In maart 2002, toen satellietbeelden aantoonden dat 1300 vierkante mijl van Antarctica's Larsen B-ijsplaat - een plaat groter dan de staat Rhode Island - was gefragmenteerd in een massa drijvende ijsbrokken, wetenschappers begonnen de poolgebieden van de aarde op een nieuwe manier te bekijken.

"Plots was de mogelijkheid dat de opwarming van de aarde een snelle verandering in de ijzige poolwereld zou veroorzaken reëel, " zei poolgeofysicus Robin Bell, hoofdwetenschapper voor het veranderende ijs, Veranderend Coastlines-initiatief bij Columbia's Lamont Doherty Earth Observatory. Toen Larsen B uit elkaar brak, de gletsjers die de ijsplaat voedden, begonnen sneller in zee te glijden, toe te voegen aan zijn volume. "Lange tijd dachten mensen dat ijsplaten er niet toe deden, maar toen Larson B uit elkaar ging en we de ijsstromen zagen versnellen, we wisten dat ze ertoe deden."

In antwoord, Bell en haar collega's ontwikkelden een project om 's werelds grootste blok drijvend ijs te monitoren. Twee jaar lang, het Rosetta-Ice Project heeft over de Ross-ijsplaat van Antarctica gevlogen, het samenstellen van een ongekend beeld van de structuur en hints van hoe die structuur in de loop van de tijd verandert. Rosetta zal dit najaar voor de laatste keer vliegen, maar de wetenschappelijke erfenis van het project blijft de komende decennia bloeien.

Waarom ijsplateaus belangrijk zijn

De grote ijskappen die Groenland en Antarctica bedekken, bevatten genoeg water om de zeespiegel wereldwijd met meer dan 200 voet te verhogen. Voor de context, een derde van de wereldbevolking leeft binnen ongeveer 100 meter van de zeespiegel, en veel van 's werelds grootste steden liggen in de buurt van een oceaan. IJsplaten - drijvende platforms van ijs - helpen de ijskappen veilig op het land te houden.

De Ross-ijsplaat beslaat een gebied zo groot als Frankrijk, is een paar honderd meter dik en speelt een cruciale rol bij het in stand houden van de West-Antarctische ijskap door het ijs te ondersteunen dat constant over het landoppervlak beweegt. Waar de Oost- en West-Antarctische ijskappen in zee uitmonden, gletsjers en ijsstromen smelten samen om de ijsplaat te vormen. Terwijl het ijs blijft stromen, zeewater kan smelten en opnieuw bevriezen aan de onderkant van het schap veroorzaken. Aan de voorkant van de ijsplaat, ijsbergen kalven af, het verlaten van een ijsklif die tot 50 meter boven het zeeoppervlak reikt. Deze interacties tussen oceaan, ijs en steen roepen veel vragen op die het Rosetta-team hoopt te beantwoorden.

IJsplanken, zoals ijsbergen, bevinden zich voornamelijk onder de waterlijn. Dit betekent dat het grootste deel van de plank niet zichtbaar is voor het blote oog. Tien jaar geleden, wetenschappers wilden een manier vinden om te bestuderen hoe het ijs, oceaan, en het onderliggende land interageren, zodat ze potentiële veranderingen in de ijsplaat door klimaatverandering kunnen identificeren. Dus ontwikkelden Bell en een collega het idee voor een project dat dat niveau van begrip van de Ross-ijsplaat zou bereiken. Destijds, de geavanceerde apparatuur die nodig was om boven en onder en in de ijsplaat te graven, moest nog worden ontwikkeld.

Dat veranderde met de American Recovery and Reinvestment Act van 2009. Bells team kreeg een subsidie ​​van meerdere miljoenen om IcePod te ontwikkelen, een geïntegreerd ijsbeeldvormingssysteem dat zowel het ijsoppervlak als het ijsbed in detail kan meten. Het systeem is ingesloten in een pod die op de achterdeur van een vliegtuig is gemonteerd. De pod is uitgerust met instrumenten die een reeks metingen verzamelen en wordt ingezet voor routinematige en gerichte missies over Antarctica en Groenland. Met de mogelijkheid om regelmatig gelijktijdige gegevens te verzamelen over de verandering in ijsvolume en de onderliggende processen, Met IcePod kunnen onderzoekers niet alleen onderzoeken "hoe snel" de ijskappen veranderen, maar ook "waarom".

"We realiseerden ons dat we nu de tools hadden, we stelden een project samen en werden het eerste team in 50 jaar dat systematisch de Ross Ice Shelf bestudeerde, " zei Bel.

Het Rosetta-Ice-project, genoemd naar de raadselachtige steen met daarin een in drie talen geschreven decreet dat leidde tot het decoderen van Egyptische hiërogliefen, is een groot multidisciplinair en multi-institutioneel project met verschillende belangrijke doelen die verband houden met verschillende delen van het ijsplaatsysteem. Het Rosetta-team, waaronder wetenschappers uit Lamont, Scripps Instituut voor Oceanografie, Colorado College, Aarde- en ruimteonderzoek, en de GNS Science van Nieuw-Zeeland, heeft financiering ontvangen van de Gordon en Betty Moore Foundation, de Nationale Wetenschapsstichting, de Stichting Old York, en crowdfunding-supporters om te bestuderen hoe het ijs, oceaan, en onderliggend land op elkaar inwerken. De bevindingen van het project zullen helpen bij het bepalen van de stabiliteit van ijskappen die in de ijsplaat stromen.

Door het ijs kijken

De instrumenten van IcePod omvatten twee radars om beelden door het ijs te maken, lidar om het ijsoppervlak te meten, camera's voor oppervlaktebeelden, en een magnetometer om de tektoniek en de oorsprong van het bed onder de ijsplaat beter te begrijpen. Samen met de IcePod-instrumenten, het project maakt gebruik van gravimeters om een ​​kaart te ontwikkelen van de diepte van de zeebodem onder de ijsplaat. Zwaartekracht is een cruciaal datastuk in dit project, omdat de radar geen beeld kan vormen door het water onder de ijsplaat.

"Het project lijkt veel op de Steen van Rosetta, " zei Lamont-polaire wetenschapper Margie Turin. "De historische steen was gegraveerd in drie verschillende scripts, die elk hetzelfde verhaal vertellen, maar in een andere taal. Als ze bij elkaar passen, de informatie was voldoende om geleerden in staat te stellen een oude taal te decoderen. Het Rosetta-project op Antarctica brengt ook drie verschillende 'scripts, ' maar in dit geval zijn ze geschreven door drie aardse systemen; het ijs, de oceaan, en het onderliggende bed hebben elk een verhaal te vertellen. Samen in kaart gebracht, deze drie systemen kunnen worden gebruikt om de mysteries van de Antarctische ijsgeschiedenis in deze regio te ontrafelen en ons te helpen modellen te ontwikkelen voor het voorspellen van toekomstige veranderingen in het Antarctische ijs."

IJsplaten zijn kwetsbaar vanuit twee richtingen:opwarmende lucht boven en opwarmend water eronder. Wetenschappers meten al jaren luchttemperaturen, maar het meten van de watertemperatuur onder het ijs is moeilijker. Bell en haar collega's in het Rosetta-Ice Project hebben de afgelopen twee jaar transecten over de ijsplaat gevlogen, IcePod gebruiken om de drijvende ijsplaat en de zeebodem eronder in kaart te brengen, met name op zoek naar troggen waar minder koud water naar binnen zou kunnen komen en de ijsplaat van onderaf zou doen smelten. Ze kunnen risicogebieden lokaliseren, maar ze kunnen de watertemperatuur niet uit de lucht meten. Het inzetten van drijvers in de buurt van deze risicogebieden biedt een goedkope oplossing. Tijdens de poolzomer van vorig jaar, het Rosetta-team lanceerde zes ALAMO (Air-Launched Autonomous Micro Observer) drijvers. Deze metalen buizen vol wetenschappelijke instrumenten zijn gedropt in het ijskoude water van de Rosszee van Antarctica, markeert een nieuwe grens in poolonderzoek. De drijvers van ALAMO zijn de eerste ontdekkingsreizigers in hun soort die het water naast de Ross-ijsplaat van Antarctica beginnen te profileren en gegevens in realtime terugsturen. Hun missie:kwetsbaarheden vinden waar warmer (maar nog steeds bijna vriespunt) water uit de diepe oceaan onder de ijsplaat naar binnen kan sijpelen en van onderaf kan smelten.

Dit jaar hebben de drijvers de watertemperatuur op alle diepten gemeten, om de vier dagen dalend en stijgend en horizontaal meebewegend met de stroming. Elke keer dat ze aan de oppervlakte komen, ze bellen naar huis, hun laatste metingen doorgeven aan een satelliet, die vervolgens de gegevens naar wetenschappers over de hele wereld stuurt.

Rosetta's kaart van de ijsplaat is nu bijna compleet. In oktober 2017, het team begint aan zijn laatste missie. Tijdens deze twee maanden durende expeditie ze zullen een reeks vluchten van acht uur uitvoeren, het doorsnijden van de ijsplaat en het voltooien van de dataset.

"We hebben nog veel werk voor de boeg om de basiskaarten op hun plaats te krijgen, zodat we betere en nauwkeurige voorspellingen kunnen krijgen over wat Antarctica in de toekomst kan doen, " zei Kirsty Tinto, een lid van Lamont's pool geofysica groep en een voorsprong op Rosetta.

Eenmaal klaar, het Rosetta-Ice Project wordt een cruciale mijlpaal in de klimaatwetenschap.

"Deze gegevens zullen de basis vormen voor mensen om te begrijpen hoe ijsplaten decennialang hebben gewerkt, " zei Bell. "Mensen zullen terug kunnen gaan en het ijs precies kunnen meten waar we vlogen om veranderingen te zien. Het wordt een benchmark dataset. Het is een mooi ding."