Ученые предположили, что вес воды в этих надледниковых озерах оказывает давление, которое в конечном итоге треснет лед, но они не могли объяснить, почему дно некоторых озер треснуло, а дно других — нет.«Наше открытие поможет нам более точно предсказать, как надледниковые озера повлияют на течение ледникового покрова и повышение уровня моря по мере потепления в будущем», — сказала ведущий автор Лаура Стивенс, аспирантка Массачусетского технологического института и океанографического института Вудс-Хоул. (MIT / WHOI) Совместная программа по океанографии.Исследование было опубликовано 4 июня в журнале Nature.
Чтобы выяснить, что вызывает внезапный дренаж озера, исследовательская группа, в которую вошли Стивенс и его коллеги из WHOI, Вашингтонского университета, Массачусетского технологического института и Университета Тасмании, развернула сеть из 16 GPS-устройств вокруг Северного озера, длиной 1,5 мили. надледниковое озеро на юго-западе Гренландии, где ученые впервые задокументировали крупномасштабные трещины и дренаж озера. Они использовали эти инструменты для регистрации движения льда до, во время и после трех быстрых осушений озера летом 2011, 2012 и 2013 годов.Их исследование показало, что за 6–12 часов до того, как озеро потрескалось и высохло, лед вокруг озера поднимался вверх и скользил по горизонтали.
Ученые говорят, что талая вода начала стекать через близлежащую систему муленов (вертикальных каналов через лед), которые соединяли поверхность с основанием ледяного покрова на 3215 футов ниже. Накапливающаяся вода создает выпуклость, которая плавает по всему ледяному покрову, создавая напряжение на поверхности под озером. Напряжение нарастает до тех пор, пока оно не снимается внезапной большой трещиной во льду под озером.
«В некотором смысле лед ведет себя как Silly Putty — если вы надавите на него медленно, он растянется; если вы сделаете это с достаточной силой, он потрескается», — сказал Стивенс. «Обычно давление на поверхность ледяного покрова направляется в бассейн озера, сжимая лед вместе. Но, по сути, если вы оттолкнетесь от ледяного покрова и создадите купол вместо чаши, вы получите напряжение, которое растянет поверхность льда. Вы изменяете напряженное состояние поверхностного льда с сжатия на растяжение, что способствует образованию трещин ».
Как только напряжение вызывает трещину, объем воды в озере действительно играет решающую роль, врываясь в отверстие, расширяя и расширяя его и сохраняя его заполненным водой до самого основания толстого ледяного покрова. Это так называемые гидроразрывы, и ученые документально подтвердили, как они могут вывести из Северного озера более 11 миллиардов галлонов воды примерно за 90 минут. По оценкам ученых, порой вода вытекала из дна озера быстрее, чем через Ниагарский водопад.«Для образования гидроразрыва необходимы оба условия — натяжение, чтобы образовалась трещина, и большой объем воды, чтобы ее усилить», — сказал Стивенс.
Ключевой вывод этого исследования состоит в том, что без первого даже большие надледниковые озера сохранят свою воду.У основания ледяного покрова вода, стекающая из озера, смазывает поверхность раздела между льдом и скалой, позволяя ледяному покрову быстрее скользить к берегу. Это, в свою очередь, ускоряет отток льда с суши в море и вызывает более быстрое повышение уровня моря.
Таким образом, понимание механизмов, запускающих дренаж, поможет ученым более точно предсказать, как надледниковые озера повлияют на повышение уровня моря при изменении климатических условий в будущем.Сеть GPS также зафиксировала более внезапные и важные движения поверхности ледяного покрова во время гидроразрыва, показывая, что части ложа ледяного покрова под озером могут скользить до полутора футов. Это эквивалентно движению, вызванному землетрясением магнитудой 5,5.«Это просто другой тип твердых кристаллов — лед, а не горная порода — ломаются из-за стресса», — сказал Джефф МакГуайр, соавтор исследования и сейсмолог из WHOI.
В состав исследовательской группы входили представители различных научных дисциплин, в том числе сейсмолог Макгуайр; Марк Бен, геофизик ВОЗI, изучающий разломы в земной коре; гляциологи Сара Дас из WHOI и Ян Джоуин и Дэвид Шин из Вашингтонского университета; Том Херринг, специалист по GPS в Массачусетском технологическом институте, и Мэтт Кинг, изучающий геодезию, антарктические ледяные щиты и уровень моря в Университете Тасмании.Каждую весну и лето на вершине ледникового щита Гренландии образуются тысячи надледниковых озер, когда в регион возвращается солнечный свет.
Жара превращает снег и лед в воду, которая собирается в углублениях ледникового покрова, образуя озера. По мере того, как регион становится теплее, вероятно, будет образовываться больше озер, что приведет к предсказанию первого порядка большего количества гидроразрывов, большего количества смазки, большего проскальзывания ледяного покрова и более быстрого повышения уровня моря.Однако открытие нового спускового механизма меняет уравнение, потому что спусковой механизм с меньшей вероятностью сработает в озерах, расположенных на больших высотах ледникового щита, даже несмотря на то, что объемы воды в этих озерах могут быть большими.
Стивенс объяснил, что ледяной щит дальше от суши толще и движется медленнее. Лед на глубине течет вязко, смягчая удары по рельефу поверхности.
Это приводит к более плоской поверхности, на которой образуется меньше озерных бассейнов и трещин. Меньшее количество трещин означает меньшую утечку воды в основание, что уменьшает выпучивание, увеличивающее поверхностные напряжения.
