Foto av en glaciär. Kredit:Kenichiro Tani
När inlandsisar smälter händer något konstigt och mycket kontraintuitivt med havsnivåerna.
Det fungerar i princip som en gungbräda. I området nära där dessa massor av glacialis smälter sjunker havsnivåerna. Men tusentals mil bort, de faktiskt stiger. Det sker till stor del på grund av förlusten av en gravitationskraft mot inlandsisen, vilket får vattnet att skingras bort. Mönstren har kommit att kallas havsnivåfingeravtryck eftersom varje smältande glaciär eller inlandsis påverkar havsnivån unikt. Delar av konceptet – som ligger i hjärtat av förståelsen att globala havsnivåer inte stiger enhetligt – har funnits i över ett sekel och modern havsnivåvetenskap har byggts upp kring det. Men det har länge funnits ett problem med den allmänt accepterade teorin. Ett fingeravtryck vid havsnivån har aldrig definitivt upptäckts av forskare.
Ett team av forskare – ledda av Harvard-alumnen Sophie Coulson och med Harvard-geofysikern Jerry X. Mitrovica – tror att de har upptäckt den första. Fynden beskrivs i en ny studie publicerad i torsdags i Science . Arbetet bekräftar nästan ett sekel av havsnivåvetenskap och hjälper till att stärka förtroendet för modeller som förutsäger framtida havsnivåhöjning.
"Projektioner på havsnivå, stadsplanering och kustplanering - allt detta - har byggts på idén om fingeravtryck", säger Mitrovica, professor i vetenskap vid Frank B. Baird Jr. vid institutionen för jord- och planetvetenskap. "Det är därför fingeravtryck är så viktiga. De låter dig uppskatta hur geometrin för havsnivåförändringarna kommer att se ut... så vi har nu mycket mer förtroende för hur havsnivåförändringar kommer att utvecklas... Om fingeravtrycksfysiken var" Om det inte stämmer, så måste vi ompröva all modern havsnivåforskning."
Fingeravtryck vid havsnivå har varit notoriskt svåra att upptäcka på grund av de stora fluktuationerna i havsnivåer som orsakats av förändrade tidvatten, strömmar och vindar. Det som gör det till en sådan gåta är att forskare försöker detektera vattnets rörelser på millimeternivå och koppla dem till smältande glaciärer tusentals kilometer bort.
Mitrovica jämförde sökningen med den efter den subatomära partikeln Higgs-bosonen.
"Nästan alla fysiker trodde att Higgs existerade, men det var ändå en transformerande prestation när det var fast upptäckt," sade Mitrovica. "Inom havsnivåfysiken antog nästan alla att fingeravtrycken fanns, men de hade aldrig upptäckts på en jämförbar nivå av förtroende."
Den nya studien använder nysläppta satellitdata från en europeisk marin övervakningsmyndighet som fångar över 30 års observationer i närheten av Grönlands inlandsis och mycket av havet nära mitten av Grönland för att fånga gungbrädan i havsnivåer från fingeravtrycket .
Satellitdatan fångade Mitrovica och kollegan David Sandwell från Scripps Institute of Oceanography. Vanligtvis hade satellitposter från denna region bara sträckt sig upp till den södra spetsen av Grönland, men i denna nya version nådde data tio grader högre latitud, vilket gjorde att de kunde se en potentiell antydan om gungbrädan orsakad av fingeravtrycket.
Mitrovica vände sig snabbt till Coulson, en före detta Ph.D. student i Mitrovicas labb och nu postdoktor vid Los Alamos National Laboratory, för att verifiera om detta verkligen var fingeravtryckssignalen som havsnivåforskare hade jagat i årtionden.
"Hon var den bästa personen att … noggrant modellera hur fingeravtrycket skulle se ut med tanke på vår förståelse av hur Grönlands inlandsis har tappat massa, och hon kunde fastställa om den förutsägelsen matchade satellitobservationen", sa Mitrovica.
Coulson, en expert på att modellera förändringar i havsnivån och jordskorpans deformation i samband med smältning av inlandsisar och glaciärer, besökte familjen i Storbritannien när datamängderna träffade hennes inkorg. Hon insåg omedelbart potentialen, sa hon.
Coulson samlade snabbt in tre decennier av de bästa observationerna hon kunde hitta på ishöjdsförändringar inom Grönlands inlandsis samt rekonstruktioner av glaciärhöjdsförändringar över kanadensiska Arktis och Island. Hon kombinerade dessa olika datamängder för att skapa förutsägelser om havsnivåförändringar i regionen från 1993 till 2019, som hon sedan jämförde med de nya satellitdata. Passformen var perfekt. En en-till-en-match som med mer än 99,9 % tillförsikt visade att mönstret av havsnivåförändringar som avslöjas av satelliterna är ett fingeravtryck av det smältande inlandsisen.
"Jag var helt förvånad, där var det - ett fingeravtryck vid havsnivån, bevis på deras existens," sa Coulson. "Detta var ett riktigt, riktigt spännande ögonblick för oss alla. Det finns väldigt få ögonblick inom vetenskapen som ger så enkel, anmärkningsvärd klarhet om komplexa jordprocesser."
"Detta arbete, som leds så anmärkningsvärt av Sophie, är en av höjdpunkterna i min karriär, ett bokslut på allt det teoretiska och beräkningsarbete som vi har byggt upp med en gemenskap av internationella kollegor", tillade Mitrovica, som var den första som presentera modeller och förutsägelser om hur fingeravtryck vid havsnivå ska se ut.
Vetenskaplig forskning tar vanligtvis år att ta fram resultaten och sedan dras in i ett papper, men här kunde forskarna agera snabbt. Totalt tog processen bara några månader från det att de såg satellitdatan tills de skickade in verket.
Det beror på att huvuddelen av benarbetet redan var gjort. Mycket av teorin, teknologin och metoderna hade alla redan utvecklats väl och avancerade sedan Mitrovica och hans team presenterade sitt arbete med havsnivåfingeravtryck för cirka 20 år sedan – beräkningar som var allmänt accepterade och som har tagits med i nästan alla modeller som förutsäger havsnivån stiga.
"Det här var högrisk, hög belöning vetenskap och ingen förväntade sig en upptäckt så snabbt. Vi fick otroligt mycket nytta av de grupper som stödde oss, särskilt Star-Friedman Challenge", sa Mitrovica.
Nu när det första fingeravtrycket vid havsnivån har upptäckts är frågan med de största globala konsekvenserna nu vart allt detta leder.
"Fler upptäckter kommer att komma," sa Mitrovica. "Snart kommer fingeravtrycksfysikens fulla kraft att vara tillgänglig för att projicera havsnivåförändringar in i nästa decennium, århundradet och därefter." + Utforska vidare
