A tudósok hatalmas talajvízrendszert fedeztek fel az antarktiszi jég alatti üledékekben

Chloe Gustafson vezető szerző és Megan Seifert hegymászó geofizikai műszereket telepítettek a talajvíz mérésére a Whillans Ice Stream alatt, Nyugat-Antarktiszon. Köszönetnyilvánítás: Keri Kee/Lamont-Doherty Föld Obszervatórium

A korábban fel nem térképezett víztározók felgyorsíthatták a gleccsereket és szenet szabadíthattak fel.

Sok kutató úgy véli, hogy a folyékony víz kulcsfontosságú a gleccserekben található fagyott forma viselkedésének megértéséhez. Ismeretes, hogy az olvadékvíz meglágyítja a kavicsos alapjait és felgyorsítja a tenger felé vonulását. Az elmúlt években az Antarktiszon a tudósok több száz egymással összefüggő jelenséget fedeztek fel Folyékony tavak és folyók Maga a jég fenyegetett. A jég alatt vastag üledékmedencéket fényképeztek, amelyek valószínűleg a valaha volt legnagyobb víztározókat tartalmazzák. De ez idáig senki sem erősítette meg, hogy jelentős mennyiségű folyékony víz van jelen a jég alatti üledékekben, és azt sem vizsgálták, hogyan lép kölcsönhatásba a jéggel.

Egy kutatócsoport most először térképezett fel egy hatalmas, aktívan keringő talajvíz rendszert a Nyugat-Antarktisz mély üledékeiben. Szerintük az ilyen, valószínűleg az Antarktiszon elterjedt rendszereknek még ismeretlen hatásai lehetnek arra, hogy a fagyott kontinens hogyan reagál az éghajlatváltozásra, vagy hozzájárulhat ahhoz. Tegye közzé a kutatást a folyóiratban Tudomány 2022. május 5-én.

Felmérési oldalak a Whillans Ice Streamen. Két közterületen elektromágneses képalkotó állomásokat állítottak fel (sárga jelek). A csapat szélesebb területekre utazott, hogy egyéb feladatokat hajtson végre, amit piros pontok jeleznek. Kattintson a képre a nagyobb változat megtekintéséhez. Köszönetnyilvánítás: Chloe Gustafson jóvoltából

A tanulmány vezető szerzője, Chloe Gustafson, aki végzős hallgatóként végezte a kutatást[{” attribute=””>Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory. “The amount of groundwater we found was so significant, it likely influences ice-stream processes. Now we have to find out more and figure out how to incorporate that into models.”

Scientists have for decades flown radars and other instruments over the Antarctic ice sheet to image subsurface features. Among many other things, these missions have revealed sedimentary basins sandwiched between ice and bedrock. But airborne geophysics can generally reveal only the rough outlines of such features, not water content or other characteristics. In one exception, a 2019 study of Antarctica’s McMurdo Dry Valleys used helicopter-borne instruments to document a few hundred meters of subglacial groundwater below about 350 meters of ice. But most of Antarctica’s known sedimentary basins are much deeper, and most of its ice is much thicker, beyond the reach of airborne instruments. In a few places, researchers have drilled through the ice into sediments, but have penetrated only the first few meters. Thus, models of ice-sheet behavior include only hydrologic systems within or just below the ice.

Coauthor Matthew Siegfried pulls up a buried electrode wire. Credit: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

This is a big deficiency; most of Antarctica’s expansive sedimentary basins lie below current sea level, wedged between bedrock-bound land ice and floating marine ice shelves that fringe the continent. They are thought to have formed on sea bottoms during warm periods when sea levels were higher. If the ice shelves were to pull back in a warming climate, ocean waters could re-invade the sediments, and the glaciers behind them could rush forward and raise sea levels worldwide.

The researchers in the new study concentrated on the 60-mile-wide Whillans Ice Stream, one of a half-dozen fast-moving streams feeding the Ross Ice Shelf, the world’s largest, at about the size of Canada’s Yukon Territory. Prior research has revealed a subglacial lake within the ice, and a sedimentary basin stretching beneath it. Shallow drilling into the first foot or so of sediments has brought up liquid water and a thriving community of microbes. But what lies further down has been a mystery.

2018 végén egy USAF LC-130 sírepülőgép lelőtte Gustafsont, Kerry Key Lamont Doherty geofizikust, Matthew Siegfried Colorado School of Mines geofizikust és Megan Seifert hegymászót a Whillanson. Küldetésük: az üledékek és tulajdonságaik jobb feltérképezése közvetlenül a felszínre helyezett geofizikai eszközökkel. Távolról sem segít, ha valami rosszul sül el, hat hét fárasztó utazás, hóban való ásás, gépek ültetése és számtalan egyéb házimunka kell hozzá.

A csapat a mágneses képalkotás nevű technológiát használta, amely a bolygó légkörében keletkező természetes elektromágneses energia behatolását méri a Földbe. A jég, az üledék, az édesvíz, a sós víz és az alapkőzet különböző mértékben vezeti az elektromágneses energiát; A különbségek mérésével a kutatók MRI-szerű térképeket készíthetnek különböző elemekről. A csapat egy-egy napra hógödrökbe ültette szerszámait, majd kiásták és áthelyezték, végül körülbelül negyven helyen mértek le. Újraelemezték a Földről kiáramló természetes szeizmikus hullámokat is, amelyeket egy másik csapat gyűjtött össze a mögöttes kőzet, üledék és jég jellemzésére.

Elemzésük kimutatta, hogy helytől függően az üledék fél kilométerről közel két kilométerre nyúlik a jégalap alá, mielőtt elérné a palát. Megerősítették, hogy az üledéket folyékony vízzel töltötték az út során. A kutatók becslése szerint, ha teljesen kitermelnék, 220-820 méter magas vízoszlopot alkotna – ez legalább 10-szer sekélyebb, mint a sekély hidrológiai rendszerek a jégbázison belül és a jégbázison belül – és valószínűleg sokkal többet is. .

A sós víz jobban vezeti az energiát, mint az édesvíz, így azt is meg tudták mutatni, hogy a talajvíz a mélységgel sósabbá válik. Ez logikus, mondta Key, mert az üledékről azt tartják, hogy régen tengeri környezetben keletkeztek. Az óceán vizei utoljára körülbelül 5000-7000 évvel ezelőtt érhették el a Whillans által lefedett területet egy meleg időszakban, és telítették az üledékeket sós vízzel. Amikor a jég ismét előrehaladt, nyilvánvaló volt, hogy a felülről nyomás és a jégalap súrlódása miatt megolvadó édesvíz egyértelműen a felső üledékekbe szorult. Key azt mondta, hogy ma is folytathatja a szűrést és a keveredést.

A kutatók szerint az édesvíz ilyen lassú levezetése az üledékbe megakadályozhatja a víz felhalmozódását a jég alján. Ez fékezi a jég előrehaladását. Más tudósok mérései a jégáram vezetékes vonalán – azon a ponton, ahol a szárazföldi jégáramlat találkozik az úszó jégtakaróval – azt mutatják, hogy az ottani víz valamivel kevésbé sós, mint a normál tengervíz. Ez azt jelzi, hogy édesvíz áramlik az üledéken keresztül az óceánba, így több olvadékvíz jut be, és stabilan tartja a rendszert.

A kutatók szerint azonban, ha a jég felszíne túl vékony – ez külön lehetőség a klíma melegedésével –, a víz áramlási iránya megfordítható. A felfüggesztett nyomás csökkenni fog, és a mélyebb talajvíz elkezdhet folyni a jégalap felé. Ez növelheti a jégalap kenését és növelheti annak előrehaladását. (Whillans már napi 1 méterrel halad a tenger felé – túl gyorsan a gleccserek számára.) Sőt, ha a mély talajvíz felfelé áramlik, elszállíthatja a palában természetesen keletkező geotermikus hőt. Ez megolvaszthatja a jégalapot és előrenyomhatja azt. De nem világos, hogy ez megtörténik-e és milyen mértékben.

„Végső soron nincs jelentős korlátozásunk az üledék áteresztőképességére vagy a víz áramlási sebességére vonatkozóan” – mondta Gustafson. Hatalmas változás lenne, ami gyors reakciót generálna? Vagy a talajvíz kisebb szerepet játszik a jégáramlás nagy tervében? „

A kutatók szerint a mikrobák ismert jelenléte a sekély üledékekben újabb ráncokat hoz létre. Valószínű, hogy ez a medence és mások lakottak voltak lent; És ha a talajvíz emelkedni kezd, kivonja az oldott szenet, amit ezek az élőlények felhasználnak. A talajvíz oldalirányú áramlása ezután ennek a szénnek egy részét az óceánba küldi. Ezzel az Antarktist egy korábban nem vett szénforrássá változtatná egy olyan világban, amelyben már úszik. De a kérdés ismét az, hogy ennek lesz-e jelentős hatása, mondta Gustafson.

A kutatók szerint az új tanulmány csak a kezdete a kérdések megválaszolásának. Azt írták: „A mély talajvíz dinamikája létezésének megerősítése megváltoztatta a gleccseráramlatok viselkedéséről alkotott elképzeléseinket, és arra kényszerít bennünket, hogy módosítsuk a szubglaciális vízmodelleket.”

További szerzők: Helen Fricker, a Scripps Institution of Oceanography munkatársa, J. Paul Winberry a Central Washington Egyetemről, Ryan Ventorelli a Tulane Egyetemről és Alexander Michaud, a Bigelow Oceanographic Laboratory munkatársa. Chloe Gustafson jelenleg a Scripps posztdoktori kutatója.

Hivatkozás: „A sós talajvíz dinamikus rendszere antarktiszi jégfolyamon lefelé térképezve”, Chloe D. Gustafson, Keri K, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. 2022. május Tudomány.
DOI: 10.1126 / science.abm3301