Stigande havstemperaturer drev på smältningen av Antarktis istäcken och orsakade extrem havsnivåhöjning med mer än 100, 000 år sedan, visar en ny internationell studie ledd av UNSW Sydney.

Masssmältning av den västantarktiska istäcket var en viktig orsak till höga havsnivåer under en period som kallas den sista mellanistiderna (129, 000-116, 000 år sedan), ett internationellt team av forskare ledda av UNSW:s Chris Turney har hittat. Forskningen publicerades idag i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) . Den extrema isförlusten orsakade en flera meter höjning av den globala genomsnittliga havsnivån - och det tog mindre än 2°C havsuppvärmning för att det skulle inträffa.

"Vi förlorade inte bara mycket av den västantarktiska istäcket, men detta hände mycket tidigt under den sista mellanistidtiden, " säger Chris Turney, Professor i jord- och klimatvetenskap vid UNSW Sydney och huvudförfattare till studien.

Fina lager av forntida vulkanaska i isen hjälpte laget att peka ut när masssmältningen ägde rum. Alarmerande, resultaten visade att den största isförlusten inträffade under de första årtusendena, visar hur känsligt Antarktis är för högre temperaturer.

"Smältningen orsakades sannolikt av mindre än 2°C havsuppvärmning - och det är något som har stora konsekvenser för framtiden, med tanke på havstemperaturökningen och den västantarktiska smältningen som sker idag, " säger professor Turney.

Under den sista interglacialen, Polarhavets temperaturer var sannolikt mindre än 2°C varmare än idag, vilket gör det till en användbar period att studera hur framtida global uppvärmning kan påverka isdynamik och havsnivåer.

"Denna studie visar att vi skulle förlora större delen av den västantarktiska istäcket i en varmare värld, säger professor Turney.

I motsats till den östra antarktiska inlandsisen - som mestadels ligger på hög mark - vilar den västantarktiska inlandsisen på havsbotten. Den kantas av stora områden med flytande is, kallas ishyllor, som skyddar den centrala delen av arket.

När varmare havsvatten vandrar in i håligheter under ishyllorna, isen smälter underifrån, tunna hyllorna och göra den centrala inlandsisen mycket sårbar för värmande havstemperaturer.

Går tillbaka i tiden

För att genomföra sin forskning, Professor Turney och hans team reste till Patriot Hills Blue Ice Area, en plats belägen i periferin av den västantarktiska istäcket, med stöd från Antarctic Logistics and Expeditions (eller ALE).

Blåisområden är det perfekta laboratoriet för forskare på grund av sin unika topografi - de skapas av hårda, katabatiska vindar med hög densitet. När dessa vindar blåser över berg, de tar bort det översta lagret av snö och eroderar den exponerade isen. När isen tas bort, gammal is flyter upp till ytan, ger en inblick i inlandsisens historia.

Medan de flesta antarktiska forskare borrar ner i iskärnan för att extrahera sina prover, detta team använde en annan metod - horisontell iskärnaanalys.

"Istället för att borra kilometer ner i isen, vi kan helt enkelt gå över ett blåisområde och resa tillbaka genom årtusenden. Genom att ta prover av is från ytan kan vi rekonstruera vad som hände med denna dyrbara miljö i det förflutna, " säger professor Turney.

Genom isotopmätningar, teamet upptäckte en lucka i inlandsisen omedelbart före den sista interglacialen. Denna period av saknad is sammanfaller med den extrema höjningen av havsnivån, vilket tyder på snabb isförlust från det västantarktiska inlandsisen. Den vulkaniska askan, spårgasprover och urgammalt DNA från bakterier som fångades i isen stöder alla detta fynd.

Att lära av den sista mellanistiderna

Istidscykler inträffar ungefär var 100:e, 000 år på grund av subtila förändringar i jordens omloppsbana runt solen. Dessa istider skiljs åt av varma interglaciala perioder. The Last Interglacial är den senaste varma perioden till vår nuvarande interglaciala period, holocen.

Medan mänskligt bidrag till den globala uppvärmningen gör holocen unik, The Last Interglacial förblir en användbar forskningspunkt för att förstå hur planeten reagerar på extrema förändringar.

"Framtiden är på väg långt bortom räckvidden för allt vi har sett observerats i de vetenskapliga instrumentella uppgifterna under de senaste 150 åren, " säger professor Turney. "Vi måste titta längre in i det förflutna om vi ska hantera framtida förändringar."

Under den sista interglacialen, de globala medelhavsnivåerna var mellan 6 och 9 meter högre än idag, även om vissa forskare misstänker att detta kan ha nått 11m.

Havsnivåhöjningen i den sista interglacialen kan inte helt förklaras av smältningen av Grönlands inlandsis, vilket stod för en ökning med 2 miljoner, eller havsexpansion från varmare temperaturer och smältande bergsglaciärer, som tros ha orsakat en ökning på mindre än 1 m.

"Vi har nu några av de första stora bevisen på att Västantarktis smälte och drev en stor del av denna havsnivåhöjning, säger professor Turney.

Ett akut behov av att minimera framtida uppvärmning

Allvarligheten av isförlusten tyder på att den västantarktiska inlandsisen är mycket känslig för framtida havsuppvärmning.

"Den västantarktiska istäcket ligger i vattnet, och idag blir det här vattnet varmare och varmare, säger professor Turney, som också är chefsutredare för ARC Center of Excellence for Australian Biodiversity and Heritage (CABAH).

Med hjälp av data från deras fältarbete, teamet körde modellsimuleringar för att undersöka hur uppvärmningen kan påverka de flytande ishyllorna. Dessa hyllor stödjer för närvarande inlandsisen och hjälper till att bromsa isflödet från kontinenten.

Resultaten tyder på en havsnivåhöjning på 3,8 m under de första tusen åren av ett 2°C varmare hav. Det mesta av den modellerade havsnivåhöjningen inträffade efter förlusten av ishyllorna, som kollapsade under de första tvåhundra åren av högre temperaturer.

Forskarna är oroade över att ihållande höga havstemperaturer skulle få den östantarktiska istäcket att smälta, driva den globala havsnivån ännu högre.

"De positiva återkopplingarna mellan ett värmande hav, ishylla kollaps, och inlandssmältning tyder på att Västantarktis kan vara sårbart för att passera en tipppunkt, " betonade Dr Zoë Thomas, medförfattare och ARC Discovery Early Career Research Award (DECRA) Fellow vid UNSW.

"När den når vändpunkten, endast en liten temperaturökning skulle kunna utlösa abrupt istäckssmältning och en flera meter höjning av den globala havsnivån."

För närvarande, konsensus från Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) rapport 2013 tyder på att den globala havsnivån kommer att stiga mellan 40 cm och 80 cm under nästa århundrade, med Antarktis som bara bidrar med cirka 5 cm av detta.

Forskarna är oroade över att Antarktis bidrag kan vara mycket större än så här.

"Senaste prognoser tyder på att bidraget från Antarktis kan vara upp till tio gånger högre än IPCCs prognoser, vilket är djupt oroande, " säger professor Christopher Fogwill, medförfattare och chef för The Institute for Sustainable Futures vid UK University of Keele.

"Vår studie visar att den antarktiska istäcket kan ligga nära en tipppunkt, som en gång passerat kan förplikta oss till snabb havsnivåhöjning i årtusenden framöver. Detta understryker det akuta behovet av att minska och kontrollera utsläppen av växthusgaser som driver uppvärmningen idag."

I synnerhet, forskarna varnar för att denna vändpunkt kan vara närmare än vi tror.

"Paris klimatavtalet förbinder sig att begränsa den globala uppvärmningen till 2°C, helst 1,5°C, detta århundrade, säger professor Turney.

"Våra resultat visar att vi inte vill komma nära 2°C uppvärmning."

Professor Turney och hans team hoppas kunna utöka forskningen för att bekräfta hur snabbt den västantarktiska istäcket reagerade på uppvärmningen och vilka områden som först drabbades.

"Vi testade bara en plats, så vi vet inte om det var den första delen av Antarktis som smälte, eller om det smälte relativt sent. Hur dessa förändringar i Antarktis påverkade resten av världen är fortfarande ett enormt okänt när planeten värms upp i framtiden", säger han.

"Att testa andra platser kommer att ge oss en bättre uppfattning om de områden vi verkligen behöver övervaka när planeten fortsätter att värmas."