Le foto del campo mostrano il duro, territorio aspro su cui scivolano alcuni ghiacciai:cupole rocciose e dossi in granito, gradini rocciosi e avvallamenti in calcare. I letti dei ghiacciai fanno impallidire i ricercatori e i loro strumenti. (Come fanno le alte montagne raffigurate sui vari orizzonti.)

Durante i loro viaggi sui letti glaciali recentemente esposti dal ritiro dei ghiacciai nelle Alpi svizzere (Rodano, ghiacciai Schwarzburg e Tsanfleuron) e le Montagne Rocciose Canadesi (Castleguard Glacier), quattro glaciologi hanno utilizzato la tecnologia laser e drone per misurare con precisione i letti rocciosi e registrare i loro contorni molto diversi.

I ricercatori hanno trasformato le misurazioni in modelli digitali ad alta risoluzione di quei letti di ghiacciai. Quindi sono andati a lavorare con subunità gestibili ma rappresentative dei modelli per studiare come i ghiacciai scivolano lungo la base del substrato roccioso.

"Il modo più semplice per dirlo è che abbiamo studiato la relazione tra le forze alla base del ghiacciaio e la velocità con cui il ghiacciaio si muove, " ha detto Neal Iverson, professore di scienze geologiche e atmosferiche presso la Iowa State University e leader dello studio.

Piccoli cambiamenti di forza, grandi cambi di velocità

La risultante "legge di scivolamento" del ghiacciaio sviluppata dal team descrive che "la relazione tra le forze esercitate dal ghiaccio e dall'acqua sul letto e la velocità del ghiacciaio, " ha detto Iverson. E quella legge di scorrimento potrebbe essere utilizzata da altri ricercatori per stimare meglio quanto velocemente le calotte glaciali scorrono negli oceani, far cadere il ghiaccio e alzare il livello del mare.

Oltre a Iverson, il gruppo di studio includeva Christian Helanow, un ricercatore associato post-dottorato presso Iowa State dal 2018 al 2020 e attualmente ricercatore post-dottorato in matematica presso l'Università di Stoccolma in Svezia; Lucas Zoet, un ricercatore associato post-dottorato presso Iowa State dal 2012 al 2015 e attualmente professore assistente di geoscienze presso l'Università del Wisconsin-Madison; e Jacob Woodard, uno studente di dottorato in geofisica al Wisconsin.

Una sovvenzione della National Science Foundation ha sostenuto il lavoro del team.

Helanow è il primo autore di un articolo appena pubblicato online da Progressi scientifici che descrive la nuova legge di scorrimento per i ghiacciai che si muovono sul substrato roccioso.

I calcoli di Helanow, basati su un modello computerizzato della fisica di come il ghiaccio scivola e si separa localmente dalla roccia ruvida, e la legge di scorrimento risultante indicano che piccoli cambiamenti di forza sul letto del ghiacciaio possono portare a grandi cambiamenti nella velocità del ghiacciaio.

Misurare in pollici

I ricercatori hanno utilizzato due metodi per raccogliere misurazioni ad alta risoluzione delle topografie dei letti dei ghiacciai rocciosi recentemente esposti. Hanno utilizzato la tecnologia di mappatura lidar a terra per effettuare misurazioni 3D dettagliate. E, hanno inviato droni per fotografare i letti da varie angolazioni, consentendo il tracciamento dettagliato della topografia con una risoluzione di circa 4 pollici.

"Abbiamo usato veri letti glaciali per questo modello, nella loro completamente 3-D, forme irregolari, " Ha detto Iverson. "Si scopre che è importante."

Sforzi precedenti utilizzati idealizzati, Modelli 2-D dei letti dei ghiacciai. I ricercatori hanno scoperto che tali modelli non sono adeguati per ricavare la legge di slittamento per un letto duro.

"La cosa principale che abbiamo fatto, "Helanow ha detto, "è l'uso osservato, piuttosto che idealizzato, ghiacciai per vedere come influenzano lo scorrimento del ghiacciaio".

Una legge di slittamento universale?

Il lavoro segue un'altra legge di slittamento determinata da Zoet e Iverson che è stata pubblicata nell'aprile 2020 dalla rivista Science.

Ci sono alcune differenze chiave tra i due:la prima legge di scorrimento tiene conto del movimento del ghiaccio che si muove su una superficie morbida, terreno deformabile, mentre il secondo affronta i ghiacciai che si muovono su letti duri. (Entrambi i tipi di letto sono comuni sotto i ghiacciai e le calotte glaciali.) E, il primo è supportato da dati sperimentali provenienti da un dispositivo di laboratorio che simula lo scivolamento sul letto di un ghiacciaio, piuttosto che basarsi su misurazioni sul campo di ex letti di ghiacciai e modelli al computer.

Comunque, le due leggi di scorrimento hanno finito per avere forme matematiche simili.

"Sono molto simili, che si tratti di una legge antiscivolo per letti morbidi o duri, " ha detto Iverson. "Ma è importante rendersi conto che i processi sono diversi, le costanti nelle equazioni hanno valori abbastanza diversi per i letti duri e morbidi."

Ciò ha portato i ricercatori a pensare a un'analisi più numerica:"Questi risultati, " scrissero, "potrebbe indicare una legge di scorrimento universale che semplificherebbe e migliorerebbe le stime degli scarichi dei ghiacciai negli oceani".