Gli scienziati hanno scoperto un enorme sistema di acque sotterranee nei sedimenti sotto il ghiaccio antartico

L’autrice principale Chloe Gustafson e l’alpinista Megan Seifert hanno installato strumenti geofisici per misurare le acque sotterranee al di sotto del Whillans Ice Stream nell’Antartide occidentale. Credito: Keri Kee/Lamont-Doherty Earth Observatory

I serbatoi mai mappati in precedenza potrebbero accelerare i ghiacciai e rilasciare carbonio.

Molti ricercatori ritengono che l’acqua liquida sia la chiave per comprendere il comportamento della forma congelata che si trova nei ghiacciai. È noto che l’acqua di scioglimento ammorbidisce le sue basi ghiaiose e accelera la sua marcia verso il mare. Negli ultimi anni, gli scienziati in Antartide hanno scoperto centinaia di interconnessi Laghi e fiumi liquidi Minacciato all’interno del ghiaccio stesso. Hanno fotografato densi bacini di sedimenti sotto il ghiaccio, che probabilmente contengono le più grandi riserve d’acqua mai viste. Ma fino ad ora nessuno ha confermato la presenza di quantità significative di acqua liquida nei sedimenti sotto il ghiaccio, né ha studiato come interagisca con il ghiaccio.

Ora, un team di ricerca ha mappato per la prima volta un enorme sistema di falde acquifere in circolazione attiva nei sedimenti profondi dell’Antartide occidentale. Dicono che tali sistemi, possibilmente comuni in Antartide, potrebbero avere effetti ancora sconosciuti su come il continente ghiacciato reagisce, o possono contribuire al cambiamento climatico. Pubblica la ricerca sulla rivista Scienza Il 5 maggio 2022.

Siti di indagine su Whillans Ice Stream

Siti di indagine su Whillans Ice Stream. Stazioni di imaging elettromagnetico sono state allestite in due aree pubbliche (segni gialli). La squadra si è recata in aree più ampie per svolgere altri compiti, indicati dai punti rossi. Clicca sull’immagine per vedere una versione più grande. Credito: Per gentile concessione di Chloe Gustafson

L’autrice principale dello studio, Chloe Gustafson, che ha condotto la ricerca come studentessa laureata presso[{” 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.

Alla fine del 2018, un jet da sci USAF LC-130 ha abbattuto Gustafson, insieme al geofisico di Lamont Doherty Kerry Key, al geofisico della Colorado School of Mines Matthew Siegfried e all’alpinista Megan Seifert a Whillans. La loro missione: mappare meglio i sedimenti e le loro proprietà utilizzando strumenti geofisici posti direttamente in superficie. Lungi da qualsiasi aiuto se qualcosa fosse andato storto, ci sarebbero volute sei estenuanti settimane di viaggio, scavando nella neve, piantando macchinari e innumerevoli altre faccende.

Il team ha utilizzato una tecnologia chiamata imaging magnetico, che misura la penetrazione dell’energia elettromagnetica naturale generata nell’atmosfera del pianeta nella Terra. Il ghiaccio, i sedimenti, l’acqua dolce, l’acqua salata e il substrato roccioso conducono l’energia elettromagnetica a vari gradi; Misurando le differenze, i ricercatori possono creare mappe simili alla risonanza magnetica di elementi diversi. Il team ha piantato i propri strumenti nelle fosse di neve per un giorno o due alla volta, quindi li ha scavati e spostati, effettuando infine letture in una quarantina di luoghi. Hanno anche rianalizzato le onde sismiche naturali emanate dalla Terra che sono state raccolte da un altro team per aiutare a caratterizzare la roccia, i sedimenti e il ghiaccio sottostanti.

La loro analisi ha mostrato che, a seconda della posizione, il sedimento si estende sotto la base del ghiaccio da mezzo chilometro a quasi due chilometri prima di colpire lo scisto. Hanno confermato che il sedimento è stato riempito di acqua liquida lungo il percorso. I ricercatori stimano che, se completamente estratto, formerebbe una colonna d’acqua da 220 a 820 metri di altezza – almeno 10 volte più superficiale dei sistemi idrologici poco profondi all’interno e alla base del ghiaccio – e forse molto di più. .

L’acqua salata conduce l’energia meglio dell’acqua dolce, quindi sono stati anche in grado di dimostrare che le acque sotterranee diventano più salate con la profondità. Questo ha senso, ha detto Key, perché si ritiene che i sedimenti si siano formati in un ambiente marino molto tempo fa. Le acque oceaniche potrebbero aver raggiunto l’ultima volta quella che oggi è l’area coperta da Whillans durante un periodo caldo da circa 5.000 a 7.000 anni fa, saturando i sedimenti con acqua salata. Quando il ghiaccio avanzò di nuovo, fu evidente che l’acqua dolce che si scioglieva a causa della pressione dall’alto e dell’attrito alla base del ghiaccio era stata chiaramente spinta nei sedimenti superiori. Key ha detto che potrebbe continuare a filtrare e socializzare oggi.

I ricercatori affermano che questo lento drenaggio di acqua dolce nel sedimento può impedire l’accumulo di acqua alla base del ghiaccio. Questo può fungere da freno al movimento in avanti del ghiaccio. Le misurazioni effettuate da altri scienziati sulla linea fissa del flusso di ghiaccio – il punto in cui la corrente di ghiaccio terrestre incontra la piattaforma di ghiaccio galleggiante – mostrano che l’acqua è leggermente meno salina della normale acqua di mare. Ciò indica che l’acqua dolce scorre attraverso i sedimenti nell’oceano, lasciando spazio a più acqua di disgelo e mantenendo stabile il sistema.

Tuttavia, affermano i ricercatori, se la superficie del ghiaccio è troppo sottile – una possibilità concreta quando il clima si riscalda – la direzione del flusso d’acqua può essere invertita. Le pressioni sospese diminuiranno e le acque sotterranee più profonde possono iniziare a fluire verso la base di ghiaccio. Ciò può aumentare la lubrificazione della base del ghiaccio e aumentarne il movimento in avanti. (Whillans si sta già muovendo verso il mare di circa 1 metro al giorno, troppo veloce per i ghiacciai.) Inoltre, se l’acqua sotterranea profonda scorre verso l’alto, può portare via il calore geotermico generato naturalmente dallo scisto. Questo potrebbe sciogliere la base di ghiaccio e spingerla in avanti. Ma non è chiaro se e in che misura ciò accadrà.

“In definitiva, non abbiamo limiti significativi alla permeabilità dei sedimenti o alla velocità con cui l’acqua può fluire”, ha affermato Gustafson. Farebbe una differenza enorme che genererebbe una reazione rapida? O le acque sotterranee giocano un ruolo minore nel grande schema del flusso di ghiaccio? “

I ricercatori affermano che la presenza nota di microbi nei sedimenti poco profondi aggiunge un’altra ruga. È probabile che questo bacino ed altri fossero abitati in basso; E se le acque sotterranee iniziano a salire, elimineranno il carbonio disciolto utilizzato da questi organismi. Il flusso laterale delle acque sotterranee invierà quindi parte di questo carbonio nell’oceano. Ciò trasformerebbe l’Antartide in una fonte di carbonio precedentemente sconsiderata in un mondo in cui già nuota. Ma la domanda è ancora una volta se questo avrà un impatto significativo, ha detto Gustafson.

I ricercatori affermano che il nuovo studio è solo l’inizio della risposta a queste domande. Hanno scritto: “La conferma dell’esistenza della dinamica delle acque sotterranee profonde ha cambiato la nostra comprensione del comportamento delle correnti glaciali e ci costringerà a modificare i modelli delle acque subglaciali”.

Altri autori sono Helen Fricker della Scripps Institution of Oceanography, J. Paul Winberry della Central Washington University, Ryan Ventorelli della Tulane University e Alexander Michaud del Bigelow Oceanographic Laboratory. Chloe Gustafson è ora ricercatrice post-dottorato presso Scripps.

Riferimento: “Un sistema dinamico di acque sotterranee saline mappato lungo un flusso di ghiaccio antartico” di Chloe D. Gustafson, Keri K, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. maggio 2022, Scienza.
DOI: 10.1126 / science.abm3301

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