Forskare mäter topografin för en exponerad glaciärsäng vid Castleguard Glacier i Rocky Mountains i Alberta, Kanada. Upphovsman:Keith Williams, bidragit av Christian Helanow.
Fältfoton visar det hårda, grovt land som några glaciärer glider över:steniga kupoler och gupp i granit, steniga steg och fördjupningar i kalksten. Glaciärsängarna dvärgar forskarna och deras instrument. (Liksom de höga bergen på de olika horisonterna.)
Under sina resor till glaciärsängar nyligen avslöjade av reträttande glaciärer i de schweiziska alperna (Rhône, Schwarzburg och Tsanfleuron glaciärer) och Canadian Rockies (Castleguard Glacier), fyra glaciologer använde laser- och drone -teknik för att exakt mäta steniga sängar och registrera deras mycket olika konturer.
Forskarna gjorde mätningarna till högupplösta digitala modeller av dessa glaciärsängar. Sedan gick de till jobbet med hanterbara men representativa underenheter av modellerna för att studera hur glaciärer glider längs berggrunden.
"Det enklaste sättet att säga det är att vi studerade förhållandet mellan krafterna vid glaciärens bas och hur snabbt glaciären rör sig, "sa Neal Iverson, en professor i geologiska och atmosfäriska vetenskaper vid Iowa State University och studieledaren.
Små kraftförändringar, stora hastighetsändringar
Den resulterande glaciär "slip law" som utvecklats av teamet beskriver att "förhållandet mellan krafter som utövas av is och vatten på sängen och glaciärhastigheten, "Sade Iverson. Och den glidlagen kan användas av andra forskare för att bättre uppskatta hur snabbt isen flödar ut i haven, tappa isen och höja havsnivån.
Förutom Iverson, studieteamet inkluderade Christian Helanow, en postdoktor vid Iowa State från 2018 till 2020 och för närvarande en postdoktor i matematik vid Stockholms universitet i Sverige; Lucas Zoet, en postdoktor vid Iowa State från 2012 till 2015 och för närvarande assisterande professor i geovetenskap vid University of Wisconsin-Madison; och Jacob Woodard, doktorand i geofysik i Wisconsin.
Ett bidrag från National Science Foundation stödde teamets arbete.
Helanow är den första författaren till ett papper som just publicerats online av Vetenskapliga framsteg som beskriver den nya halklagen för glaciärer som rör sig på berggrunden.
Helanows beräkningar - baserade på en datormodell av fysiken för hur is glider över och skiljer sig lokalt från grov berggrund - och den resulterande glidlagen indikerar att små förändringar i kraft vid glaciärbädden kan leda till stora förändringar i glaciärhastigheten.
Den exponerade sängen vid Schwarzburg -glaciären i de schweiziska alperna. Upphovsman:Neal Iverson.
Mäter till tum
Forskarna använde två metoder för att samla in högupplösta mätningar av topografierna av nyligen exponerade bergglaciärbäddar. De använde markbaserad lidar-mappningsteknik för att ta detaljerade 3D-mätningar. Och, de skickade upp drönare för att fotografera sängarna från olika vinklar, möjliggör detaljerad plottning av topografi till en upplösning på cirka 4 tum.
"Vi använde faktiska isbäddar för den här modellen, i sin helt 3D, oregelbundna former, "Iverson sa." Det visar sig att det är viktigt. "
Tidigare insatser som använts idealiserade, 2-D-modeller av glaciärsängar. Forskarna har lärt sig att sådana modeller inte är tillräckliga för att härleda halklagen för en hård säng.
"Det viktigaste vi har gjort, "Sa Helanow, "observeras användningen, snarare än idealiserad, glaciärsängar för att se hur de påverkar glidande glidning. "
En universell sliplag?
Arbetet följer en annan sliplag som bestäms av Zoet och Iverson som publicerades i april 2020 av tidskriften Science.
Det finns några viktiga skillnader mellan de två:Den första glidlagen förklarar isens rörelse över mjuk, deformerbar mark, medan den andra adresserar glaciärer som rör sig över hårda sängar. (Båda sängtyperna är vanliga under glaciärer och inlandsisar.) Och, den första stöds av experimentella data från en laboratorieenhet som simulerar glidning vid en glaciärs bädd, snarare än att baseras på fältmätningar av tidigare glaciärbäddar och datormodellering.
Ändå, de två sliplagarna slutade med liknande matematiska former.
"De är väldigt lika - oavsett om det är en lag om mjuka sängar eller hårda sängar, "Iverson sa." Men det är viktigt att inse att processerna är olika, konstanterna i ekvationerna har ganska olika värden för hårda och mjuka sängar. "
Det får forskarna att tänka framåt för mer numerisk analys:"Dessa resultat, " de skrev, "kan peka på en universell glidlag som skulle förenkla och förbättra uppskattningarna av glaciärutsläpp till haven."
