Дослідження глибинних процесів у льодовиках Гренландії
Глибоко в льодовиковій шапці Гренландії радарні зображення виявили дивні структури, схожі на викиди, які спотворюють шари, накопичені протягом еонів. Більше ніж через десятиліття після їх відкриття, вчені вважають, що зрозуміли, що викликає ці структури, і це справжній сенсаційний факт. Згідно з моделюванням, ці викиди вражаюче відповідають конвекції: піднімання тепла, яке зазвичай пов’язують з розплавленими породами, що киплять під земною корою. “Виявлення того, що термічна конвекція може відбуватися в льодовиках, трохи суперечить нашій інтуїції та очікуванням. Лід у мільйон разів м’якший за мантію Землі, але фізика працює,” — говорить глазколог Роберт Лоу з Університету Бергена в Норвегії.
Дивні структури льодовикової шапки Гренландії
Льодовикова шапка Гренландії, яка покриває 80% острова, є одним з найбільших резервуарів замерзлої води на нашій планеті і, за прогнозами, зіграє важливу роль у підвищенні рівня моря, оскільки тане в океан. Розуміння фізичних процесів усередині неї є важливим для прогнозування змін у льодовиковій шапці з часом. Саме тому вчені використовують радар, що проникає в лід.
Як працює радар для дослідження льодовиків
Радіохвилі проходять через лід і відбиваються по-різному, коли стикаються з внутрішніми шарами — снігом, що випав давно і був ущільнений у лід, коли на нього насипався новий сніг. Кожен з цих шарів має свої характеристики, такі як різні рівні кислотності, а також варіації вмісту пилу, попелу і хімічних елементів.
Загадка викидів у льодовиках
У дослідженні 2014 року вчені описали дивні структури, які ці радарні зображення виявили глибоко в льоду на півночі Гренландії. Ці великі, піднімаючі вгору особливості не мали відношення до топографії підстилаючої скелі, представляючи головоломку, яку дослідники намагалися вирішити з того часу.
Гіпотези щодо виникнення структур
Попередні зусилля припускали, що механізми, такі як замерзання води, що тане, на нижній стороні льодовикової шапки, або переміщення слизьких місць, можуть бути відповідальними за ці структури. Однак одна ідея, яка не була перевірена, полягала в тому, що термічна конвекція може відбуватися в льодовикових шапках.
Моделювання термічної конвекції
Щоб перевірити цю ідею, Лоу та його колеги звернулися до комп’ютерного моделювання. Вони створили спрощений цифровий зріз льодовикової шапки Гренландії і поставили просте питання: якщо основа льоду нагрівається знизу, чи можуть конвекційні процеси формувати структури, що відповідають тому, що бачить радар?
Вони використали пакет моделювання геодинаміки, зазвичай використовуваний для симуляції конвекції в мантії Землі, для моделювання плити льоду завтовшки 2,5 кілометри (1,6 миль). Вони налаштували такі змінні, як швидкість випадання снігу, товщина льоду, м’якість льоду та швидкість його руху на поверхні.
Результати моделювання
При правильних умовах модель почала генерувати викиди, схожі на стовпці льоду, які загинали надлежачі шари в форми, що вражаюче нагадують ті, що видно на радарних зображеннях. У моделі викиди формувалися лише тоді, коли лід поблизу основи був теплішим і значно м’якшим, ніж дозволяють стандартні припущення, що свідчить про те, що якщо конвекція є відповідальною, реальний лід на основі льодовикової шапки на півночі Гренландії може бути також м’якшим, ніж вважали раніше.
Висновки та подальші дослідження
Тим часом, тепло, необхідне для утворення цих конвекційних викидів у моделі, відповідає теплу, яке безперервно надходить з Землі, генероване радіоактивним розпадом елементів у корі та залишковим теплом від формування Землі, коли вона поступово охолоджується протягом мільярдів років. Цей ефект незначний, але з часом, під величезною плитою ізоляційного матеріалу, він може накопичитися достатньо, щоб нагріти і пом’якшити лід над ним.
Значення відкриття
“Ми зазвичай вважаємо лід твердим матеріалом, тому відкриття, що частини льодовикової шапки Гренландії насправді підлягають термічній конвекції, нагадуючи киплячу каструлю пасти, є так само вражаючим, як і захоплюючим,” — говорить кліматолог Андреас Борн з Університету Бергена.
Це не означає, що лід став рідким. Він все ще залишається твердим, протікаючи лише протягом тисячоліть. Це також не обов’язково означає, що він буде танути швидше. Подальше вивчення фізичних процесів льоду і впливів конвекції на еволюцію льодовикової шапки необхідно для визначення, що це означає для майбутнього.
Унікальність Гренландії
“Гренландія та її природа справді особливі. Льодовикова шапка там має понад тисячу років, і це єдиний льодовик на Землі, у якого є культура і постійне населення на своїх окраїнах,” — говорить Лоу. “Чим більше ми дізнаємося про приховані процеси всередині льоду, тим краще ми будемо підготовлені до змін, які чекають на узбережжя по всьому світу.” Дослідження було опубліковано в The Cryosphere.