Een nieuwe NASA-studie voegt bewijs toe dat een geothermische warmtebron, een mantelpluim genaamd, diep onder het Marie Byrd Land van Antarctica ligt, een deel van het smelten verklaren dat meren en rivieren onder de ijskap creëert. Hoewel de warmtebron geen nieuwe of toenemende bedreiging vormt voor de West-Antarctische ijskap, het kan helpen verklaren waarom de ijskap snel instortte in een vroeger tijdperk van snelle klimaatverandering, en waarom het tegenwoordig zo onstabiel is.

De stabiliteit van een ijskap hangt nauw samen met hoeveel water het van onderaf smeert, waardoor gletsjers gemakkelijker kunnen glijden. Het begrijpen van de bronnen en de toekomst van het smeltwater onder West-Antarctica is belangrijk voor het inschatten van de snelheid waarmee ijs in de toekomst verloren kan gaan in de oceaan.

Het gesteente van Antarctica is doorweven met rivieren en meren, waarvan de grootste de grootte van Lake Erie is. Veel meren lopen snel vol en leeg, waardoor het ijsoppervlak duizenden voet boven hen wordt gedwongen tot wel 20 voet (6 meter) te stijgen en te dalen. Door de beweging kunnen wetenschappers inschatten waar en hoeveel water er aan de basis moet zijn.

Zo'n 30 jaar geleden, een wetenschapper aan de University of Colorado Denver suggereerde dat de hitte van een mantelpluim onder Marie Byrd Land de regionale vulkanische activiteit en een topografische koepel zou kunnen verklaren. Zeer recente seismische beeldvorming heeft dit concept ondersteund. Toen Hélène Seroussi van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, hoorde voor het eerst het idee, echter, "Ik dacht dat het gek was, "zei ze. "Ik zag niet in hoe we die hoeveelheid warmte konden hebben en er nog steeds ijs bovenop."

Met weinig directe metingen van onder het ijs, Seroussi en Erik Ivins van JPL concludeerden dat de beste manier om het idee van de mantelpluim te bestuderen, was door numerieke modellering. Ze gebruikten het Ice Sheet System Model (ISSM), een numerieke weergave van de fysica van ijskappen ontwikkeld door wetenschappers van JPL en de Universiteit van Californië, Irvine. Seroussi heeft de ISSM verbeterd om natuurlijke bronnen van verwarming en warmtetransport tegen bevriezing op te vangen, smeltend en vloeibaar water; wrijving; en andere processen.

Om er zeker van te zijn dat het model realistisch was, de wetenschappers baseerden zich op observaties van veranderingen in de hoogte van het ijskapoppervlak gemaakt door NASA's IceSat-satelliet en Operation IceBridge-campagne in de lucht. "Deze leggen een krachtige beperking op de toegestane smeltsnelheden - precies wat we wilden voorspellen, " zei Ivins. Omdat de locatie en grootte van de mogelijke mantelpluim onbekend waren, ze testten een volledige reeks van wat fysiek mogelijk was voor meerdere parameters, tientallen verschillende simulaties produceren.

Ze ontdekten dat de energiestroom van de mantelpluim niet meer dan 150 milliwatt per vierkante meter mag zijn. Ter vergelijking, in Amerikaanse regio's zonder vulkanische activiteit, de warmtestroom van de aardmantel is 40 tot 60 milliwatt. Onder Yellowstone National Park - een bekende geothermische hotspot - is de warmte van onderaf ongeveer 200 milliwatt per vierkante meter gemiddeld over het hele park, hoewel individuele geothermische kenmerken zoals geisers veel heter zijn.

De simulaties van Seroussi en Ivins met een warmtestroom van meer dan 150 milliwatt per vierkante meter lieten te veel smelten zien om compatibel te zijn met de gegevens uit de ruimte. behalve op één locatie:een gebied landinwaarts van de Rosszee dat bekend staat om zijn intense waterstromen. Deze regio vereiste een warmtestroom van minimaal 150-180 milliwatt per vierkante meter om met de waarnemingen in te stemmen. Echter, seismische beeldvorming heeft aangetoond dat mantelwarmte in dit gebied de ijskap kan bereiken via een spleet, dat is, een breuk in de aardkorst zoals die voorkomt in de Great Rift Valley in Afrika.

Men denkt dat mantelpluimen smalle stromen heet gesteente zijn die door de aardmantel stijgen en zich als een paddenstoelhoed onder de korst verspreiden. Het drijfvermogen van het materiaal, een deel ervan is gesmolten, zorgt ervoor dat de korst naar boven uitpuilt. De theorie van mantelpluimen werd in de jaren zeventig voorgesteld om geothermische activiteit te verklaren die ver van de grens van een tektonische plaat plaatsvindt, zoals Hawaï en Yellowstone.

De Marie Byrd Land-mantelpluim werd 50 tot 110 miljoen jaar geleden gevormd, lang voordat de West-Antarctische ijskap ontstond. Aan het einde van de laatste ijstijd rond 11, 000 jaar geleden, de ijskap ging door een periode van snelle, aanhoudend ijsverlies toen veranderingen in wereldwijde weerpatronen en stijgende zeespiegels warm water dichter bij de ijskap duwden - net zoals vandaag gebeurt. Seroussi en Ivins suggereren dat de mantelpluim dit soort snel verlies zou kunnen vergemakkelijken.

hun papier, "Invloed van een West-Antarctische mantelpluim op de basale omstandigheden van de ijskap, " werd gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:Solid Earth .