Под антарктическим ледяным щитом лежит материк, покрытый реками и озерами, самым крупным из которых является озеро Эри. В течение обычного года ледяной покров тает и замерзает, в результате чего озера и реки периодически наполняются и быстро стекают из талой воды. Этот процесс облегчает скольжение ледяной поверхности Антарктиды, а в некоторых местах поднимается и опускается на целых 6 метров (20 футов).
Согласно новому исследованию, проведенному исследователями из Лаборатории реактивного движения НАСА, под областью, известной как Земля Мэри Берд, может быть мантийный шлейф. Наличие этого геотермального источника тепла может объяснить некоторые плавления, которые происходят под листом, и почему они нестабильны сегодня. Это также может помочь объяснить, как лист быстро разрушался в прошлом в предыдущие периоды изменения климата.
Исследование, озаглавленное «Влияние мантийного шлейфа Западной Антарктики на базальные условия ледникового щита», недавно появилось в Журнал геофизических исследований: Твердая Земля, Исследовательскую группу возглавляла Хелен Серусси из Лаборатории реактивного движения при поддержке исследователей из Отделения наук о Земле и планет в Вашингтонском университете и Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований им. Гельмгольца в Германии.
Движение ледяного покрова Антарктиды во времени всегда было источником интереса для ученых Земли. Измеряя скорость, с которой ледяной покров поднимается и опускается, ученые могут оценить, где и сколько воды тает у основания. Именно из-за этих измерений ученые впервые начали рассуждать о наличии источников тепла под замерзшей поверхностью Антарктиды.
Предложение о том, что мантийный шлейф существует при Мари Берд Лэнд, было впервые сделано 30 лет назад Уэсли Э. ЛеМазурье, ученым из Университета Колорадо в Денвере. Согласно проведенному им исследованию, это стало возможным объяснением региональной вулканической активности и топографической особенности купола. Но только недавно сейсмические съемки предоставили подтверждающие доказательства этого мантийного шлейфа.
Однако, прямые измерения области ниже Земли Мари Берд в настоящее время невозможны. Поэтому Серусси и Эрик Айвинс из JPL использовали модель системы ледяного покрова (ISSM) для подтверждения существования шлейфа. Эта модель по сути представляет собой числовое изображение физики ледяного покрова, которое было разработано учеными из JPL и Калифорнийского университета в Ирвайне.
Чтобы убедиться, что модель была реалистичной, Серусси и ее команда обратились к наблюдениям за изменениями высоты ледяного покрова, сделанными в течение многих лет. Они были проведены с помощью спутника НАСА «Лед, облака и высота над уровнем моря» (ICESat) и их воздушной кампании «Ледяной мост». Эти миссии измеряли ледяной покров Антарктики в течение многих лет, что привело к созданию очень точных трехмерных карт рельефа.
Серусси также усовершенствовал ISSM, включив в него естественные источники нагрева и теплопередачи, которые приводят к замерзанию, таянию, жидкой воде, трению и другим процессам. Эти объединенные данные наложили мощные ограничения на допустимые скорости таяния в Антарктике и позволили команде провести десятки симуляций и протестировать широкий диапазон возможных мест для мантийного шлейфа.
Они обнаружили, что тепловой поток, вызванный мантийным шлейфом, не будет превышать 150 милливатт на квадратный метр. Для сравнения, в регионах, где нет вулканической активности, обычно наблюдается поток от 40 до 60 милливатт, в то время как в геотермальных горячих точках, например в национальном парке Йеллоустоун, в среднем около 200 милливатт на квадратный метр.
Там, где они проводили моделирование, которое превышало 150 милливатт на квадратный метр, скорость расплава была слишком высокой по сравнению с космическими данными. За исключением одного места, которое было областью внутри моря Росса, где, как известно, наблюдаются интенсивные потоки воды. Эта область требовала теплового потока по меньшей мере от 150 до 180 милливатт на квадратный метр, чтобы соответствовать наблюдаемым скоростям плавления.
В этом регионе сейсмические изображения также показали, что нагревание может достичь ледяного покрова через трещину в мантии Земли. Это также согласуется с мантийным шлейфом, который, как полагают, представляет собой узкие потоки горячей магмы, поднимающиеся сквозь мантию Земли и распространяющиеся под земной корой. Затем эта вязкая магма раздувается под корой и заставляет ее вздыматься вверх.
Там, где лед лежит над шлейфом, этот процесс переносит тепло в ледяной покров, вызывая значительное таяние и сток. В конце Серусси и ее коллеги предоставляют убедительные доказательства, основанные на комбинации данных о поверхности и сейсмических данных, для поверхностного шлейфа под ледниковым щитом Западной Антарктиды. Они также считают, что этот мантийный шлейф образовался примерно от 50 до 110 миллионов лет назад, задолго до появления ледяного покрова Западной Антарктики.
Примерно 11 000 лет назад, когда закончился последний ледниковый период, ледяной щит пережил период быстрой, устойчивой потери льда. Поскольку глобальные погодные условия и повышение уровня моря начали меняться, теплая вода приближалась к ледяному листу. Исследование Серусси и Ирвинса предполагает, что мантийный шлейф мог бы способствовать такой быстрой потере сегодня, так же, как это было во время последнего наступления межледникового периода.
Понимание источников потери ледяного покрова под Западной Антарктидой важно для оценки скорости, с которой там могут быть потеряны льды, что, по сути, является предсказанием последствий изменения климата. Учитывая, что Земля снова испытывает глобальные изменения температуры - на этот раз из-за человеческой деятельности - важно создать точные климатические модели, которые позволят нам узнать, как быстро растает полярный лед и поднимется уровень моря.
Это также дает нам понимание того, как связаны история нашей планеты и климатические сдвиги, и как они повлияли на ее геологическую эволюцию.
