Antarctica is een van de delen van de aarde waar we het minst over weten. Door het enorme ijsschild, het verzamelen van geofysische informatie ter plaatse is buitengewoon moeilijk en duur. Inmiddels zijn satellietgegevens van de European Space Agency (ESA) gebruikt als basis voor nieuwe inzichten over de diepe structuur van het continent. Wetenschappers van de Kiel University (CAU) publiceerden onlangs hun ontdekkingen in de Journal of Geophysical Research:Solid Earth in samenwerking met wetenschappers van de British Antarctic Survey, Groot Brittanië, en de Technische Universiteit Delft in Nederland.

Vanuit de ruimte in de diepte kijken

De nieuw geëvalueerde gegevens van ESA's GOCE-satellietmissie gewijd aan het zwaartekrachtveld van de aarde, gecombineerd met seismologische modellen, maakt ongekende inzichten in de lithosfeer mogelijk, die bestaat uit de korst en de bovenmantel van de aarde onder het bevroren continent. Om dit te doen, Folker Pappa, doctoraal onderzoeker aan de Kiel University en hoofdauteur van de studie, samen met Jörg Ebbing, Hoogleraar Geofysica aan de Universiteit van Kiel, speciale gradiëntgegevens van de satelliet gebruikt, onder andere:"Dit maakt een veel groter detailniveau mogelijk bij het analyseren van diepe aardstructuren, ", zegt Pappa. Het stelt de onderzoekers in staat om conclusies te trekken over zaken als de diepte van de overgang van korst naar mantel - en deze metingen zijn dramatisch verschillend over het gebied van 14 miljoen vierkante kilometer. "Onder West-Antarctica, die geologisch jong is, de aardkorst is relatief dun met ongeveer 25 kilometer, en de aardmantel is stroperig op een diepte van minder dan 100 kilometer. Oost-Antarctica, anderzijds, is een oud cratonisch schild en meer dan een miljard jaar oud. Hier, de mantelgesteenten hebben op een diepte van meer dan 200 kilometer nog vaste eigenschappen."

Vertegenwoordiging van de diepe 3D-structuur van Antarctica maakt nu ook nieuwe bevindingen mogelijk over de zogenaamde glaciaal-isostatische aanpassing, legt co-auteur professor Wouter van der Wal van de Technische Universiteit Delft uit:"Dit is een sleutelproces dat bepaalt hoe het continent reageert op de huidige en vroegere ijskapverdunning. We vonden grote variaties in de manteltemperatuur onder het continent, die leiden tot het optillen en verzakken van de grond met zeer verschillende snelheden over het hele continent. Deze nieuwe beperkingen op de dikte van de korst en de lithosfeer zijn ook cruciaal in de zoektocht naar het schatten van de Antarctische geothermische warmtestroom en hoe deze het subglaciaal smelten en de ijskapstroom beïnvloedt."

"Dit zijn natuurlijke interacties tussen het ijs en de vaste aarde. Tot nu toe, het was niet mogelijk om deze processen in Antarctica nader te onderzoeken vanwege een gebrek aan aardmodellen, " voegde Pappa toe. Zijn persoonlijke hoogtepunt zijn de Gamburtsev Subglaciale Bergen die nog nauwelijks verkend zijn en meer dan drieduizend meter hoog zijn:"De vaste aarde is hier het dikst, op ongeveer 260 kilometer. Dit is een spannende structuur, en we weten niet precies hoe het eruit ziet omdat de bergketen volledig bedekt is met ijsschilden."

Antarctica als 3D-model en de verbinding met andere continenten

Het onderzoek werd gefinancierd door de European Space Agency binnen de projecten GOCE+Antarctica en 3D Earth. Het internationale consortium van beide projecten bestaat uit negen instellingen in zes Europese landen. "3-D Earth biedt ons prikkelende nieuwe geofysische bevindingen over de diepe structuur en ontwikkeling van Antarctica. Deze nieuwe modellen die de dikte van de korst en de lithosfeer laten zien, zijn cruciaal voor het begrijpen van de fundamentele samenstelling en tektonische architectuur van Antarctica, bijvoorbeeld, " benadrukt Dr. Fausto Ferraccioli, hoofd geofysicus bij de British Antarctic Survey en co-auteur van de studie. "Verdere bevindingen die we uit de studie kunnen afleiden, zijn de voormalige verbindingen tussen Antarctica en andere continenten zoals Australië, Afrika en Indië, ' zei Ferraccioli.

"We leren Antarctica eindelijk goed kennen, " aldus Ebbing. Naast de temperatuurverdeling, de onderzoekers hebben ook andere eigenschappen van de vaste aarde bepaald, zoals de samenstelling en de gesteentedichtheid.

Onderdeel van het project is een indrukwekkend 3D-model van Antarctica, gemaakt door de ESA. Roger Haagmans van ESA merkte op:"Dit zijn ook belangrijke bevindingen in de context van het begrijpen van veranderingen op zeeniveau als gevolg van ijsverlies van Antarctica. Wanneer ijsmassa verloren gaat, de vaste aarde kaatst terug en met dit effect moet rekening worden gehouden bij veranderingen in het ijsvolume. Dit kan beter worden bepaald als de structuur en samenstelling van het binnenste van de aarde beter worden begrepen."