Van boven, de Antarctische ijskap lijkt misschien een kalme, eeuwige ijsdeken die Antarctica al miljoenen jaren bedekt. Maar de ijskap kan op zijn dikst duizenden meters diep zijn, en het verbergt honderden smeltwatermeren waar de basis het gesteente van het continent ontmoet. Diep onder de oppervlakte, sommige van deze meren worden continu gevuld en afgevoerd via een systeem van waterwegen die uiteindelijk in de oceaan terechtkomen.

Nutsvoorzieningen, met het meest geavanceerde laserinstrument voor aardobservatie dat NASA ooit in de ruimte heeft gevlogen, wetenschappers hebben hun kaarten van deze verborgen merensystemen onder de West-Antarctische ijskap verbeterd en nog twee van deze actieve subglaciale meren ontdekt.

De nieuwe studie biedt kritisch inzicht voor het spotten van nieuwe subglaciale meren vanuit de ruimte, en om te beoordelen hoe dit verborgen leidingsysteem de snelheid beïnvloedt waarmee ijs in de Zuidelijke Oceaan glijdt, het toevoegen van zoet water dat de circulatie en ecosystemen kan veranderen.

NASA's ijs, Wolk en land Elevation Satellite 2, of ICESat-2, stelde wetenschappers in staat om de subglaciale meren nauwkeurig in kaart te brengen. De satelliet meet de hoogte van het ijsoppervlak, die, ondanks zijn enorme dikte, stijgt of daalt als meren zich onder de ijskap vullen of leeglopen.

De studie, gepubliceerd 7 juli in Geofysische onderzoeksbrieven , integreert hoogtegegevens van de voorganger van ICESat-2, de oorspronkelijke ICESat-missie, evenals de satelliet van het Europees Ruimteagentschap die zich toelegt op het bewaken van de dikte van het poolijs, CryoSat-2.

Hydrologische systemen onder de Antarctische ijskap zijn al tientallen jaren een mysterie. Dat begon te veranderen in 2007, toen Helen Amanda Fricker, een glacioloog bij Scripps Institution of Oceanography aan de University of California San Diego, maakte een doorbraak die hielp bij het bijwerken van het klassieke begrip van subglaciale meren op Antarctica.

Met behulp van gegevens van de oorspronkelijke ICESat in 2007, Fricker ontdekte voor het eerst dat onder de snelstromende ijsstromen van Antarctica, een heel netwerk van meren met elkaar verbonden, actief vullen en aftappen in de loop van de tijd. Voordat, deze meren werden verondersteld smeltwater statisch vast te houden, zonder vullen en aftappen.

"De ontdekking van deze onderling verbonden systemen van meren op het grensvlak van de ijsbodem die water verplaatsen, met al deze gevolgen voor de glaciologie, microbiologie, en oceanografie - dat was een grote ontdekking van de ICESat-missie, " zei Matthew Siegfried, assistent-professor geofysica aan de Colorado School of Mines, Gouden, Kolonel en hoofdonderzoeker in de nieuwe studie. "ICESat-2 is als het opzetten van uw bril na het gebruik van ICESat, de gegevens zijn zo nauwkeurig dat we echt kunnen beginnen met het in kaart brengen van de grenzen van het meer aan de oppervlakte."

Wetenschappers hebben verondersteld dat de subglaciale wateruitwisseling op Antarctica het gevolg is van een combinatie van factoren, inclusief fluctuaties in de druk die wordt uitgeoefend door het enorme gewicht van het ijs erboven, de wrijving tussen de bodem van de ijskap en de rotsen eronder, en warmte die opstijgt van de aarde eronder die wordt geïsoleerd door de dikte van het ijs. Dat is een schril contrast met de Groenlandse ijskap, waar meren op de bodem van het ijs zich vullen met smeltwater dat door scheuren en gaten aan de oppervlakte is afgevoerd.

Om de regio's te bestuderen waar subglaciale meren vaker vullen en leeglopen met satellietgegevens, Siegfried werkte samen met Fricker, die een sleutelrol speelde bij het ontwerpen van de manier waarop de ICESat-2-missie poolijs vanuit de ruimte observeert.

Het nieuwe onderzoek van Siegfried en Fricker toont aan dat een groep meren, waaronder de meren Conway en Mercer onder de ijsstromen Mercer en Whillans in West-Antarctica, voor de derde keer een droogloopperiode doormaakt sinds de oorspronkelijke ICESat-missie begon met het meten van hoogteverschillen op het oppervlak van de ijskap in 2003. De twee nieuw gevonden meren bevinden zich ook in deze regio.

Naast het verstrekken van essentiële gegevens, de studie onthulde ook dat de contouren of grenzen van de meren geleidelijk kunnen veranderen als water de reservoirs binnenkomt en verlaat.

"We brengen echt eventuele hoogteafwijkingen in kaart die op dit moment bestaan, " zei Siegfried. "Als er meren zijn die vullen en leeglopen, we zullen ze detecteren met ICESat-2."

'Help ons observeren' onder de ijskap

Nauwkeurige metingen van basaal smeltwater zijn cruciaal als wetenschappers een beter begrip willen krijgen van het subglaciale sanitairsysteem van Antarctica, en hoe al dat zoete water de snelheid van de ijskap erboven of de circulatie van de oceaan waarin het uiteindelijk stroomt zou kunnen veranderen.

Een enorme koepelvormige ijslaag die het grootste deel van het continent bedekt, de Antarctische ijskap stroomt langzaam naar buiten vanuit het centrale deel van het continent als superdikke honing. Maar als het ijs de kust nadert, de snelheid verandert drastisch, veranderen in rivierachtige ijsstromen die ijs snel naar de oceaan leiden met snelheden tot enkele meters per dag. Hoe snel of langzaam het ijs beweegt, hangt gedeeltelijk af van de manier waarop smeltwater de ijskap smeert terwijl het op het onderliggende gesteente glijdt.

Terwijl de ijskap beweegt, het lijdt aan scheuren, spleten, en andere onvolkomenheden. Wanneer meren onder het ijs water winnen of verliezen, ze vervormen ook het bevroren oppervlak erboven. Groot of klein, ICESat-2 brengt deze hoogteverschillen in kaart met een precisie van slechts enkele centimeters met behulp van een laserhoogtemetersysteem dat het aardoppervlak met ongekend detail kan meten.

Het volgen van die complexe processen met langdurige satellietmissies zal cruciale inzichten opleveren in het lot van de ijskap. Een belangrijk deel van wat glaciologen in de afgelopen 20 jaar hebben ontdekt over ijskappen, is afkomstig van observaties van hoe poolijs verandert als reactie op de opwarming van de atmosfeer en de oceaan, maar verborgen processen zoals de manier waarop merensystemen water onder het ijs transporteren, zullen ook de sleutel zijn in toekomstige studies van de Antarctische ijskap, zei Fricker.

"Dit zijn processen die gaande zijn onder Antarctica waar we geen idee van zouden hebben als we geen satellietgegevens hadden, ’ zei Fricker, benadrukt hoe haar ontdekking in 2007 glaciologen in staat stelde te bevestigen dat het verborgen leidingsysteem van Antarctica water veel sneller transporteert dan eerder werd gedacht. "We hebben geworsteld met het verkrijgen van goede voorspellingen over de toekomst van Antarctica, en instrumenten zoals ICESat-2 helpen ons te observeren op processchaal."

'Een watersysteem dat verbonden is met het hele aardsysteem'

Hoe zoet water van de ijskap de circulatie van de Zuidelijke Oceaan en zijn mariene ecosystemen kan beïnvloeden, is een van de best bewaarde geheimen van Antarctica. Omdat de subglaciale hydrologie van het continent een sleutelrol speelt bij het verplaatsen van dat water, Siegfried benadrukte ook de connectie van de ijskap met de rest van de planeet.

"Het is niet alleen de ijskap waar we het over hebben, "Zei Siegfried. "We hebben het echt over een watersysteem dat verbonden is met het hele systeem van de aarde."

Onlangs, Fricker en een ander team van wetenschappers onderzochten deze verbinding tussen zoet water en de Zuidelijke Oceaan - maar deze keer door te kijken naar meren in de buurt van het oppervlak van een ijsplaat, een grote plak ijs die op de oceaan drijft als een verlengstuk van de ijskap. Uit hun onderzoek bleek dat een grote, Het met ijs bedekte meer stortte in 2019 abrupt in nadat een scheur of breuk was ontstaan ​​vanaf de bodem van het meer naar de basis van Amery Ice Shelf in Oost-Antarctica.

Met gegevens van ICESat-2, het team analyseerde de ruige verandering in het landschap van de ijsplaat. Het evenement liet een doline achter, of zinkgat, een dramatische depressie van ongeveer vier vierkante mijl (ongeveer 10 vierkante kilometer), of meer dan drie keer zo groot als Central Park in New York City. De scheur leidde binnen drie dagen bijna 200 miljard gallons zoet water van het oppervlak van de ijsplaat naar de oceaan beneden.

Gedurende de zomer, duizenden turquoise smeltwatermeren sieren het helderwitte oppervlak van de ijsplaten van Antarctica. Maar deze abrupte gebeurtenis vond plaats midden in de winter, wanneer wetenschappers verwachten dat water op het oppervlak van de ijsplaat volledig bevroren zal zijn. Omdat ICESat-2 om de aarde draait met exact herhalende grondsporen, de laserstralen kunnen de dramatische verandering in het terrein voor en na het droogleggen van het meer laten zien, zelfs tijdens de duisternis van de poolwinter.

Roland Warner, een glacioloog bij het Australian Antarctic Program Partnership aan de Universiteit van Tasmanië, en hoofdauteur van de studie, zag voor het eerst de met littekens bedekte ijsplaat in afbeeldingen van Landsat 8, een gezamenlijke missie van NASA en de U.S. Geological Survey. De drainage werd hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door een hydrofractureringsproces waarbij de massa van het water van het meer leidde tot een oppervlaktescheur die dwars door de ijsplaat naar de oceaan eronder werd gedreven, zei Warner.

"Vanwege het verlies van dit gewicht aan water op het oppervlak van de drijvende ijsplaat, het hele ding buigt naar boven gecentreerd op het meer, "Zei Warner. "Dat zou moeilijk te achterhalen zijn geweest door alleen maar naar satellietbeelden te staren."

Smeltwatermeren en beken op de ijsplaten van Antarctica zijn gebruikelijk tijdens de warmere maanden. En omdat wetenschappers verwachten dat deze smeltwatermeren vaker voorkomen naarmate de luchttemperatuur warmer wordt, het risico van hydrofracturering kan de komende decennia ook toenemen. Nog altijd, het team concludeerde dat het te vroeg is om te bepalen of de opwarming van het klimaat in Antarctica de ondergang heeft veroorzaakt van het waargenomen meer op Amery Ice Shelf.

Getuige zijn van de vorming van een doline met altimetriegegevens was een zeldzame kans, maar het is ook het soort gebeurtenis dat glaciologen moeten analyseren om alle ijsdynamieken te bestuderen die relevant zijn in modellen van Antarctica.

"We hebben zoveel geleerd over dynamische ijskapprocessen van satelliethoogtemeting, het is van vitaal belang dat we plannen voor de volgende generatie hoogtemetersatellieten om dit record voort te zetten, ' zei Fricker.