Een nieuwe studie door NASA-wetenschappers heeft bewezen dat een geothermische warmtebron, een mantelpluim genaamd, diep onder de grond in Marie Bird op Antarctica, het snelle smelten verklaart dat meren en rivieren onder de ijskap creëert. Hoewel de warmtebron geen nieuwe of toenemende bedreiging vormt voor de West-Antarctische ijskap, kan het helpen verklaren waarom de ijskap tegenwoordig onstabiel is.
De stabiliteit van een ijskap hangt nauw samen met hoeveel water er van onderaf stroomt, waardoor gletsjers gemakkelijker glijden. Het begrijpen van de bronnen en de toekomst van smeltwater op West-Antarctica is belangrijk bij het beoordelen van de snelheid waarmee ijs kan smelten en het oceaanwaterpeil kan verhogen.
De gletsjers van Antarctica zijn onstabiel en gevuld met rivieren en meren, waarvan Lake Erie de grootste is. Veel meren vullen zich snel en lopen snel leeg, waardoor het ijsoppervlak duizenden meters boven hen tot wel 6 meter stijgt en daalt. De beweging stelt wetenschappers in staat om in te schatten waar en hoeveel water er zou moeten zijn.
Ongeveer 30 jaar geleden suggereerde een wetenschapper aan de Universiteit van Colorado in Denver dat warmte van een ondergrondse mantelpluim van Marie Bird de regionale vulkanische activiteit en topografische functie van de koepel zou kunnen verklaren. Zeer recente seismische beeldvorming heeft dit concept ondersteund.
Met de kleine directe metingen die langs het ijs bestaan, hebben wetenschappers van JPL een betere manier bedacht om het idee van de mantelpluim te bestuderen door middel van numerieke simulaties. Ze gebruikten het Ice Sheet System Model (ISSM), een numerieke beschrijving van de fysica van ijskappen ontwikkeld door wetenschappers van JPL en de University of California, Irvine.
Om ervoor te zorgen dat het model realistisch was, volgden de wetenschappers veranderingen in het oppervlak van de ijskap met behulp van gegevens van NASA's IceSat-satelliet en de luchtcampagne van Operation IceBridge.
Omdat de locatie en grootte van de mogelijke mantelpluim onbekend waren, testten ze het volledige bereik van wat fysiek mogelijk was voor verschillende parameters, waarbij ze tientallen verschillende simulaties produceerden.
Ze ontdekten dat de energiestroom uit de mantelpluim niet meer dan 150 milliwatt per vierkante meter mag bedragen. Ter vergelijking: in regio's van de Verenigde Staten zonder vulkanische activiteit varieert de warmtestroom van de aardmantel van 40 tot 60 milliwatt.
Promotie video:
In Yellowstone National Park - een beroemde geothermische hotspot - is de warmte van onderaf gemiddeld ongeveer 200 milliwatt per vierkante meter over het park, hoewel individuele geothermische eigenschappen, zoals geisers, veel heter zijn.
Simulaties door wetenschappers Serucy en Ivins met een warmteflux van meer dan 150 milliwatt per vierkante meter toonden te veel smelten aan om consistent te zijn met gegevens uit de ruimte, behalve op één plaats: een gebied diep in de Rosszee dat bekend staat om intense waterstromen. Dit gebied vereiste een warmteflux van minimaal 150-180 milliwatt per vierkante meter. Seismische beeldvorming heeft echter aangetoond dat de warmte van de mantel in dit gebied de ijskap kan bereiken via een kloof, dat wil zeggen een breuk in de aardkorst, zoals die zich voordoet in de Great Rift Valley in Afrika.
Men denkt dat mantelpluimen smalle rotsstromen zijn die door de aardmantel stijgen en zich als een paddestoelmuts onder de aardkorst verspreiden. Het drijfvermogen van het materiaal, waarvan een deel is gesmolten, zorgt ervoor dat de korst naar boven opzwelt. De mantelpluimtheorie werd in de jaren zeventig voorgesteld om geothermische activiteit te verklaren die ver van de tektonische plaatgrens zoals Hawaii en Yellowstone plaatsvindt.
De mantelpluim van Marie Bird werd 50 tot 110 miljoen jaar geleden gevormd, lang voordat de ijskap van West-Antarctica verscheen. Aan het einde van de laatste ijstijd, ongeveer 11.000 jaar geleden, maakte de ijskap een periode van snel, aanhoudend ijsverlies door, toen veranderingen in wereldwijde weersomstandigheden en stijgende zeespiegels warm water dichter bij de ijskap duwden - net als nu.
"De aanwezigheid van deze mantelpluim is belangrijk omdat het suggereert dat het ijs van Antarctica kwetsbaarder is in dit gebied: deze extra warmte verwarmt het ijs, wat duidt op een grotere zwakte in het licht van toekomstige en vroegere veranderingen in de omgeving", zeggen de onderzoekers.
