Faror för antik is i Antarktis visar en framtid med snabbt stigande hav, men en ny studie kan lindra en gnagande rädsla:att dammar av smältvatten som spricker isen under dem kan orsaka utdragna kedjereaktioner som oväntat kollapsar flytande ishyllor. Även om ansamlat smältvatten spricker is, efterföljande kedjereaktioner verkar kortvariga.

Fortfarande, massiva ökningar av ytsmältning på grund av ovanligt varmt väder kan utlösa katastrofala ishyllor som den ikoniska hyllan "Larsen B, " som krossades 2002. Nu, en studie ledd av en forskare vid Georgia Institute of Technology har modellerat frakturkedjereaktioner och hur mycket vatten det skulle ta för en upprepning av det sällsynta, episk kollaps.

Larsen B:s sönderfall föregicks av en atypisk värmebölja som fyllde den med smältvattendammar, fokusera forskarnas uppmärksamhet på dammsprickning, även kallad hydrofrakturering. De upptäckte att en smältdamm som hydrospricker ishyllan kan få närliggande dammar att göra detsamma. Oron ökade för möjliga omfattande kedjereaktioner, som den nya studien tog upp.

För mycket smältvatten

"Kedjereaktionerna kommer inte att spridas så långt på ishyllan, sa Alex Robel, en biträdande professor vid Georgia Tech's School of Earth and Atmospheric Sciences. "I vanliga fall, det skulle ta många år för kedjereaktionerna att påverka ishyllornas integritet. Men det finns en varning. Dammar som ligger nära varandra och växer snabbt djupare kan förstöra isens integritet."

"Det finns en hastighetsbegränsning i studien som visar att en ishylla inte kan kollapsa löjligt snabbt, "sa medförfattaren Alison Banwell, en glaciologiforskare vid University of Colorado Boulder. "Dock, om det blir så täckt av smältvattendammar väldigt snabbt som Larsen B var, det kan kollapsa på liknande sätt." Hon tillade, "Flera hydrofrakturkedjor med ursprung i olika områden på en ishylla kan också leda till att ishyllan går sönder i större skala."

Forskarna publicerade sina resultat i tidskriften Geofysiska forskningsbrev den 24 oktober, 2019. Forskningen finansierades av National Science Foundation och Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences vid CU Boulder. En obesläktad, nyligen genomförd studie rapporterade ett rekordantal smältvattendammar på Antarktis.

"För närvarande finns det inte tillnärmelsevis tillräckligt med dammar på någon ishylla för en upprepning av Larsen B, men mycket smältvatten tynger ishyllorna och bidrar till skada på dem, sa Banwell, som hjälpte banbrytande hydrofrakturforskning på ishyllor.

Frågor och svar

Trasiga ishyllor i sig tillför inte mycket till havsnivån. Så, varför bry sig?

Ishyllor flyter i havet, där de redan bidrar till havsnivån, så när de går sönder eller smälter, de tillför inte mycket mer till det. Men många ishyllor trycker tillbaka mot glaciärer på land som driver upp havsnivån när de kommer in i havet.

Med hyllan borta, hastigheten på glaciärflödet kan hoppa fyra till tio gånger. Glaciologer var inte medvetna om detta förrän Larsen B, som var en kilometer (0,62 miles) tjock med en yta på 3, 250 kvadratkilometer (1, 250 kvadratkilometer), splittrades inom några veckor, och glacialflödet bakom det ökade.

"Vårt forskningsfält trodde att ishyllor inte var alltför viktiga, då visade Larsen B att det var felaktigt. Strävande av ishyllor är verkligen det som stabiliserar glaciärerna. Få frågor är mer betydande än de som denna studie tar upp, sa Brent Minchew, en biträdande professor i geofysik vid Massachusetts Institute of Technology.

Minchew var inte involverad i studien men sampublicerade nyligen en annan studie som relaterar till den. MIT-studien utesluter ett absolut mardrömslikt scenario med snabb glaciärsprickning på grund av försvinnandet av ishyllor. Men han och de andra forskarna upprepade att glaciärflödet ändå påskyndar slående när ishyllorna försvinner.

Också, de flesta antarktiska ishyllor bildades troligen under den senaste istiden, och det kan ta ytterligare en istid för att ersätta dem.

Hur fungerar hydrofracturing, och hur modellerade studien dess effekter?

När smältvattendammar ovanpå sprickor i isen blir tunga, de kan hydrofraktera isen.

"Vattentrycket koncentreras ner till en punkt som kallas en sprickspets. Det försöker trycka isär sprickan och göra den djupare, och isen trycker tillbaka. När vattnet blir tillräckligt djupt, den kan vinna och sprida sprickan till botten av ishyllan, "Sa Robel.

Vattnet rinner ner i sprickan, in i havet, sedan hoppar isen upp igen, skapa nya sprickor som kan få närliggande dammar att hydrofraktera, för. Studien visade att detta endast skulle omfatta ett litet antal dammar.

Bekvämt för Robel, som utforskar isdynamik med matematik, fysik, och datavetenskap, när ishyllor bildas, regimenterade matriser av ytbucklor visas i dem, och det är där dammarna samlas.

Robel kan tillämpa datavetenskapsmodellering som kallas cellulära automater-kända från pixelerade matrisliknande videospel-för att modellera hydrofrakturkedjereaktioner. Modellen producerar till och med animationer som forskarna döpte till "minsveparplotter" efter det klassiska 1990-talets datorspel.

Betyder studien att det är mindre risk än tidigare att glaciärflödet accelererar?

Nej, studien bidrar helt enkelt till vetenskaplig kunskap, och faktiskt, flödet av vissa glaciärer på Antarktis har redan ökat mycket.

"Kanske är den här mekanismen inte något vi behöver oroa oss lika mycket för. Men vi borde inte andas lättad eftersom det finns många andra sätt att snabbt få ut en hel massa is från Västantarktis, " sa Minchew.

Den kanske största potentialen för glaciärförlust är instabilitet där glaciärer vilar på marken intill havsvatten. En studie som Robel publicerade i juli förutspådde att instabilitet skulle vara extremt sannolikt att påskynda havsnivåhöjningen.

Hur bidrar denna studie till att främja glaciärforskningen?

Det gör det lättare att leta efter förebud om skador på ishyllan.

"Att titta på vattenvolymen på isytan är mycket lättare än att leta efter stressfel i isen, sa Banwell, som kommer att besöka Antarktis i november för att studera smältdammar på George IV ishylla.