Nu biedt een onderzoek door MIT-wetenschappers een nieuw beeld van de gletsjerstroming, gebaseerd op microscopische vervorming in het ijs. De resultaten laten zien dat de stroming van een gletsjer sterk afhangt van hoe microscopische defecten zich door het ijs verplaatsen.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences .

De onderzoekers ontdekten dat ze de stroming van een gletsjer konden schatten op basis van de vraag of het ijs gevoelig is voor microscopische defecten van de ene soort ten opzichte van de andere. Ze gebruikten deze relatie tussen vervorming op micro- en macroschaal om een ​​nieuw model te ontwikkelen voor de manier waarop gletsjers stromen. Met het nieuwe model brachten ze de ijsstroom op locaties over de Antarctische ijskap in kaart.

In tegenstelling tot de conventionele wijsheid, zo ontdekten ze, is de ijskap geen monoliet, maar is de ijskap gevarieerder in waar en hoe hij stroomt als reactie op door de opwarming veroorzaakte spanningen. De studie "verandert op dramatische wijze de klimaatomstandigheden waaronder mariene ijskappen onstabiel kunnen worden en een snelle stijging van de zeespiegel kunnen veroorzaken", schrijven de onderzoekers in hun artikel.

"Deze studie laat echt het effect zien van processen op microschaal op gedrag op macroschaal", zegt Meghana Ranganathan, Ph.D., die de studie leidde als afgestudeerde student aan het Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) van MIT en nu postdoc is. bij Georgia Tech. "Deze mechanismen vinden plaats op de schaal van watermoleculen en kunnen uiteindelijk de stabiliteit van de West-Antarctische ijskap beïnvloeden."

“Over het algemeen zijn gletsjers aan het versnellen, en daar zijn veel varianten op”, voegt co-auteur en EAPS-hoofddocent Brent Minchew toe. "Dit is de eerste studie die de stap zet van het laboratorium naar de ijskappen en begint met het evalueren van de stabiliteit van ijs in de natuurlijke omgeving. Dat zal uiteindelijk bijdragen aan ons begrip van de waarschijnlijkheid van een catastrofale stijging van de zeespiegel." /P>

Microstroom

Gletsjerstroming beschrijft de beweging van ijs vanaf de top van een gletsjer, of het midden van een ijskap, naar de randen, waar het ijs vervolgens afbreekt en in de oceaan smelt – een normaal langzaam proces dat in de loop van de tijd bijdraagt ​​aan het verhogen van de ijskap. het gemiddelde zeeniveau ter wereld.

De afgelopen jaren zijn de oceanen in ongekend tempo gestegen, als gevolg van de opwarming van de aarde en het versnelde smelten van gletsjers en ijskappen. Hoewel bekend is dat het verlies van poolijs een belangrijke bijdrage levert aan de stijging van de zeespiegel, is het ook de grootste onzekerheid als het gaat om het maken van voorspellingen.

"Een deel ervan is een schaalprobleem", legt Ranganathan uit. “Veel van de fundamentele mechanismen die ervoor zorgen dat ijs stroomt, gebeuren op een heel kleine schaal die we niet kunnen zien. We wilden precies vaststellen wat deze microfysische processen zijn die de ijsstroom regelen, wat niet is weergegeven in modellen van verandering van de zeespiegel."

De nieuwe studie van het team bouwt voort op eerdere experimenten uit het begin van de jaren 2000 door geologen van de Universiteit van Minnesota, die bestudeerden hoe kleine stukjes ijs vervormen als ze fysiek worden belast en samengedrukt. Hun werk onthulde twee microscopische mechanismen waarmee ijs kan stromen:‘dislocatiekruip’, waarbij scheuren ter grootte van een molecuul door het ijs migreren, en ‘korrelgrensverschuiving’, waarbij individuele ijskristallen tegen elkaar aan glijden, waardoor de grens ertussen beweegt. door het ijs.

De geologen ontdekten dat de gevoeligheid van ijs voor stress, of hoe waarschijnlijk het is om te stromen, afhangt van welk van de twee mechanismen dominant is. In het bijzonder is ijs gevoeliger voor spanning wanneer microscopische defecten optreden via het kruipen van dislocaties in plaats van het verschuiven van de korrelgrens.

Ranganathan en Minchew realiseerden zich dat deze bevindingen op microscopisch niveau een nieuwe definitie zouden kunnen geven van de manier waarop ijs stroomt op veel grotere gletsjerschalen.

‘De huidige modellen voor de stijging van de zeespiegel gaan uit van één enkele waarde voor de gevoeligheid van ijs voor stress en houden deze waarde constant over een hele ijskap’, legt Ranganathan uit. "Wat deze experimenten aantoonden was dat er eigenlijk nogal wat variatie is in de gevoeligheid van ijs, als gevolg van welke van deze mechanismen een rol spelen."

Een mappingmatch

Voor hun nieuwe onderzoek heeft het MIT-team inzichten uit de eerdere experimenten overgenomen en een model ontwikkeld om de gevoeligheid van een ijzige regio voor stress te schatten, wat rechtstreeks verband houdt met hoe waarschijnlijk het is dat ijs zal stromen. Het model neemt informatie op zoals de omgevingstemperatuur, de gemiddelde grootte van ijskristallen en de geschatte ijsmassa in de regio, en berekent hoeveel het ijs vervormt door dislocatiekruip versus korrelgrensverschuiving. Afhankelijk van welk van de twee mechanismen dominant is, schat het model vervolgens de gevoeligheid van de regio voor stress.

De wetenschappers voerden het model in met feitelijke waarnemingen vanaf verschillende locaties op de Antarctische ijskap, waar anderen eerder gegevens hadden vastgelegd zoals de lokale ijshoogte, de grootte van ijskristallen en de omgevingstemperatuur. Op basis van de schattingen van het model heeft het team een ​​kaart gemaakt van de ijsgevoeligheid voor stress op de Antarctische ijskap. Toen ze deze kaart vergeleken met satelliet- en veldmetingen van de ijskap in de loop van de tijd, constateerden ze een nauwe overeenkomst, wat suggereert dat het model gebruikt zou kunnen worden om nauwkeurig te voorspellen hoe gletsjers en ijskappen in de toekomst zullen stromen.

"Nu de klimaatverandering de gletsjers dunner begint te maken, kan dat de gevoeligheid van ijs voor stress beïnvloeden", zegt Ranganathan. "De instabiliteiten die we op Antarctica verwachten, kunnen heel verschillend zijn, en we kunnen die verschillen nu vastleggen met behulp van dit model."

Meer informatie: Meghana Ranganathan et al., Een gewijzigde stroperige stromingswet voor natuurlijk gletsjerijs:schaalvergroting van laboratoria tot ijskappen, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2309788121

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door Massachusetts Institute of Technology

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.