Pod lodem Antarktydy leży kontynent pokryty rzekami i jeziorami, z których największy jest wielkości jeziora Erie. W ciągu zwykłego roku pokrywa lodowa topi się i zamarza, powodując, że jeziora i rzeki okresowo napełniają się i szybko spływają ze stopionej wody. Ten proces ułatwia ślizganie się po zamarzniętej powierzchni Antarktydy oraz wznoszenie się i opadanie w niektórych miejscach nawet o 6 metrów (20 stóp).
Według nowych badań prowadzonych przez naukowców z NASA Jet Propulsion Laboratory, pod obszarem znanym jako Ziemia Marie Byrd może znajdować się pióropusz płaszczowy. Obecność tego geotermalnego źródła ciepła może wyjaśnić niektóre topnienia zachodzące pod warstwą i dlaczego jest dziś niestabilny. Mogłoby to również pomóc wyjaśnić, jak arkusz szybko się zapadał w poprzednich okresach zmian klimatu.
Badanie, zatytułowane „Wpływ pióropuszu płaszcza zachodniej Antarktydy na podstawowe warunki pokrywy lodowej”, niedawno pojawiło się w Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Zespołowi badawczemu kierowała Helene Seroussi z Jet Propulsion Laboratory, przy wsparciu naukowców z Wydziału Nauk o Ziemi i Planetarnych Uniwersytetu Waszyngtońskiego oraz Instytutu Alfreda Wegenera, Centrum Badań Polarnych i Morskich Helmholtza w Niemczech.
Ruch pokrywy lodowej Antarktydy z czasem zawsze był przedmiotem zainteresowania naukowców na Ziemi. Mierząc szybkość, z jaką pokrywa lodowa unosi się i opada, naukowcy są w stanie oszacować, gdzie i ile wody topi się u podstawy. Właśnie z powodu tych pomiarów naukowcy zaczęli spekulować na temat obecności źródeł ciepła pod zamarzniętą powierzchnią Antarktydy.
Propozycję, że pióropusz płaszczowy istnieje w Marie Byrd Land, po raz pierwszy przedstawił 30 lat temu Wesley E. LeMasurier, naukowiec z University of Colorado Denver. Według przeprowadzonych przez niego badań stanowiło to możliwe wytłumaczenie regionalnej aktywności wulkanicznej i cechy kopuły topograficznej. Jednak dopiero niedawno badania obrazowania sejsmicznego dostarczyły dowodów potwierdzających dla tego pióropuszu płaszczowego.
Jednak bezpośrednie pomiary regionu pod ziemią Marie Byrd nie są obecnie możliwe. Dlatego Seroussi i Erik Ivins z JPL oparli się na Modelu Systemu Pokrywy Lodem (ISSM) w celu potwierdzenia istnienia pióropuszu. Model ten jest zasadniczo numerycznym przedstawieniem fizyki pokrywy lodowej, opracowanym przez naukowców z JPL i University of California, Irvine.
Aby upewnić się, że model jest realistyczny, Seroussi i jej zespół wykorzystali obserwacje zmian wysokości pokrywy lodowej dokonane w ciągu wielu lat. Zostały one przeprowadzone przez NASA Ice, Clouds i Land Elevation Satellite (ICESat) oraz ich powietrzną kampanię Operation IceBridge. Misje te od lat mierzą lodową powierzchnię Antarktydy, co doprowadziło do stworzenia bardzo dokładnych trójwymiarowych map wysokości.
Seroussi ulepszył również ISSM, aby obejmował naturalne źródła ogrzewania i transportu ciepła, które powodują zamarzanie, topienie, ciekłą wodę, tarcie i inne procesy. Te połączone dane nałożyły potężne ograniczenia na dopuszczalne szybkości topnienia na Antarktydzie i pozwoliły zespołowi przeprowadzić dziesiątki symulacji i przetestować szeroki zakres możliwych lokalizacji pióropuszu płaszcza.
Odkryli, że strumień ciepła spowodowany pióropuszem płaszcza nie przekroczy 150 miliwatów na metr kwadratowy. Dla porównania, regiony, w których nie ma aktywności wulkanicznej, zazwyczaj doświadczają strumienia wyczynów o wartości od 40 do 60 miliwatów, podczas gdy punkty geotermalne - takie jak w Parku Narodowym Yellowstone - doświadczają średnio około 200 miliwatów na metr kwadratowy.
Gdy przeprowadzili symulacje przekraczające 150 miliwatów na metr kwadratowy, szybkość topnienia była zbyt wysoka w porównaniu z danymi dotyczącymi przestrzeni. Z wyjątkiem jednego miejsca, które było obszarem w głębi Morza Rossa, o którym wiadomo, że doświadcza intensywnych przepływów wody. Obszar ten wymagał przepływu ciepła co najmniej 150 do 180 miliwatów na metr kwadratowy, aby wyrównać z obserwowanymi szybkościami topnienia.
W tym regionie obrazowanie sejsmiczne pokazało również, że ogrzewanie może dotrzeć do pokrywy lodowej przez szczelinę w płaszczu Ziemi. To również jest zgodne z pióropuszem płaszcza, które są uważane za wąskie strumienie gorącej magmy unoszące się przez płaszcz Ziemi i rozprzestrzeniające się pod skorupą. Ta lepka magma następnie balonu pod skorupą i powoduje wybrzuszenie w górę.
Tam, gdzie lód pokrywa się nad pióropuszem, proces ten przenosi ciepło na warstwę lodową, powodując znaczące stopienie i spływ. Ostatecznie Seroussi i jej koledzy dostarczają przekonujących dowodów - opartych na kombinacji danych powierzchniowych i sejsmicznych - na pióropusz powierzchni pod pokrywą lodową Zachodniej Antarktydy. Szacują również, że ten pióropusz płaszczowy uformował się około 50 do 110 milionów lat temu, na długo przed powstaniem pokrywy lodowej Antarktydy Zachodniej.
Około 11 000 lat temu, kiedy skończyła się ostatnia epoka lodowcowa, pokrywa lodowa przeżywała okres szybkiej, ciągłej utraty lodu. Gdy globalne wzorce pogodowe i rosnące poziomy mórz zaczęły się zmieniać, ciepła woda została zepchnięta bliżej pokrywy lodowej. Badania Seroussi i Irvins sugerują, że pióropusz płaszcza może dziś ułatwić taką szybką utratę, podobnie jak miało to miejsce podczas ostatniego okresu między lodowcowego.
Zrozumienie źródeł utraty pokrywy lodowej na Antarktydzie Zachodniej jest ważne, jeśli chodzi o oszacowanie tempa, w jakim lód może się tam utracić, co zasadniczo ma na celu prognozowanie skutków zmian klimatu. Biorąc pod uwagę, że Ziemia po raz kolejny przechodzi globalne zmiany temperatury - tym razem z powodu działalności człowieka - niezbędne jest stworzenie dokładnych modeli klimatu, które pozwolą nam dowiedzieć się, jak szybko topi się lód polarny i podnosi się poziom mórz.
Informuje również o naszym zrozumieniu tego, w jaki sposób historia naszej planety i zmiany klimatu są powiązane i jaki wpływ wywarły one na jej ewolucję geologiczną.
