Тепло из мантии Земли растапливает ледниковый покров Антарктиды

Новое исследование проведенное учеными НАСА доказало, что геотермальный источник тепла, называемый мантийным плюмом, находящийся глубоко под землей Мари Берд в Антарктиде, объясняет быстрое таяние, которое создает озера и реки под ледяным покровом. Хотя источник тепла не является новой или увеличивающейся угрозой для ледникового покрова Западной Антарктики, это может помочь объяснить, почему ледяной покров неустойчив сегодня.

Стабильность ледяного щита тесно связана с тем, сколько воды омывает его снизу, что облегчает скольжение ледников. Понимание источников и будущего талой воды в Западной Антарктике важно для оценки скорости, с которой лед может таять и увеличивать уровень воды в океане.

Ледники Антарктиды нестабильны и наполнены реками и озерами, наибольшим из которых является озеро Эри. Многие озера быстро заполняются и стекают, заставляя поверхность льда высотой в тысячи футов над ними подниматься и опускаться на целых 6 метров. Движение позволяет ученым оценить, где и сколько воды должно существовать.

Около 30 лет назад ученый из Университета Колорадо Денвер предположил, что тепло от мантийного шлейфа под землей Мари Берд может объяснить региональную вулканическую активность и топографическую функцию купола. Очень недавняя сейсмическая визуализация поддержала эту концепцию.

С небольшими прямыми измерениями, существующими по до льдом, ученые из JPL пришли к лучшему способу изучения идеи мантийного плюма путем численного моделирования. Они использовали модель системы Ice Sheet (ISSM), численное описание физики ледяных щитов, разработанное учеными JPL и Калифорнийским университетом в  Ирвине.

Чтобы гарантировать, что модель была реалистичной, ученые вели наблюдения за изменениями высоты поверхности ледяного покрова, с помощью данных со  спутника NASA IceSat и воздушной кампанией Operation IceBridge.

Поскольку местоположение и размер возможного мантийного шлейфа были неизвестны, они протестировали полный диапазон того, что было физически возможным для нескольких параметров, производя десятки различных симуляций.

Они обнаружили, что поток энергии от мантийного шлейфа должен составлять не более 150 милливатт на квадратный метр. Для сравнения, в регионах США без вулканической активности тепловой поток от мантии Земли составляет от 40 до 60 милливатт.

В Йеллоустонском национальном парке - известная геотермальная горячая точка - тепло снизу составляет около 200 милливатт на квадратный метр, усредненный по всему парку, хотя отдельные геотермальные свойства, такие как гейзеры, намного более горячие.

Моделирование ученых, Серуси и Ивинса с использованием теплового потока выше 150 милливатт на квадратный метр показало слишком много плавления, чтобы быть совместимым с данными на основе космического пространства, за исключением одного места: области в глубине моря Росса, известной интенсивными потоками воды. Эта область требовала теплового потока не менее 150-180 милливатт на квадратный метр. Однако сейсмическая визуализация показала, что теплота мантии в этом регионе может достигать ледникового покрова через раскол, то есть пролом в земной коре, такой, как появился в Большой долине рифтов в Африке.

Считается, что мантийные плюмы являются узкими потоками горной породы, поднимающимися через мантию Земли и распространяющимися как грибная шапка под земной корой. Плавучесть материала, часть которого расплавлена, заставляет кору вздыматься вверх. Теория мантийных плюмов была предложена в 1970-х годах для объяснения геотермальной активности, которая происходит далеко от границы тектонической плиты, такой как Гавайи и Йеллоустоун.

Мантийный плюм земли Мари Берд сформировался от 50 до 110 миллионов лет назад, задолго до появления ледникового покрова Западной Антарктиды. В конце последнего ледникового периода около 11000 лет назад ледниковый покров прошел через период быстрой, устойчивой потери льда, когда изменения в глобальных погодных условиях и повышение уровня моря подтолкнули теплую воду ближе к ледяному покрову - так же, как и сегодня.

«Наличие этого мантийного плюма важно, поскольку это говорит о том, что лед Антарктиды более уязвим в этой области: эта дополнительная теплота нагревает лед, что говорит о большей слабости перед лицом будущих и прошлых изменений в окружающей среде», - говорят исследователи.