De veldfoto's tonen de harde, ruig land waar sommige gletsjers overheen glijden:rotsachtige koepels en hobbels in graniet, rotsachtige trappen en depressies in kalksteen. De gletsjerbeddingen doen de onderzoekers en hun instrumenten in het niet vallen. (Net als de hoge bergen die aan de verschillende horizonten worden afgebeeld.)

Tijdens hun reizen naar gletsjerbeddingen die onlangs zijn blootgelegd door terugtrekkende gletsjers in de Zwitserse Alpen (Rhône, Schwarzburg en Tsanfleuron gletsjers) en de Canadese Rockies (Castleguard Glacier), vier glaciologen gebruikten laser- en dronetechnologie om de rotsbodems nauwkeurig te meten en hun zeer verschillende contouren vast te leggen.

De onderzoekers hebben de metingen omgezet in digitale modellen met hoge resolutie van die gletsjerbodems. Daarna gingen ze aan de slag met hanteerbare maar representatieve subeenheden van de modellen om te bestuderen hoe gletsjers langs de bodem van het gesteente glijden.

"De eenvoudigste manier om het te zeggen is dat we de relatie hebben bestudeerd tussen de krachten aan de voet van de gletsjer en hoe snel de gletsjer beweegt, " zei Neal Iverson, een professor in geologische en atmosferische wetenschappen aan de Iowa State University en de onderzoeksleider.

Kleine krachtveranderingen, grote snelheidsveranderingen

De resulterende "slipwet" van de gletsjer, ontwikkeld door het team, beschrijft dat "de relatie tussen de krachten uitgeoefend door ijs en water op de bodem en de gletsjersnelheid, "Zei Iverson. En die slipwet zou door andere onderzoekers kunnen worden gebruikt om beter in te schatten hoe snel ijskappen in oceanen stromen, hun ijs laten vallen en de zeespiegel laten stijgen.

Naast Iverson, het studieteam omvatte Christian Helanow, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de staat Iowa van 2018 tot 2020 en momenteel een postdoctoraal onderzoeker in de wiskunde aan de Universiteit van Stockholm in Zweden; Lucas Zoet, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de staat Iowa van 2012 tot 2015 en momenteel een assistent-professor geowetenschappen aan de Universiteit van Wisconsin-Madison; en Jacob Woodard, een doctoraatsstudent in geofysica in Wisconsin.

Een subsidie ​​van de National Science Foundation ondersteunde het werk van het team.

Helanow is de eerste auteur van een artikel dat zojuist online is gepubliceerd door wetenschappelijke vooruitgang die de nieuwe slipwet beschrijft voor gletsjers die op gesteente bewegen.

De berekeningen van Helanow - gebaseerd op een computermodel van de fysica van hoe ijs over en scheidt van ruw gesteente - en de resulterende slipwet geven aan dat kleine veranderingen in kracht op de gletsjerbodem kunnen leiden tot grote veranderingen in gletsjersnelheid.

Meten tot inches

De onderzoekers gebruikten twee methoden om metingen met hoge resolutie te verzamelen van de topografieën van recent blootgestelde rotsgletsjerbedden. Ze gebruikten op de grond gebaseerde lidar-mappingtechnologie om gedetailleerde 3D-metingen uit te voeren. En, ze stuurden drones om de bedden vanuit verschillende hoeken te fotograferen, waardoor gedetailleerde plotten van topografie tot een resolutie van ongeveer 4 inch mogelijk is.

"We hebben voor dit model echte ijsbedden gebruikt, in hun volledig 3D, onregelmatige vormen, "Zei Iverson. "Het blijkt dat dat belangrijk is."

Eerdere inspanningen gebruikten geïdealiseerd, 2D-modellen van gletsjerbedden. De onderzoekers hebben geleerd dat dergelijke modellen niet geschikt zijn om de slipwet voor een hard bed af te leiden.

"Het belangrijkste dat we hebben gedaan, "Helanow zei, "wordt gebruik waargenomen, in plaats van geïdealiseerd, gletsjerbeddingen om te zien hoe ze het glijden van gletsjers beïnvloeden."

Een universele slipwet?

Het werk volgt een andere slipwet bepaald door Zoet en Iverson die in april 2020 werd gepubliceerd door het tijdschrift Science.

Er zijn een paar belangrijke verschillen tussen de twee:de eerste slipwet verklaart de beweging van ijs dat over zachte, vervormbare grond, terwijl de tweede gletsjers behandelt die over harde bedden bewegen. (Beide bedtypes komen veel voor onder gletsjers en ijskappen.) En, de eerste wordt ondersteund door experimentele gegevens van een laboratoriumapparaat dat slip simuleert op de bodem van een gletsjer, in plaats van gebaseerd te zijn op veldmetingen van voormalige gletsjerbeddingen en computermodellering.

Toch, de twee slipwetten hadden uiteindelijk vergelijkbare wiskundige vormen.

"Ze lijken erg op elkaar - of het nu een slipwet is voor zachte bedden of harde bedden, "Zei Iverson. "Maar het is belangrijk om te beseffen dat de processen anders zijn, de constanten in de vergelijkingen hebben heel verschillende waarden voor harde en zachte bedden."

Dat zet de onderzoekers aan het denken over meer numerieke analyse:"Deze resultaten, " Zij schreven, "kan wijzen op een universele slipwet die schattingen van gletsjerafvoeren naar de oceanen zou vereenvoudigen en verbeteren."