När lufttemperaturen i Antarktis stiger och glaciärisen smälter kan vatten samlas på ytan av flytande ishyllor, tynga ner dem och få isen att böjas. Nu, för första gången på fältet, har forskare visat att ishyllor inte bara spricker under tyngden av smältvattensjöar – de spricker.
När klimatet värms upp och smälthastigheterna i Antarktis ökar, kan denna sprickbildning få känsliga ishyllor att kollapsa, vilket gör att inlandsglaciärisen rinner ut i havet och bidrar till havsnivåhöjningen.
Ishyllor är viktiga för den antarktiska inlandsisens allmänna hälsa eftersom de verkar för att stötta eller hålla tillbaka glaciärisen på land. Forskare har förutspått och modellerat att belastning av ytsmältvatten kan få ishyllor att spricka, men ingen hade observerat processen i fält, förrän nu.
Den nya studien, publicerad i Journal of Glaciology , kan hjälpa till att förklara hur Larsen B-ishyllan plötsligt kollapsade 2002. Under månaderna innan dess katastrofala upplösning skräpade tusentals smältvattensjöar ner ishyllans yta, som sedan dränerades under bara några veckor.
För att undersöka effekterna av ytsmältvatten på ishyllans stabilitet, reste ett forskarlag ledd av University of Colorado Boulder, och inklusive forskare från University of Cambridge, till George VI Ice Shelf på Antarktishalvön i november 2019.
Först identifierade teamet en fördjupning eller "doline" i isytan som hade bildats av en tidigare sjödräneringshändelse där de trodde att smältvatten sannolikt skulle samlas igen på isen. Sedan gav de sig ut på snöskotrar och drog all sin vetenskapliga utrustning och säkerhetsutrustning bakom sig på slädar.
Runt doline installerade teamet GPS-stationer med hög precision för att mäta små höjdförändringar vid isytan, vattentryckssensorer för att mäta sjödjup och ett timelapse-kamerasystem för att ta bilder av isytan och smältvattensjöar var 30:e minut. .
2020 stoppade covid-19-pandemin deras fältarbete skriande. När teamet äntligen kom tillbaka till sin fältplats i november 2021 fanns bara två GPS-sensorer och en timelapse-kamera kvar; två andra GPS och alla vattentryckssensorer hade översvämmats och begravts i fast is.
Lyckligtvis fångade de överlevande instrumenten den vertikala och horisontella rörelsen av isytan och bilder av smältvattensjön som bildades och dränerades under den rekordhöga smältsäsongen 2019/2020.
GPS-data visade att isen i mitten av sjöbassängen böjde sig nedåt cirka en fot som svar på den ökade vikten från smältvatten. Detta fynd bygger på tidigare arbete som producerade de första direkta fältmätningarna av ishyllans buckling orsakad av smältvattendammande och dränering.
Teamet fann också att det horisontella avståndet mellan kanten och mitten av smältvattenssjöbassängen ökade med över en fot. Detta berodde med största sannolikhet på bildandet och/eller vidgningen av cirkulära sprickor runt smältvattensjön, som tidsförloppsbilderna fångade. Deras resultat ger det första fältbaserade beviset på att ishyllan spricker som svar på en ytsmältvattensjö som tynger isen.
"Detta är en spännande upptäckt", säger huvudförfattaren Alison Banwell, från Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) vid University of Colorado Boulder. "Vi tror att dessa typer av cirkulära sprickor var nyckeln i den kedjereaktionsliknande sjödräneringsprocessen som hjälpte till att bryta upp Larsen B Ice Shelf."
"Även om dessa mätningar gjordes över ett litet område, visar de att böjning och brott av flytande is på grund av ytvatten kan vara mer utbredd än man tidigare trott", säger medförfattaren Dr. Rebecca Dell från Cambridges Scott Polar Research Institute.
"När smältningen ökar som svar på förutspådd uppvärmning, kan ishyllor bli mer benägna att gå sönder och kollapsa än vad de är för närvarande."
"Detta har konsekvenser för havsnivån eftersom inlandsisens beläggning minskar eller tas bort, vilket gör att glaciärerna och isströmmarna kan strömma snabbare ut i havet", säger medförfattaren professor Ian Willis, också från SPRI.
Arbetet stöder modelleringsresultat som visar den enorma vikten av tusentals smältvattensjöar och efterföljande dränering fick Larsen B-ishyllan att böjas och gå sönder, vilket bidrog till dess kollaps.
"Dessa observationer är viktiga eftersom de kan användas för att förbättra modeller för att bättre förutsäga vilka antarktiska ishyllor som är mer sårbara och mest mottagliga för att kollapsa i framtiden," sa Banwell.
Mer information: Alison F. Banwell et al, observerad smältvatteninducerad böjning och fraktur vid en doline på George VI Ice Shelf, Antarktis, Journal of Glaciology (2024). DOI:10.1017/jog.2024.31
Journalinformation: Journal of Glaciology
Tillhandahålls av University of Cambridge
