Le "vesciche" d'acqua intrappolate sotto lo spesso strato interno della calotta glaciale della Groenlandia potrebbero fornire informazioni critiche sulla rete idrologica che scorre in profondità sotto il secondo corpo di ghiaccio più grande della Terra e su come potrebbe essere destabilizzata dai cambiamenti climatici, secondo un nuovo studio.

Ogni anno, migliaia di laghi naturali di acqua di disgelo si formano sulla superficie dell'interno ad alta quota della calotta glaciale, dove il ghiaccio può essere spesso più di mezzo miglio. Mentre questi laghi si prosciugano, formano grandi cavità piene d'acqua tra il ghiaccio e il substrato roccioso.

Combinando osservazioni sul campo con modelli matematici ed esperimenti di laboratorio, I ricercatori guidati dalla Princeton University hanno scoperto che queste bolle spingono la superficie del ghiaccio verso l'alto, quindi farlo cadere gradualmente mentre l'acqua permea nel sistema di drenaggio subglaciale, secondo un rapporto sul giornale Comunicazioni sulla natura .

Il team mostra per la prima volta che l'ascesa e la caduta della calotta glaciale causata dal rapido drenaggio dei laghi può essere utilizzata per stimare una proprietà nota come trasmissività, che caratterizza l'efficienza delle reti idriche che si formano tra il ghiaccio e il substrato roccioso. Il drenaggio del lago presenta un nuovo strumento per misurare la trasmissività sotto le regioni interne della calotta glaciale, dove la trasmissività è altrimenti difficile da misurare, hanno riferito i ricercatori. Hanno scoperto che la trasmissività può aumentare fino a due ordini di grandezza durante la stagione estiva dello scioglimento della Groenlandia.

I risultati potrebbero far luce su come i cambiamenti climatici influenzeranno il vasto interno ghiacciato della Groenlandia mentre il pianeta si riscalda e aumenta lo scioglimento della superficie, disse il primo autore Ching-Yao Lai, un assistente professore di geoscienze e scienze atmosferiche e oceaniche a Princeton. L'acqua di fusione superficiale può agire da lubrificante, lei disse, facendo scivolare più facilmente il ghiacciaio attraverso il substrato roccioso.

La ricerca esistente ha dimostrato che un modo importante per lo scioglimento della superficie di influire sulla stabilità della calotta glaciale della Groenlandia è la lubrificazione dell'acqua di disgelo sul letto della calotta glaciale, disse Lai. La maggior parte di questi studi, però, si sono concentrati su aree a bassa quota dove la calotta glaciale è più sottile. Precedenti studi hanno anche suggerito che un aumento della fusione superficiale potrebbe accelerare la velocità dell'alta quota, strato di ghiaccio interno, ma questi risultati si basano su modelli computazionali, piuttosto che osservazioni, disse Lai.

La carta in Comunicazioni sulla natura fornisce un raro, sguardo basato sull'osservazione nelle reti idriche in gran parte inaccessibili sottostanti la calotta glaciale ad alta quota della Groenlandia. Lo studio è stato supportato dall'High Meadows Environmental Institute (HMEI) di Princeton e dall'HMEI Carbon Mitigation Initiative.

"Sappiamo che mentre il clima si riscalda in futuro, la zona di fusione superficiale può espandersi e migrare ad altitudini più elevate di quelle attualmente osservate. Una grande domanda a cui resta da rispondere, però, è quanta trasmissività può aumentare ulteriormente nell'entroterra, " disse Lai, che è un membro di facoltà associato in HMEI.

"Un potenziale impatto è che il legame tra la fusione superficiale e lo sviluppo della rete idrica subglaciale potrebbe essere attivato non solo a quote più basse, come attualmente osservato, ma anche a quote più elevate, "Sarebbero necessarie ulteriori osservazioni sui cambiamenti stagionali della trasmissività subglaciale in risposta allo scioglimento della superficie per capire veramente cosa accadrebbe quando la fusione migra verso le regioni più elevate".

I coautori del documento di Princeton sono Howard Stone, membro della facoltà associato all'HMEI, Donald R. Dixon di Princeton '69 e Elizabeth W. Dixon Professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e cattedra di ingegneria meccanica e aerospaziale, e Danielle Chase, uno studente laureato nel gruppo di fluidi complessi di Stone.

I coautori dello studio includevano anche Laura Stevens, un professore associato di clima e processi della superficie terrestre presso l'Università di Oxford che ha una vasta esperienza nello studio dei drenaggi dei laghi e della dinamica dei ghiacci. Stevens ha aiutato a raccogliere le osservazioni sul campo in Groenlandia con i coautori Mark Behn, professore associato di scienze della terra e dell'ambiente al Boston College, e Sarah Das, uno scienziato associato presso la Woods Hole Oceanographic Institution. Anche Timothy Creyts del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University è un coautore dello studio.

I ricercatori hanno utilizzato i dati GPS e le osservazioni sul campo di cinque eventi di drenaggio del lago che si sono verificati tra il 2006 e il 2012 per stimare il volume di drenaggio e osservare gli spostamenti superficiali causati dal drenaggio del lago e dalla successiva formazione di vesciche.

"Abbiamo osservato nei dati GPS un'ampia gamma di tempi di rilassamento del sollevamento della calotta glaciale in seguito ai cinque eventi di drenaggio, "Stevens ha detto. "Avevamo la sensazione che questa diffusione nei periodi di rilassamento potesse essere indicativa di alcune caratteristiche del sistema di drenaggio subglaciale. La nostra comprensione è stata significativamente migliorata in quanto questa collaborazione tra ricercatori con esperienza in osservazioni, approcci teorici e sperimentali catalizzati."

Chase, che ha ricevuto un HMEI Walbridge Fund Graduate Award per studiare la fratturazione guidata dai fluidi, ha quindi progettato una serie di esperimenti utilizzando un tipo di silicone che imita il ghiaccio deformabile sopra un materiale poroso che rappresenta il substrato roccioso. Ha iniettato fluido tra il foglio deformabile e il substrato poroso, osservando il tempo impiegato dalla formazione di una bolla per poi drenare nel substrato poroso. Lavorando con Stone e Lai, Chase ha anche sviluppato un modello matematico che spiega la fisica che governa il sollevamento e il rilassamento della superficie a causa della formazione di bolle d'acqua. Il suo lavoro è l'argomento di un articolo recentemente accettato dalla rivista Physical Review Fluids.

"Gli esperimenti possono essere utili perché, nel laboratorio, possiamo controllare e misurare tutti i parametri del sistema, che ci ha permesso di testare il nostro modello, " Chase ha detto. "Possiamo anche scegliere i materiali ideali. Il sistema è abbastanza piccolo da essere tenuto in una mano e il materiale è trasparente, così siamo stati in grado di osservare direttamente la forma del blister e il drenaggio nel substrato poroso nel tempo".

Lo studio è unico per l'utilizzo di esperimenti di laboratorio per indagare su processi naturali come la formazione di bolle che sono difficili da analizzare nel campo in cui i ricercatori non possono controllare i parametri.

"È prezioso disporre di modelli di laboratorio per comprendere meglio i meccanismi alla base dei complessi cambiamenti di forma che si verificano in natura, " disse Stone. "Ecco, gli esperimenti di laboratorio hanno catturato le principali caratteristiche meccaniche osservate sul campo e ci hanno aiutato a capire il rilassamento della calotta glaciale mentre l'acqua drena lungo il letto glaciale."

La carta, "Trasmissività idraulica dedotta dal rilassamento della calotta glaciale a seguito dei drenaggi dei laghi sopraglaciali della Groenlandia, " è stato pubblicato il 25 giugno in Comunicazioni sulla natura .