Wanneer ijskappen smelten, gebeurt er iets vreemds en zeer contra-intuïtief met de zeespiegel.

Het werkt eigenlijk als een wip. In het gebied dicht bij waar deze massa's gletsjerijs smelten, daalt de oceaanspiegel. Maar duizenden kilometers verderop stijgen ze daadwerkelijk op. Het gebeurt grotendeels vanwege het verlies van een zwaartekracht naar de ijskap, waardoor het water zich verspreidt. De patronen zijn bekend geworden als vingerafdrukken op zeeniveau, omdat elke smeltende gletsjer of ijskap een unieke invloed heeft op het zeeniveau. Elementen van het concept - dat de kern vormt van het begrip dat de wereldzeespiegels niet uniform stijgen - bestaan ​​​​al meer dan een eeuw en moderne zeespiegelwetenschap is eromheen gebouwd. Maar er is al lang een hapering in de algemeen aanvaarde theorie. Een vingerafdruk op zeeniveau is nooit definitief gedetecteerd door onderzoekers.

Een team van wetenschappers, geleid door Sophie Coulson, alumnus van Harvard en de geofysicus Jerry X. Mitrovica van Harvard, denkt dat ze de eerste hebben ontdekt. De bevindingen worden beschreven in een nieuwe studie die donderdag is gepubliceerd in Science . Het werk bevestigt bijna een eeuw zeespiegelwetenschap en helpt het vertrouwen te verstevigen in modellen die toekomstige zeespiegelstijging voorspellen.

"Projecties op oceaanniveau, stads- en kustplanning - alles - is gebaseerd op het idee van vingerafdrukken", zegt Mitrovica, de Frank B. Baird Jr. Professor of Science in het Department of Earth and Planetary Sciences. "Daarom zijn vingerafdrukken zo belangrijk. Ze stellen je in staat om in te schatten hoe de geometrie van de veranderingen op het zeeniveau eruit zal zien... dus we hebben nu veel meer vertrouwen in hoe veranderingen op het zeeniveau zullen evolueren... niet correct zijn, dan zouden we al het moderne zeespiegelonderzoek moeten heroverwegen."

Vingerafdrukken op zeeniveau zijn notoir moeilijk te detecteren vanwege de grote schommelingen in het oceaanniveau die worden veroorzaakt door veranderende getijden, stromingen en winden. Wat het zo'n raadsel maakt, is dat onderzoekers bewegingen van het water op millimeterniveau proberen te detecteren en deze in verband te brengen met smeltende gletsjers duizenden kilometers verderop.

Mitrovica vergeleek de zoektocht met die naar het subatomaire deeltje het Higgs-deeltje.

"Bijna alle natuurkundigen dachten dat de Higgs bestond, maar het was niettemin een transformatieve prestatie toen het stevig werd gedetecteerd," zei Mitrovica. "In de fysica op zeeniveau ging bijna iedereen ervan uit dat de vingerafdrukken bestonden, maar ze waren nog nooit met een vergelijkbaar betrouwbaarheidsniveau gedetecteerd."

De nieuwe studie maakt gebruik van nieuw vrijgegeven satellietgegevens van een Europees agentschap voor mariene monitoring dat meer dan 30 jaar aan observaties vastlegt in de buurt van de Groenlandse ijskap en een groot deel van de oceaan dicht bij het midden van Groenland om de wip in oceaanniveaus vast te leggen vanaf de vingerafdruk .

De satellietgegevens trokken de aandacht van Mitrovica en collega David Sandwell van het Scripps Institute of Oceanography. Doorgaans hadden satellietgegevens uit deze regio zich alleen tot aan de zuidpunt van Groenland uitgebreid, maar in deze nieuwe release bereikten de gegevens tien graden hoger in de breedte, waardoor ze een mogelijke hint van de wip konden zien die door de vingerafdruk werd veroorzaakt.

Mitrovica wendde zich snel tot Coulson, een voormalig Ph.D. student in het laboratorium van Mitrovica en nu postdoctoraal onderzoeker aan het Los Alamos National Laboratory, om te verifiëren of dit echt het vingerafdruksignaal was waar wetenschappers op zeeniveau al decennia naar op zoek waren.

"Ze was de beste persoon om ... nauwkeurig te modelleren hoe de vingerafdruk eruit zou zien, gezien ons begrip van hoe de Groenlandse ijskap massa heeft verloren, en ze kon vaststellen of die voorspelling overeenkwam met de satellietobservatie," zei Mitrovica.

Coulson, een expert in het modelleren van zeespiegelveranderingen en korstdeformaties die samenhangen met het smelten van ijskappen en gletsjers, was op bezoek bij familie in het Verenigd Koninkrijk toen de datasets haar inbox bereikten. Ze herkende meteen het potentieel, zei ze.

Coulson verzamelde snel drie decennia van de beste waarnemingen die ze kon vinden over veranderingen in ijshoogte binnen de Groenlandse ijskap, evenals reconstructies van veranderingen in gletsjerhoogte over het Canadese Noordpoolgebied en IJsland. Ze combineerde deze verschillende datasets om voorspellingen te maken van de zeespiegelverandering in de regio van 1993 tot 2019, die ze vervolgens vergeleek met de nieuwe satellietgegevens. De pasvorm was perfect. Een één-op-één match die met meer dan 99,9% zekerheid aantoonde dat het patroon van zeespiegelverandering dat door de satellieten wordt onthuld, een vingerafdruk is van de smeltende ijskap.

"Ik was helemaal verbaasd, daar was het - een vingerafdruk op zeeniveau, het bewijs van hun bestaan," zei Coulson. "Dit was een heel, heel opwindend moment voor ons allemaal. Er zijn maar weinig momenten in de wetenschap die zo'n eenvoudige, opmerkelijke duidelijkheid verschaffen over complexe aardprocessen."

"Dit werk, zo opmerkelijk geleid door Sophie, is een van de hoogtepunten van mijn carrière, een einde aan al het theoretische en computationele werk dat we hebben opgebouwd met een gemeenschap van internationale collega's", voegde Mitrovica eraan toe, wiens groep de eerste was om presenteer modellen en voorspellingen van hoe vingerafdrukken op zeeniveau eruit zouden moeten zien.

Wetenschappelijk onderzoek duurt meestal jaren om de resultaten te ontwikkelen en vervolgens in een paper te krijgen, maar hier konden de onderzoekers snel handelen. In totaal duurde het proces slechts een paar maanden vanaf het moment dat ze de satellietgegevens zagen tot het moment waarop ze het stuk inleverden.

Dat komt omdat het grootste deel van het beenwerk al gedaan was. Veel van de theorie, technologie en methoden waren allemaal al goed ontwikkeld en geavanceerd sinds Mitrovica en zijn team ongeveer 20 jaar geleden hun werk over vingerafdrukken op zeeniveau presenteerden - berekeningen die algemeen werden geaccepteerd en die in bijna alle modellen zijn verwerkt die de zeespiegel voorspellen stijgen.

"Dit was wetenschap met een hoog risico en een hoge beloning en niemand verwachtte zo snel een ontdekking. We hebben ongelooflijk veel profijt gehad van de groepen die ons steunden, met name de Star-Friedman Challenge," zei Mitrovica.

Nu de eerste vingerafdruk op zeeniveau is gedetecteerd, is de vraag met de grootste wereldwijde implicaties nu waar dit allemaal toe leidt.

"Er zullen meer detecties komen", zei Mitrovica. "Binnenkort zal de volledige kracht van vingerafdrukfysica beschikbaar zijn om zeespiegelveranderingen in het volgende decennium, de volgende eeuw en daarna te projecteren." + Verder verkennen

Studie illustreert nuances van zwaartekracht van ijskappen