En ny studie av NASA-forskare har visat att en geotermisk värmekälla som kallas en mantelplomme, djupt under jord i Marie Bird i Antarktis, förklarar den snabba smältningen som skapar sjöar och floder under isarken. Även om värmekällan inte är ett nytt eller ökande hot mot västantarktisens isark, kan det hjälpa till att förklara varför isarken är instabil idag.
Stabiliteten hos en isark är nära relaterad till hur mycket vatten som rinner underifrån, vilket gör glaciärer lättare att glida. Att förstå källorna och framtiden för smältvatten i Västantarktis är viktigt för att bedöma hastigheten med vilken is kan smälta och öka havsvattnen.
Antarktisens glaciärer är instabila och fyllda med floder och sjöar, varav den största är sjön Erie. Många sjöar fylls och dräneras snabbt, vilket får isytan tusentals fot över dem att stiga och falla så mycket som 6 meter. Rörelsen gör det möjligt för forskare att uppskatta var och hur mycket vatten som ska finnas.
För cirka 30 år sedan föreslog en forskare vid University of Colorado Denver att värme från en mantelplomme under jorden av Marie Bird kunde förklara regional vulkanisk aktivitet och kupolens topografiska funktion. Mycket nyligen seismisk avbildning har stött detta koncept.
Med de små direkta mätningarna som finns längs isen har forskare vid JPL kommit fram till ett bättre sätt att studera mantelplumidén genom numeriska simuleringar. De använde Ice Sheet System Model (ISSM), en numerisk beskrivning av fysiken i isark utvecklad av forskare vid JPL och University of California, Irvine.
För att säkerställa att modellen var realistisk övervakade forskarna förändringar i ytan på isarken med hjälp av data från NASA: s IceSat-satellit och operationen IceBridge-luftkampanjen.
Eftersom platsen och storleken på den möjliga mantelplommen var okänd, testade de hela utbudet av vad som var fysiskt möjligt för flera parametrar och producerade dussintals olika simuleringar.
De fann att flödet av energi från mantelplommen inte bör vara mer än 150 milliwatt per kvadratmeter. Som jämförelse, i regioner i USA utan vulkanisk aktivitet, varierar värmeflödet från jordens mantel från 40 till 60 milliwatt.
Kampanjvideo:
I Yellowstone National Park - en berömd geotermisk hotspot - är värmen underifrån cirka 200 milliwatt per kvadratmeter i genomsnitt över parken, även om enskilda geotermiska egenskaper, såsom gejsrar, är mycket varmare.
Simuleringar av forskare Serucy och Ivins med värmeflöde över 150 milliwatt per kvadratmeter visade för mycket smältning för att överensstämma med rymdbaserad data, utom på ett ställe: ett område djupt i Rosshavet känt för intensiva vattenflöden. Detta område krävde ett värmeflöde på minst 150-180 milliwatt per kvadratmeter. Seismisk avbildning har emellertid visat att mantelns värme i detta område kan nå isarken genom en klyftan, det vill säga ett brott i jordskorpan, som dykte upp i Great Rift Valley i Afrika.
Mantelplummar anses vara smala bergströmmar som stiger genom jordens mantel och sprider sig som en svamplock under jordskorpan. Materialets flytkraft, varav en del smälts, får skorpan att bula uppåt. Mantelplommeteorin föreslogs på 1970-talet för att förklara geotermisk aktivitet som förekommer långt från den tektoniska plattans gräns, såsom Hawaii och Yellowstone.
Marie Birds mantelplomme bildades för 50 till 110 miljoner år sedan, långt innan den västantarktiska isisen visade sig. I slutet av den senaste istiden, för cirka 11 000 år sedan, gick isarken genom en period med snabb, långvarig isförlust, när förändringar i globala väderförhållanden och stigande havsnivåer pressade varmt vatten närmare isen - precis som det gör idag.
"Förekomsten av denna mantelplomme är viktig eftersom den antyder att Antarktisens is är mer sårbar i detta område: denna ytterligare värme värmer isen, vilket antyder större svaghet inför framtida och tidigare förändringar i miljön," säger forskarna.
