Ett team av forskare har utvecklat en ny modell för att simulera både kalvning av isberg och de tsunamier som utlöses som ett resultat. Deras metod kan bidra till att förbättra riskbedömningen i kustområden och förfina de empiriska kalvningsmodeller som används för att utvärdera stigande havsnivåer.

Johan Gaume, en EPFL-expert inom laviner och geomekanik, har riktat sin uppmärksamhet mot is. Hans mål är att bättre förstå sambandet mellan storleken på ett isberg och amplituden av tsunamin som är ett resultat av dess kalvning. Gaume, tillsammans med ett team av forskare från andra forskningsinstitut, har precis presenterat en ny metod för att modellera dessa händelser. Deras arbete visas i Kommunikation Jord &Miljö .

Dessa forskare är de första som simulerar fenomenet med både glaciärsprickor och vågbildning när isberget faller i vattnet. "Vårt mål var att modellera den explicita interaktionen mellan vatten och is - men det har en betydande kostnad i termer av beräkningstid. Vi beslutade därför att använda en kontinuummodell, som är mycket kraftfull numeriskt och som ger resultat som är både avgörande och överensstämmer med mycket av experimentdata, säger Gaume, som leder EPFL:s Snow Avalanche Simulation Laboratory (SLAB) och är studiens motsvarande författare. De andra instituten som är involverade i studien är University of Pennsylvania, universitetet i Zürich, University of Nottingham, och Schweiz WSL Institute for Snow and Avalanche Research.

Förbättring av kalvningslagarna

Forskarnas metod kan också ge insikt i de specifika mekanismer som är involverade i glacial ruptur. "Forskare kan använda resultaten av våra simuleringar för att förfina kalvningslagarna som ingår i deras storskaliga modeller för att förutsäga havsnivåhöjningar, samtidigt som det ger detaljerad information om storleken på isberg, som representerar en ansenlig mängd massförlust, säger Gaume.

Kalvning sker när isbitar på kanten av en glaciär bryter av och faller i havet. Mekanismerna bakom brottet beror i allmänhet på hur högt vattnet är. Om vattennivån är låg, isberget bryter av från toppen av glaciären. Om vattennivån är hög, isberget är längre och bryter av från botten, innan de så småningom flyter upp till ytan på grund av flytkraft. Dessa olika mekanismer skapar isberg av olika storlekar – och därför vågor med olika amplituder. "En annan händelse som kan utlösa en tsunami är när ett isbergs tyngdpunkt ändras, får själva isberget att rotera, " säger Gaume. "Vi kunde simulera alla dessa processer."

På Grönland, forskarna placerade en serie sensorer vid Eqip Sermia, en 3 km bred utloppsglaciär av Grönlands inlandsis som slutar i en fjord med en 200 meter lång isklippa. Tillbaka 2014, ett isberg som mäter cirka 1 miljon meter ³ (motsvarande 300 simbassänger i olympisk storlek) bröt av framsidan av glaciären och orsakade en 50 m hög tsunami; vågen var fortfarande 3 m hög när den nådde den första befolkade kustlinjen cirka 4 km bort. Forskarna testade sin modelleringsmetod på storskaliga fältdatauppsättningar från Eqip Sermia samt med empiriska data om tsunamivågor erhållna i en laboratoriebassäng vid Deltares-institutet i Nederländerna.

Projekt i pipeline

Glaciärsmältning har blivit ett stort fokusområde för forskning idag som ett resultat av den globala uppvärmningen. En av forskare vid universitetet i Zürich som var involverade i studien startade ett nytt forskningsprojekt i år med finansiering från Swiss National Science Foundation. Detta projekt kommer att undersöka dynamiken hos Grönlands snabbast rörliga glaciär, Jakobshavn Isbrae, genom att kombinera data från enskilda fältexperiment på Grönland med resultaten av simuleringar som körs med SLAB-modellen. "Vår metod kommer också att användas för att modellera kedjor av komplexa processer som utlöses av gravitationsmassrörelser, som växelverkan mellan en stenlavin och en fjällsjö, säger Gaume.