Gesteund door experimentele gegevens van een laboratoriummachine die de enorme krachten simuleert die betrokken zijn bij gletsjerstroming, glaciologen hebben een vergelijking geschreven die de beweging van ijs verklaart dat op de zachte, vervormbare grond onder ongewoon snel bewegende delen van ijskappen.

Die vergelijking - of 'slipwet' - is een hulpmiddel dat wetenschappers kunnen opnemen in computermodellen van gletsjerbewegingen over de vervormbare modderbedden, zand, kiezels, rotsen en keien onder gletsjers zoals de West-Antarctische ijskap, zei Neal Iverson, de projectleider en hoogleraar geologische en atmosferische wetenschappen aan de Iowa State University. Modellen die de nieuwe slipwet gebruiken, kunnen beter voorspellen hoe snel gletsjers glijden, hoeveel ijs ze naar de oceanen sturen en hoe dat de zeespiegelstijging zou beïnvloeden.

Een paper dat vandaag online is gepubliceerd door het tijdschrift Wetenschap beschrijft de nieuwe slipwet en de experimenten en gegevens die dit motiveren. Auteurs zijn Lucas Zoet, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de staat Iowa van 2012 tot 2015 en nu een assistent-professor geowetenschappen aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, en Iverson.

Waarom hebben glaciologen een slipwet nodig?

"De mogelijke ineenstorting van de West-Antarctische ijskap is de grootste bron van onzekerheid in schattingen van toekomstige zeespiegelstijging, en deze onzekerheid resulteert, gedeeltelijk, van onvolmaakt gemodelleerde ijskapprocessen, ’ schreven Zoet en Iverson in hun krant.

Gletsjer-in-een-vriezer

Iverson begon in 2009 met experimenten met het drie meter hoge ringschaarapparaat in de inloopvriezer van zijn laboratorium. In het midden van het apparaat bevindt zich een ring van ijs van ongeveer een meter breed en twintig centimeter dik. Onder de ring bevindt zich een hydraulische pers die wel 100 ton kracht op het ijs kan uitoefenen en het gewicht van een gletsjer van 800 voet dik kan simuleren. Boven de ring bevinden zich motoren die het ijs met snelheden van 1 tot 10 kunnen laten draaien, 000 voet per jaar.

Het ijs is omgeven door een bak met temperatuurgecontroleerde, circulerende vloeistof die de ijsring precies op zijn smelttemperatuur houdt, zodat hij op een dunne laag water glijdt - net als alle snelstromende gletsjers.

een $ 530, 000 subsidie ​​van de National Science Foundation ondersteunde de ontwikkeling van het apparaat. Iverson werkte samen met drie ingenieurs van het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie:Terry Herrman, Dan Jones en Jerry Musselman - om zijn ideeën om te zetten in een werkende machine.

En het heeft ongeveer een decennium gewerkt, het verstrekken van gegevens over hoe gletsjers bewegen over stijve rotsen en vervormbaar sediment.

Een sleep op het ijs

Voor de experimenten die leidden tot de nieuwe slipwet, Zoet reed van Ames naar Madison om er zes te vullen, 5-gallon emmers met echte, glaciaal afgezet sediment genaamd tot dat de juiste mix van modder had, zand en grotere rotsdeeltjes.

Hij zou dat in de ringschaar scheppen om het bed van de kassa te maken. Hij zou er dan een ijsring boven bouwen door lagen water bevriezen met ijskristallen. Hij zou kracht op het ijs uitoefenen, verwarm het tot het smolt en zet de machine aan.

"We waren op zoek naar de wiskundige relatie tussen de weerstand die het ijs op de bodem van de gletsjer tegenhoudt en hoe snel de gletsjer zou glijden, "Zei Iverson. "Dat omvatte het bestuderen van het effect van het verschil tussen ijsdruk op het bed en waterdruk in de poriën van de kassa - een variabele die de effectieve druk wordt genoemd die wrijving regelt."

De gegevens wezen op de relatie tussen "slepen, slipsnelheid en effectieve druk die nodig is om gletsjerstroming te modelleren, ' zei Iverson.

"Gletsjerijs is een zeer stroperige vloeistof die over een substraat glijdt - in dit geval een vervormbare bodem - en wrijving op de bodem zorgt voor de weerstand die het ijs tegenhoudt, Iverson zei. "Als er geen wrijving is, het gewicht van het ijs zou ervoor zorgen dat het catastrofaal zou versnellen, zoals sommige aardverschuivingen."

Maar het is bijna onmogelijk om sleepgegevens in het veld te krijgen. Zoet zei dat het boren door het ijs de interface tussen de gletsjer en de bodem zou veranderen. metingen en gegevens minder nauwkeurig maken.

Dus Iverson bouwde zijn laboratoriumapparaat om die gegevens te verzamelen, en Zoet heeft een iets kleinere versie gebouwd voor zijn laboratorium in Wisconsin. De machine van Zoet heeft een transparante monsterkamer, zodat onderzoekers meer kunnen zien van wat er tijdens een experiment gebeurt.

De resulterende experimenteel gebaseerde slipwet voor gletsjers die over zachte bedden bewegen, zou een verschil moeten maken in voorspellingen van gletsjerbeweging en zeespiegelstijging:

"IJskapmodellen die onze nieuwe sliprelatie gebruiken, "Iverson zei, "zou de neiging hebben om hogere ijsafvoeren naar de oceaan te voorspellen - en hogere snelheden van zeespiegelstijging - dan slipwetten die momenteel in de meeste ijskapmodellen worden gebruikt."