för att kompensera. "Om sjön sedan dräneras, ishyllan kommer nu att böjas tillbaka, stiger upp där sjön låg, sjunker ner runt kanten, " sa huvudförfattaren Dr. Alison Banwell, även från SPRI. "Det är denna fyllning och dränering av sjöar som får ishyllan att böjas, och om spänningarna är tillräckligt stora, frakturer kan också utvecklas."

Banwell och medförfattaren professor Doug MacAyeal från University of Chicago hade tidigare föreslagit att fyllningen och dräneringen av hundratals sjöar kan ha lett till det katastrofala sönderfallet av Larsen B Ice Shelf 2002 när 3, 250 kvadratkilometer is gick förlorad på bara några dagar.

"Vi hade kunnat modellera den snabba sönderdelningen av den ishyllan via vår smältvattenbelastningsinducerade sprickmekanism, " sade Banwell. "Men, problemet var att ingen faktiskt hade mätt ishyllans flexibilitet och fraktur i fält, och så vi kunde inte helt begränsa parametrarna i vår modell. Det är delvis därför vi satte oss för att försöka mäta processen på McMurdo ishylla."

Med hjälp av helikoptrar, snömaskiner och sina egna två fötter, forskarna satte upp en serie trycksensorer för att övervaka höjningen och sänkningen av vattennivåer i sänkor som fylldes till sjöar, och GPS-mottagare för att mäta små vertikala rörelser av ishyllan.

"Det var mycket arbete att skaffa data, men de avslöjar en fascinerande historia, ", sa MacAyeal. "Det mesta av GPS-signalen beror på havets tidvatten, som flyttar den flytande ishyllan upp och ner med flera meter två gånger om dagen. Men när vi tog bort den här tidvattensignalen hittade vi några GPS-mottagare flyttade ner, sedan upp med cirka en meter under några veckor medan andra, bara några hundra meter bort, rörde sig knappt alls. De som rörde sig nedåt och uppåt mest låg där sjöar fylldes och dränerades, och det var relativt lite rörelse bort från sjöarna. Det är denna differentiella vertikala rörelse som visar att ishyllan böjer sig. Vi hade förväntat oss detta resultat, men det var väldigt trevligt när vi hittade det. "

Teamet hoppas att deras arbete kommer att inspirera andra att leta efter bevis på flex och fraktur på andra ishyllor runt Antarktis. Deras arbete kommer också att hjälpa till att utveckla inlandsismodeller som kan användas för att förutsäga stabiliteten hos ishyllor i framtiden och för att förstå kontrollerna för ishyllans storlek eftersom de fungerar som buffertar mot snabbrörlig is från kontinenten. När ishyllorna krymper, glaciärer och isströmmar bakom dem flyter snabbare till havet, bidrar till den globala havsnivåhöjningen.