Oamenii de știință descoperă un sistem masiv de apă subterană în sedimentele de sub gheața din Antarctica

Autoarea principală, Chloe Gustafson, și alpinista Meghan Seifert au creat instrumente geofizice pentru a măsura apele subterane de sub fluxul de gheață Whillans din Antarctica de Vest. Credit: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

Rezervoarele necartografiate anterior ar putea accelera ghețarii și elibera carbon.

Mulți cercetători cred că apa lichidă este cheia pentru înțelegerea comportamentului formei înghețate găsite în ghețari. Apa de topire este cunoscută că le lubrifiază bazele de pietriș și că le grăbește marșul spre mare. În ultimii ani, oamenii de știință din Antarctica au descoperit sute de lacuri lichide și râuri interconectate, legănat în aceeași gheață. Și au capturat bazine groase de sedimente sub gheață, care pot conține cele mai mari rezervoare de apă dintre toate. Dar până acum, nimeni nu a confirmat prezența unor cantități mari de apă lichidă în sedimentele de sub gheață și nici nu a investigat cum ar putea interacționa cu gheața.

Acum, o echipă de cercetare a cartografiat pentru prima dată un sistem imens de apă subterană care circulă activ în sedimentele adânci din Antarctica de Vest. Ei spun că astfel de sisteme, probabil comune în Antarctica, pot avea implicații încă necunoscute asupra modului în care reacționează continentul înghețat sau poate chiar contribuie la schimbările climatice. Cercetarea a fost publicată în jurnal Ştiinţă pe 5 mai 2022.

Locații de sondaj la Whillans Ice Stream

Locații de sondaj în Whillans Ice Stream. Stațiile de imagistică electromagnetică au fost instalate în două zone generale (marcaje galbene). Echipa s-a deplasat în zone mai mari pentru a îndeplini alte sarcini, indicate de puncte roșii. Click pe imagine pentru a vedea o versiune mai mare. Credit: Prin amabilitatea lui Chloe Gustafson

„Oamenii au emis ipoteza că ar putea exista apă subterană adâncă în aceste sedimente, dar până acum nimeni nu a primit imagini detaliate”, a spus autorul principal al studiului Chloe Gustafson, care a condus cercetarea în calitate de student absolvent la[{” attribute=””>Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory. “The amount of groundwater we found was so significant, it likely influences ice-stream processes. Now we have to find out more and figure out how to incorporate that into models.”

Scientists have for decades flown radars and other instruments over the Antarctic ice sheet to image subsurface features. Among many other things, these missions have revealed sedimentary basins sandwiched between ice and bedrock. But airborne geophysics can generally reveal only the rough outlines of such features, not water content or other characteristics. In one exception, a 2019 study of Antarctica’s McMurdo Dry Valleys used helicopter-borne instruments to document a few hundred meters of subglacial groundwater below about 350 meters of ice. But most of Antarctica’s known sedimentary basins are much deeper, and most of its ice is much thicker, beyond the reach of airborne instruments. In a few places, researchers have drilled through the ice into sediments, but have penetrated only the first few meters. Thus, models of ice-sheet behavior include only hydrologic systems within or just below the ice.

Matthew Siegfried Pulls Buried Electrode Wire

Coauthor Matthew Siegfried pulls up a buried electrode wire. Credit: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

This is a big deficiency; most of Antarctica’s expansive sedimentary basins lie below current sea level, wedged between bedrock-bound land ice and floating marine ice shelves that fringe the continent. They are thought to have formed on sea bottoms during warm periods when sea levels were higher. If the ice shelves were to pull back in a warming climate, ocean waters could re-invade the sediments, and the glaciers behind them could rush forward and raise sea levels worldwide.

The researchers in the new study concentrated on the 60-mile-wide Whillans Ice Stream, one of a half-dozen fast-moving streams feeding the Ross Ice Shelf, the world’s largest, at about the size of Canada’s Yukon Territory. Prior research has revealed a subglacial lake within the ice, and a sedimentary basin stretching beneath it. Shallow drilling into the first foot or so of sediments has brought up liquid water and a thriving community of microbes. But what lies further down has been a mystery.

La sfârșitul anului 2018, un avion de schi LC-130 al Forțelor Aeriene ale SUA l-a aruncat pe Gustafson, împreună cu geofizicianul Lamont-Doherty Kerry Key, geofizicianul de la Colorado School of Mines Matthew Siegfried și alpinista Meghan Seifert în Whillans. Misiunea lor: să cartografieze mai bine sedimentele și proprietățile lor folosind instrumente geofizice plasate direct pe suprafață. Departe de orice ajutor dacă ceva nu mergea prost, le-ar fi nevoie de șase săptămâni obositoare de călătorie, săpat în zăpadă, să planteze unelte și nenumărate alte sarcini.

Echipa a folosit o tehnică numită imagistica magnetotelurică, care măsoară pătrunderea energiei electromagnetice naturale generate în atmosfera planetei în pământ. Gheața, sedimentele, apa dulce, apa sărată și roca de bază conduc toate energia electromagnetică în grade diferite; Măsurând diferențele, cercetătorii pot crea hărți ale diferitelor elemente similare cu cele dintr-un RMN. Echipa și-a plantat instrumentele în gropi de zăpadă timp de aproximativ o zi, apoi le-a dezgropat și le-a mutat, făcând în cele din urmă citiri în aproximativ patru duzini de locații. Ei au reanalizat, de asemenea, undele seismice naturale emanate din sol care fuseseră colectate de o altă echipă, pentru a ajuta la distingerea rocii de bază, sedimentelor și gheții.

Analiza lor a arătat că, în funcție de locație, sedimentele se extind sub baza de gheață de la jumătate de kilometru până la aproape doi kilometri înainte de a atinge roca de bază. Și au confirmat că sedimentele sunt încărcate cu apă lichidă până la fund. Cercetătorii estimează că, dacă ar fi îndepărtat totul, ar forma o coloană de apă cu o înălțime de 220 până la 820 de metri, de cel puțin 10 ori mai mare decât în ​​sistemele hidrologice de mică adâncime din interiorul și baza gheții, poate mult mai mare decât atât. .

Apa sărată conduce energia mai bine decât apa dulce, așa că au putut de asemenea să arate că apele subterane devin mai saline odată cu adâncimea. Key a spus că acest lucru are sens, deoarece se crede că sedimentele s-au format într-un mediu marin cu mult timp în urmă. Apele oceanice au ajuns probabil ultima oară în ceea ce este acum zona acoperită de Whillans într-o perioadă caldă de aproximativ 5.000 până la 7.000 de ani în urmă, saturând sedimentele cu apă sărată. Pe măsură ce gheața a avansat din nou, apa proaspătă de topire produsă de presiunea de sus și frecarea de la baza gheții a fost evident forțată în sedimentele superioare. Probabil că continuă să se scurgă și să se amestece astăzi, a spus Key.

Cercetătorii spun că această scurgere lentă a apei dulci în sedimente ar putea împiedica acumularea apei la baza gheții. Aceasta ar putea acționa ca o frână asupra mișcării înainte a gheții. Măsurătorile efectuate de alți oameni de știință la linia solului curentului de gheață, punctul în care fluxul de gheață terestru se întâlnește cu platforma de gheață plutitoare, arată că apa de acolo este ceva mai puțin sărată decât apa de mare normală. Acest lucru sugerează că apa dulce curge prin sedimente în ocean, făcând loc pentru mai multă apă de topire să intre și menținând sistemul stabil.

Cu toate acestea, spun cercetătorii, dacă suprafața gheții ar fi prea subțire — o posibilitate distinctă pe măsură ce clima se încălzește — direcția curgerii apei s-ar putea inversa. Presiunile de deasupra ar scădea, iar apele subterane mai adânci ar putea începe să urce în baza de gheață. Acest lucru ar putea lubrifia și mai mult baza gheții și ar putea crește mișcarea înainte. (Whillans se deplasează deja gheața spre mare cu aproximativ un metru pe zi, foarte repede pentru gheața glaciară.) De asemenea, dacă apa subterană de adâncime curge în sus, ar putea transporta căldura geotermală generată în mod natural în roca de bază; acest lucru ar putea dezgheța și mai mult baza gheții și ar putea să o propulseze înainte. Dar dacă și în ce măsură se va întâmpla asta nu este clar.

„În cele din urmă, nu avem constrângeri uriașe privind permeabilitatea sedimentelor sau cât de repede va curge apa”, a spus Gustafson. „Ar face o mare diferență că ar crea o reacție fugitivă? Sau este apa subterană un jucător minor în marea schemă a curgerii gheții?

Prezența cunoscută a microbilor în sedimentele de mică adâncime adaugă o altă ridă, spun cercetătorii. Este probabil ca acest bazin și altele să fie locuite mai în aval; iar dacă apa subterană începe să se miște în sus, ar elimina carbonul dizolvat folosit de aceste organisme. Fluxul lateral de apă subterană ar trimite o parte din acest carbon în ocean. Acest lucru ar face posibil din Antarctica o sursă de carbon neconsiderată până acum într-o lume care deja înoată în ea. Dar din nou, întrebarea este dacă acest lucru ar produce vreun efect semnificativ, a spus Gustafson.

Noul studiu este doar un început în abordarea acestor întrebări, spun cercetătorii. „Confirmarea existenței dinamicii apelor subterane de adâncime ne-a transformat înțelegerea comportamentului fluxului de gheață și va forța modificarea modelelor de apă subglaciară”, scriu ei.

Ceilalți autori sunt Helen Fricker de la Instituția Scripps de Oceanografie, J. Paul Winberry de la Universitatea Central Washington, Ryan Venturelli de la Universitatea Tulane și Alexander Michaud de la Laboratorul Bigelow pentru Științe Oceanice. Chloe Gustafson este acum cercetător postdoctoral la Scripps.

Referință: „A dynamic saline groundwater system mapped under an Antarctic ice stream” de Chloe D. Gustafson, Kerry Key, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. Venturelli și Alexander B Michaud, mai 5, 2022, Ştiinţă.
DOI: 10.1126/science.abm3301

Add Comment