Voor de eerste keer, onderzoekers hebben nauwlettend waargenomen hoe de getijden van de oceaan de snelheid van gletsjerbewegingen op Antarctica kunnen versnellen of vertragen. De nieuwe gegevens zullen modelbouwers helpen beter te voorspellen hoe gletsjers zullen reageren op stijgende zeespiegels.

Caltech's Brent Minchew (PhD '16) en Mark Simons, samen met hun medewerkers en in samenwerking met het Italiaanse ruimteagentschap (ASI), exploiteerde vier COSMO-SkyMed-radar-imaging-satellieten op de Rutford Ice Stream in Antarctica. De satellieten verzamelden bijna negen maanden lang bijna continu gegevens vanuit verschillende hoeken.

De Rutford Ice Stream is een snelstromende rivier van ijs, ongeveer 300 kilometer lang en 25 kilometer breed, op West-Antarctica. Het verbindt gletsjers in de Ellsworth Mountains met de Filchner-Ronne Ice Shelf, een drijvend stuk ijs ongeveer zo groot als Californië. Gedreven door zijn eigen gewicht, de stroom vast ijs stroomt met een snelheid van ongeveer een meter per dag bergafwaarts in de richting van de zee, hoewel die snelheid met maar liefst 20 procent varieert met de getijden.

De variabiliteit wordt aangedreven door de interacties van het ijs met de oceaan. Bij eb, het drijvende ijs zakt ver genoeg weg om als een zinkend schip op de zeebodem te gronden, waardoor een ijsverkeersopstopping ontstaat die tot 100 kilometer stroomopwaarts kan worden gedetecteerd. Als het tij weer opkomt, het ijs stijgt van de zeebodem en stroomt weer vrij.

"Een opkomend tij tilt alle schepen op, en het tilt ook al het ijs op, " zegt Minchew, een promovendus bij Caltech tijdens het uitvoeren van het onderzoek en nu een postdoctoraal onderzoeker de British Antarctic Survey. Minchew is de hoofdauteur van een paper over de studie die werd gepubliceerd door de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek op 22 november.

De ijsstroom was zo gevoelig voor de verandering in getijden dat Simons en Minchew de individuele invloeden van zonne- en maangetijden konden detecteren.

De zonne- en maangetijden van de planeet worden veroorzaakt door het trekken van de zon en de maan, respectievelijk, op de aarde. Hoogwater vindt gelijktijdig plaats aan de zijden van de aarde die naar en van de zon en de maan zijn gericht, omdat hun aantrekkingskracht een uitstulping veroorzaakt, of vloed, op de planeet.

De maan- en zonnegetijden zijn niet perfect synchroon:de maantij cycli van hoog naar laag elke 12-en-een-half uur, terwijl het zonnetij elke 12 uur wisselt. Als die twee cycli perfect op elkaar aansluiten, de zee ervaart haar sterkste getijden. Wanneer ze het meest verkeerd zijn uitgelijnd, de zee ervaart haar zwakste getijden.

Eerdere pogingen om het effect van het getij op de glaciale beweging te onderzoeken, waren gebaseerd op het plaatsen van een GPS-apparaat direct op het ijs. Deze techniek, echter, geeft informatie voor slechts één bewegingspunt.

Het Caltech-team verzamelde in plaats daarvan paren afbeeldingen die vanaf dezelfde locatie in de ruimte waren genomen, maar op verschillende tijdstippen, dus niet alleen beweging van een enkel punt, maar continu volgen van elke vierkante centimeter van het oppervlak van de ijsstromen. (IJs beweegt niet als één vaste vaste massa, maar het stroomt eerder als een ongelooflijk stroperige siroop - zijn beweging wordt vaak vergeleken met die van koude honing. Als zodanig, de beweging van één punt geeft alleen de meest elementaire informatie over de hele gletsjer.) Verder, de verscheidenheid aan kijkhoeken van de constellatie van satellieten bood driedimensionale informatie over de beweging van het ijs en onthulde, bijvoorbeeld, dat de drijvende ijsplaat sneller bewoog, wat aantoont dat het aardingseffect inderdaad verantwoordelijk was voor veranderingen in de snelheid van het ijs.

Studies over gletsjerbewegingen kunnen belangrijke gegevens opleveren voor wetenschappers die willen modelleren hoe gletsjers zullen reageren op de effecten van klimaatverandering.

"De reactie van ijsstroom op veranderingen in zeeniveau en oceaantemperatuur heeft een directe impact op de hedendaagse zeespiegelstijging, " zegt Simons, hoogleraar geofysica aan Caltech. "Het kwantificeren hiervan is van cruciaal belang om te begrijpen hoe Antarctica de komende decennia en eeuwen zal evolueren naarmate het klimaat warmer wordt en de gletsjers die in de zee eindigen, worden blootgesteld aan warmer oceaanwater."

Met warmer water en hoge zeespiegels, gletsjers zullen sneller in zee stromen, smelten sneller als ze het water bereiken.

Nu al, de studie heeft verrassende informatie opgeleverd over de sterkte van ijs en het vermogen ervan om vervorming als gevolg van glaciale stress te weerstaan. Zoals het blijkt, ijs is zwakker langs de randen van stromende gletsjerstromen dan eerder werd vermoed. Dezelfde technologie en techniek zou kunnen worden gebruikt om de beweging van gletsjers wereldwijd te bestuderen, zegt Minchew.