Due ricercatori della Georgia Tech, Alex Robel e Shi Joyce Sim, hanno collaborato a un nuovo modello su come l’acqua si muove sotto i ghiacciai. La nuova teoria mostra che fino al doppio della quantità di acqua subglaciale originariamente prevista potrebbe defluire nell’oceano, aumentando potenzialmente lo scioglimento dei ghiacciai, l’innalzamento del livello del mare e i disturbi biologici.
Il documento, pubblicato in Progressi scientifici, “L’assottigliamento contemporaneo della calotta glaciale guida l’esfiltrazione delle acque sotterranee subglaciali con potenziali feedback sul flusso dei ghiacciai”, è scritto in collaborazione con Colin Meyer (Dartmouth), Matthew Siegfried (Colorado School of Mines) e Chloe Gustafson (USGS).
Sebbene esistano metodi preesistenti per comprendere il flusso subglaciale, queste tecniche comportano calcoli che richiedono molto tempo. Al contrario, Robel e Sim hanno sviluppato una semplice equazione, che può prevedere la velocità dell’esfiltrazione, lo scarico delle acque sotterranee dalle falde acquifere sotto le calotte glaciali, utilizzando misurazioni satellitari dell’Antartide degli ultimi due decenni.
“In gergo matematico, si direbbe che abbiamo una soluzione in forma chiusa”, spiega Robel, assistente professore alla School of Earth and Atmospheric Sciences. “In precedenza, le persone avrebbero eseguito un modello idromeccanico, che avrebbe dovuto essere applicato in ogni punto dell’Antartide, e poi portato avanti per un lungo periodo di tempo.” Poiché la nuova teoria dei ricercatori è un’equazione matematicamente semplice, piuttosto che un modello, “l’intera nostra previsione può essere eseguita in una frazione di secondo su un laptop”, afferma Robel.
Robel aggiunge che, sebbene esista la precedenza per lo sviluppo di questo tipo di teorie per tipi simili di modelli, questa teoria è specifica in quanto riguarda le particolari condizioni al contorno e altre condizioni che esistono sotto le calotte glaciali. “Questa è, a nostra conoscenza, la prima teoria matematicamente semplice che descrive l’esfiltrazione e l’infiltrazione sotto le calotte glaciali.”
“È davvero bello ottenere un modello molto semplice per descrivere un processo e quindi essere in grado di prevedere cosa potrebbe accadere, soprattutto utilizzando i ricchi dati di cui disponiamo oggi. È incredibile”, aggiunge Sim, ricercatore presso la Scuola. delle Scienze della Terra e dell’Atmosfera. “Vedere i risultati è stato piuttosto sorprendente.”
Uno degli argomenti principali del documento sottolinea la potenziale grande fonte di acqua subglaciale – forse fino al doppio della quantità precedentemente ritenuta – che potrebbe influenzare la velocità con cui scorre il ghiaccio glaciale e la velocità con cui il ghiaccio si scioglie alla base. Robel e Sim sperano che le previsioni rese possibili da questa teoria possano essere incorporate nei modelli delle calotte glaciali che gli scienziati utilizzano per prevedere i futuri cambiamenti delle calotte glaciali e l’innalzamento del livello del mare.
Un ciclo di feedback pericoloso
Le falde acquifere sono aree sotterranee di roccia porosa o sedimenti ricchi di acque sotterranee. “Se si toglie peso alle falde acquifere, come quelle presenti in gran parte dell’Antartide, l’acqua inizierà a fuoriuscire dai sedimenti”, spiega Robel, facendo riferimento a un diagramma creato da Sim. Sebbene questo processo, noto come esfiltrazione, sia stato studiato in precedenza, l’attenzione si è concentrata sulle lunghe scale temporali dei cicli interglaciali, che coprono decine di migliaia di anni.
C’è stato meno lavoro sulle calotte glaciali moderne, in particolare sulla rapidità con cui potrebbe verificarsi l’esfiltrazione sotto le parti in assottigliamento dell’attuale calotta glaciale antartica. Tuttavia, utilizzando recenti dati satellitari e la loro nuova teoria, il team è stato in grado di prevedere come potrebbe apparire l’esfiltrazione sotto quelle moderne calotte di ghiaccio.
“C’è una vasta gamma di possibili previsioni”, spiega Robel. “Ma all’interno di questo intervallo di previsioni c’è la possibilità molto reale che le acque sotterranee possano fuoriuscire dalla falda acquifera a una velocità tale da renderle la maggioranza, o quasi, dell’acqua che si trova sotto la calotta glaciale”.
Se questi parametri fossero corretti, ciò significherebbe che nell’interfaccia subglaciale entra il doppio dell’acqua rispetto a quanto ipotizzato dalle stime precedenti.
Le calotte glaciali si comportano come una coperta, appoggiandosi sulla terra calda e intrappolando il calore sul fondo, lontano dall’atmosfera fredda dell’Antartide – e questo significa che il punto più caldo della calotta glaciale antartica è sul fondo della calotta, non sulla superficie. . Quando una calotta di ghiaccio si assottiglia, l’acqua sotterranea più calda può essere esfiltrata più facilmente e questo gradiente di calore può accelerare lo scioglimento della calotta di ghiaccio.
“Quando l’atmosfera si riscalda, ci vogliono decine di migliaia di anni perché il segnale si diffonda attraverso una calotta glaciale grande quanto lo spessore della calotta glaciale antartica”, spiega Robel. “Ma questo processo di esfiltrazione è una risposta all’assottigliamento già in corso della calotta glaciale, ed è una risposta immediata in questo momento.”
Ampie implicazioni
Oltre all’innalzamento del livello del mare, questa ulteriore esfiltrazione e scioglimento hanno altre implicazioni. Alcuni dei luoghi con la più ricca produttività marina del mondo si trovano al largo delle coste dell’Antartide, e essere in grado di prevedere meglio l’esfiltrazione e lo scioglimento potrebbe aiutare i biologi marini a capire meglio dove si sta verificando la produttività marina e come potrebbe cambiare in futuro.
Robel spera inoltre che questo lavoro apra la strada a ulteriori collaborazioni con idrologi delle acque sotterranee che potrebbero essere in grado di applicare la loro esperienza alle dinamiche delle calotte glaciali, mentre Sim sottolinea la necessità di ulteriori ricerche sul campo.
“Fare in modo che gli sperimentali e gli osservatori siano interessati a cercare di aiutarci a limitare meglio alcune delle proprietà di questi sedimenti carichi di acqua sarebbe molto utile”, dice Sim. “Questa è la nostra più grande incognita a questo punto, e influenza pesantemente i risultati.”
“È davvero interessante come esista il potenziale per assorbire calore dalle profondità del sistema”, aggiunge. “C’è parecchia acqua che potrebbe assorbire più calore, e penso che ci sia un budget di calore che potrebbe essere interessante da guardare.”
Andando avanti, la collaborazione continuerà a essere fondamentale. “Mi è davvero piaciuto parlare con Joyce (Sim) di questi problemi”, dice Rober, “perché Joyce è un esperto del flusso di calore e del flusso poroso all’interno della Terra, e questi sono problemi su cui non avevo mai lavorato prima. È stato gentile è un aspetto gradevole di questa collaborazione. Siamo riusciti a colmare queste due aree su cui lavora lei e su cui lavoro io.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com