Подо льдом Антарктики обнаружили гигантскую систему подземных вод
Многие ученые говорят, что жидкая вода является ключом к пониманию поведения замороженной формы, обнаруженной в ледниках. Известно, что талая вода смазывает их гравийное основание и ускоряет их продвижение к морю. В последние годы исследователи в Антарктиде обнаружили сотни взаимосвязанных жидких озер и рек, находящихся внутри самого льда. И они сфотографировали толстые бассейны отложений подо льдом, потенциально содержащие самые большие резервуары воды из всех. Но до сих пор никто не подтвердил наличие большого количества жидкой воды в подледных отложениях и не исследовал, как она может взаимодействовать со льдом. Теперь команда впервые нанесла на карту огромную, активно циркулирующую систему подземных вод в глубоких отложениях в Западной Антарктиде. Они говорят, что такие системы, вероятно, распространенные в Антарктиде, могут иметь пока неизвестные последствия для того, как замерзший континент реагирует или, возможно, даже способствует изменению климата. Исследование опубликовано сегодня в журнале Science.
«Люди выдвинули гипотезу, что в этих отложениях могут быть глубокие грунтовые воды, но до сих пор никто не сделал никаких подробных изображений», — сказала ведущий автор исследования Хлоя Густафсон, которая проводила исследование в качестве аспиранта в Колумбийском университете. Земная обсерватория Доэрти. «Количество подземных вод, которые мы обнаружили, было настолько значительным, что оно, вероятно, влияет на процессы образования ледяных течений. Теперь нам нужно узнать больше и выяснить, как включить это в модели».
Ученые десятилетиями запускали радары и другие инструменты над антарктическим ледяным щитом, чтобы получить изображения подповерхностных особенностей. Среди прочего, эти миссии выявили осадочные бассейны, зажатые между льдом и коренной породой. Но аэрогеофизика, как правило, может выявить лишь приблизительные очертания таких объектов, а не обводненность или другие характеристики. За одним исключением, в исследовании Сухих долин Мак-Мердо в Антарктиде в 2019 году использовались вертолетные инструменты для документирования нескольких сотен метров подледниковых грунтовых вод ниже примерно 350 метров льда. Но большинство известных осадочных бассейнов Антарктиды намного глубже, а большая часть ее льда намного толще и находится вне досягаемости бортовых приборов. В нескольких местах исследователи просверлили лед в отложениях, но проникли только на первые несколько метров. Таким образом, модели поведения ледяных щитов включают только гидрологические системы внутри или непосредственно подо льдом.
Это большой недостаток; большая часть обширных осадочных бассейнов Антарктиды находится ниже современного уровня моря, зажатая между материковыми льдами и плавучими шельфовыми ледниками, окаймляющими континент. Считается, что они образовались на морском дне в теплые периоды, когда уровень моря был выше. Если бы шельфовые ледники отступили из-за потепления климата, океанские воды могли бы снова вторгнуться в отложения, а ледники позади них могли бы устремиться вперед и поднять уровень моря во всем мире.
Исследователи в новом исследовании сосредоточились на ледяном потоке Уилланс шириной 60 миль, одном из полудюжины быстро движущихся потоков, питающих шельфовый ледник Росса, крупнейший в мире, размером примерно с канадскую территорию Юкон. Предыдущие исследования выявили подледниковое озеро во льду и простирающийся под ним осадочный бассейн. Неглубокое бурение примерно на первом футе отложений принесло жидкую воду и процветающее сообщество микробов. Но что лежит дальше, осталось загадкой.
В конце 2018 года лыжный самолет LC-130 ВВС США сбросил Густафсона вместе с геофизиком Ламонт-Доэрти Керри Ки, геофизиком Колорадской горной школы Мэтью Зигфридом и альпинисткой Меган Зайферт на Уилланс. Их миссия: лучше картировать отложения и их свойства с помощью геофизических инструментов, размещенных непосредственно на поверхности. Никакой помощи, если что-то пойдет не так, им потребовалось бы шесть изнурительных недель путешествия, копания в снегу, установка инструментов и бесчисленное множество других дел.
Команда использовала технику, называемую магнитотеллурической визуализацией, которая измеряет проникновение в землю естественной электромагнитной энергии, генерируемой высоко в атмосфере планеты. Лед, отложения, пресная вода, соленая вода и коренные породы в разной степени проводят электромагнитную энергию; Измеряя различия, исследователи могут создавать карты различных элементов, подобные МРТ. Команда устанавливала свои приборы в снежные ямы на день или около того, затем выкапывала их и перемещала, в конечном итоге снимая показания примерно в четырех дюжинах мест. Они также повторно проанализировали естественные сейсмические волны, исходящие от земли, которые были собраны другой командой, чтобы помочь различить коренные породы, отложения и лед.
Их анализ показал, что, в зависимости от местоположения, отложения простираются ниже основания льда от полукилометра до почти двух километров, прежде чем ударяются о коренную породу. И они подтвердили, что отложения заполнены жидкой водой на всем протяжении. Исследователи подсчитали, что если бы весь он был извлечен, то образовался бы водяной столб высотой от 220 до 820 метров — по крайней мере, в 10 раз больше, чем в мелководных гидрологических системах внутри и у основания льда, а может быть, даже намного больше.
Соленая вода проводит энергию лучше, чем пресная, поэтому они также смогли показать, что грунтовые воды становятся более солеными с глубиной. Ки сказал, что это имеет смысл, потому что считается, что отложения образовались в морской среде давным-давно. Океанские воды, вероятно, в последний раз достигали того, что сейчас является территорией, покрытой вилланами, в теплый период около 5000–7000 лет назад, насыщая отложения соленой водой. При дальнейшем наступлении льда пресная талая вода, образующаяся под давлением сверху и трением о основание льда, очевидно, вытеснялась в верхние отложения. По словам Ки, он, вероятно, продолжает просачиваться и смешиваться сегодня.
Исследователи говорят, что этот медленный слив пресной воды в отложения может предотвратить накопление воды у основания льда. Это может действовать как тормоз на поступательном движении льда. Измерения, проведенные другими учеными на линии заземления ледяного потока — в точке, где находящийся на суше ледяной поток встречается с плавучим шельфовым ледником, — показывают, что вода здесь несколько менее соленая, чем обычная морская вода. Это говорит о том, что пресная вода течет через отложения в океан, освобождая место для поступления большего количества талой воды и сохраняя стабильность системы.
Тем не менее, говорят исследователи, если поверхность льда станет тоньше (а такая вероятность возможна по мере потепления климата), направление потока воды может измениться на противоположное. Поверхностное давление уменьшится, и более глубокие грунтовые воды могут начать подниматься к основанию льда. Это может дополнительно смазать основание льда и увеличить его поступательное движение. (Уилланс уже перемещает лед в сторону моря примерно на метр в день — очень быстро для ледникового льда.) Кроме того, если глубинные грунтовые воды текут вверх, они могут переносить геотермальное тепло, естественным образом образующееся в коренных породах; это может еще больше растопить основание льда и продвинуть его вперед. Но произойдет ли это и в каком объеме, пока неясно.
«В конечном счете, у нас нет больших ограничений на проницаемость отложений или скорость течения воды», — сказал Густафсон. «Была бы большая разница, если бы возникла неконтролируемая реакция? Или подземные воды являются более второстепенным игроком в великой схеме движения льда?» По словам исследователей, известное присутствие микробов в неглубоких отложениях добавляет еще одну проблему. Этот и другие бассейны, вероятно, заселены ниже; и если подземные воды начнут двигаться вверх, они поднимут растворенный углерод, используемый этими организмами. Затем боковой поток подземных вод отправит часть этого углерода в океан. Это, возможно, превратит Антарктиду в до сих пор не рассматриваемый источник углерода в мире, который уже плавает в ней. Но опять же, вопрос в том, даст ли это какой-то значительный эффект, сказал Густафон.
По словам исследователей, новое исследование — это только начало решения этих вопросов. «Подтверждение существования глубоководной динамики изменило наше понимание поведения ледяных потоков и заставит модифицировать модели подледниковой воды», — пишут они. Другими авторами являются Хелен Фрикер из Океанографического института Скриппса, Дж. Пол Уинберри из Университета Центрального Вашингтона, Райан Вентурелли из Тулейнского университета и Александр Мишо из Лаборатории наук об океане Бигелоу. Хлоя Густафсон в настоящее время является постдокторантом в Scripps.
