Mentre filtrano e si staccano nel mare, lo scioglimento dei ghiacciai e delle calotte glaciali sta innalzando i livelli globali delle acque a ritmi senza precedenti. Per prevedere e prepararsi al futuro innalzamento del livello del mare, gli scienziati hanno bisogno di comprendere meglio la velocità con cui si sciolgono i ghiacciai e cosa ne influenza il flusso.
Ora, uno studio condotto da scienziati del MIT offre un nuovo quadro del flusso dei ghiacciai, basato sulla deformazione microscopica del ghiaccio. I risultati mostrano che il flusso di un ghiacciaio dipende fortemente da come i difetti microscopici si muovono attraverso il ghiaccio.
Il lavoro è pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences .
I ricercatori hanno scoperto di poter stimare il flusso di un ghiacciaio in base alla predisposizione del ghiaccio a difetti microscopici di un tipo rispetto a un altro. Hanno utilizzato questa relazione tra deformazione su scala micro e macro per sviluppare un nuovo modello di come scorrono i ghiacciai. Con il nuovo modello, hanno mappato il flusso di ghiaccio in luoghi attraverso la calotta glaciale antartica.
Contrariamente alla saggezza convenzionale, hanno scoperto, la calotta glaciale non è un monolite ma è invece più varia nel dove e nel come scorre in risposta agli stress guidati dal riscaldamento. Lo studio "altera drasticamente le condizioni climatiche in cui le calotte glaciali marine possono diventare instabili e provocare rapidi tassi di innalzamento del livello del mare", scrivono i ricercatori nel loro articolo.
"Questo studio mostra davvero l'effetto dei processi su microscala sul comportamento su macroscala", afferma Meghana Ranganathan, Ph.D., che ha condotto lo studio come studentessa laureata presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell'Atmosfera e dei Planetari (EAPS) del MIT e ora è un postdoc alla Georgia Tech. "Questi meccanismi avvengono sulla scala delle molecole d'acqua e, in definitiva, possono influenzare la stabilità della calotta glaciale dell'Antartide occidentale."
"In generale, i ghiacciai stanno accelerando e ci sono molte varianti al riguardo", aggiunge il coautore e professore associato dell'EAPS Brent Minchew. "Questo è il primo studio che fa un passo dal laboratorio alle calotte glaciali e inizia a valutare quale sia la stabilità del ghiaccio nell'ambiente naturale. Ciò alla fine contribuirà alla nostra comprensione della probabilità di un catastrofico innalzamento del livello del mare."
Il flusso del ghiacciaio descrive il movimento del ghiaccio dalla cima di un ghiacciaio, o dal centro di una calotta glaciale, fino ai bordi, dove il ghiaccio poi si rompe e si scioglie nell'oceano:un processo normalmente lento che contribuisce nel tempo ad aumentare il livello del ghiaccio. il livello medio del mare nel mondo.
Negli ultimi anni, il livello degli oceani si è innalzato a ritmi senza precedenti, a causa del riscaldamento globale e dello scioglimento accelerato dei ghiacciai e delle calotte glaciali. Sebbene sia noto che la perdita del ghiaccio polare contribuisce in modo determinante all'innalzamento del livello del mare, rappresenta anche la più grande incertezza quando si tratta di fare previsioni.
"In parte è un problema di scalabilità", spiega Ranganathan. "Molti dei meccanismi fondamentali che causano il flusso del ghiaccio avvengono su una scala davvero piccola che non possiamo vedere. Volevamo definire esattamente quali sono questi processi microfisici che governano il flusso del ghiaccio, che non è stato rappresentato nei modelli di cambiamento del livello del mare."
Il nuovo studio del team si basa su precedenti esperimenti dei primi anni 2000 condotti da geologi dell'Università del Minnesota, che hanno studiato come piccoli frammenti di ghiaccio si deformano quando stressati e compressi fisicamente. Il loro lavoro ha rivelato due meccanismi microscopici attraverso i quali il ghiaccio può scorrere:lo "scorrimento delle dislocazioni", in cui le crepe delle dimensioni di una molecola migrano attraverso il ghiaccio, e lo "scorrimento dei confini dei grani", in cui i singoli cristalli di ghiaccio scivolano l'uno contro l'altro, provocando lo spostamento del confine tra loro. attraverso il ghiaccio.
I geologi hanno scoperto che la sensibilità del ghiaccio allo stress, o la probabilità che esso scorra, dipende da quale dei due meccanismi è dominante. Nello specifico, il ghiaccio è più sensibile allo stress quando i difetti microscopici si verificano a causa dello scorrimento delle dislocazioni piuttosto che dello scorrimento dei bordi dei grani.
Ranganathan e Minchew si resero conto che queste scoperte a livello microscopico avrebbero potuto ridefinire il modo in cui il ghiaccio scorre su scale glaciali molto più grandi.
"I modelli attuali per l'innalzamento del livello del mare presuppongono un unico valore per la sensibilità del ghiaccio allo stress e mantengono questo valore costante su tutta la calotta glaciale", spiega Ranganathan. "Ciò che questi esperimenti hanno dimostrato è che in realtà c'è una certa variabilità nella sensibilità al ghiaccio, a causa di quale di questi meccanismi è in gioco."
Per il loro nuovo studio, il team del MIT ha preso spunti dagli esperimenti precedenti e ha sviluppato un modello per stimare la sensibilità di una regione ghiacciata allo stress, che è direttamente correlata alla probabilità che il ghiaccio scorra. Il modello prende in considerazione informazioni quali la temperatura ambiente, la dimensione media dei cristalli di ghiaccio e la massa stimata del ghiaccio nella regione, e calcola quanto il ghiaccio si sta deformando a causa dello scorrimento della dislocazione rispetto allo scorrimento dei bordi dei grani. A seconda di quale dei due meccanismi è dominante, il modello stima quindi la sensibilità della regione allo stress.
Gli scienziati hanno inserito nel modello osservazioni reali da varie località della calotta glaciale antartica, dove altri avevano precedentemente registrato dati come l’altezza locale del ghiaccio, la dimensione dei cristalli di ghiaccio e la temperatura ambiente. Sulla base delle stime del modello, il team ha generato una mappa della sensibilità del ghiaccio allo stress attraverso la calotta glaciale antartica. Quando hanno confrontato questa mappa con le misurazioni satellitari e sul campo effettuate della calotta glaciale nel corso del tempo, hanno osservato una stretta corrispondenza, suggerendo che il modello potrebbe essere utilizzato per prevedere con precisione il modo in cui i ghiacciai e le calotte glaciali scorreranno in futuro.
"Poiché il cambiamento climatico inizia a assottigliare i ghiacciai, ciò potrebbe influenzare la sensibilità del ghiaccio allo stress", afferma Ranganathan. "Le instabilità che ci aspettiamo in Antartide potrebbero essere molto diverse e ora possiamo catturare queste differenze, utilizzando questo modello."
