Grönland’ın Kalın Buz Tabakası Altında Kapanan Su Kabarcıkları Kritik Hidrolojik Görüş Sağlayabilir
Grönland’ın buz tabakasının kalın iç kısmının altında sıkışan su “kabarcıkları”, yeni bir araştırmaya göre, Dünya’nın en büyük ikinci buz kütlesinin derinliklerinde akan hidrolojik ağa ve iklim değişikliği tarafından nasıl istikrarsızlaştırılabileceğine dair kritik bilgiler sağlayabilir.
Her yıl, buz tabakasının yüksek rakımlı iç yüzeyinde, buzun yarım milden daha kalın olabileceği binlerce doğal erimiş su gölü oluşur. Bu göller boşaldıkça, buz ile ana kaya arasında su dolu büyük boşluklar oluştururlar.
Saha gözlemlerini matematiksel modeller ve laboratuvar deneyleri ile birleştirerek, Princeton Üniversitesi– liderliğindeki araştırmacılar, dergideki bir rapora göre, bu kabarcıkların buzun yüzeyini yukarı doğru ittiğini ve ardından suyun buzul altı drenaj sistemine nüfuz etmesiyle yavaş yavaş düşmesine neden olduğunu keşfetti. Doğa İletişimi.
Ekip, ilk kez, hızlı göl drenajlarının neden olduğu buz tabakasının yükselmesi ve düşmesinin, buz ile ana kaya arasında oluşan su ağlarının verimliliğini karakterize eden geçirgenlik olarak bilinen bir özelliği tahmin etmek için kullanılabileceğini gösteriyor. Araştırmacıların bildirdiğine göre, göl drenajı, geçirgenliğin ölçülmesinin zor olduğu buz tabakasının iç bölgelerinin altındaki geçirgenliği ölçmek için yeni bir araç sunuyor. Grönland’ın yaz erime mevsimi boyunca geçirgenliğin iki büyüklük sırası kadar artabileceğini buldular.
Princeton’da yerbilimleri ve atmosfer ve okyanus bilimlerinde yardımcı doçent olan ilk yazar Ching-Yao Lai, bulguların gezegen ısınırken ve yüzey erimesi arttıkça Grönland’ın uçsuz bucaksız donmuş iç kısmını nasıl etkileyeceğine ışık tutabileceğini söyledi. Yüzey erimesinden gelen su, bir kayganlaştırıcı görevi görebileceğini ve buzulun ana kaya boyunca daha kolay kaymasına neden olduğunu söyledi.
Lai, mevcut araştırmaların, yüzey erimesinin Grönland buz tabakasının stabilitesini etkilemesinin önemli bir yolunun, buz tabakası yatağını yağlayan erimiş su olduğunu gösterdiğini söyledi. Bununla birlikte, bu çalışmaların çoğu, buz tabakasının daha ince olduğu alçak irtifalı alanlara odaklanmıştır. Lai, önceki çalışmaların ayrıca, artan yüzey erimesinin yüksek irtifa, iç buz tabakasının hızını hızlandırabileceğini öne sürdüğünü, ancak bu bulguların gözlemlerden ziyade hesaplama modellerine dayandığını söyledi.
Nature Communications’daki makale, Grönland’ın yüksek buz tabakasının altında yatan büyük ölçüde erişilemeyen su ağlarına nadir, gözleme dayalı bir bakış sunuyor. Çalışma, Princeton’daki Yüksek Meadows Çevre Enstitüsü (HMEI) ve HMEI Karbon Azaltma Girişimi tarafından desteklendi.
“Gelecekte iklim ısındıkça, yüzey erime bölgesinin genişleyebileceğini ve şu anda gözlemlenenden daha yüksek kotlara göç edebileceğini biliyoruz. Bununla birlikte, yanıtlanması gereken büyük bir soru, geçirgenliğin iç kesimlerde ne kadar artabileceğidir” dedi HMEI’de ilgili öğretim üyesi olan Lai.
“Potansiyel bir etki, yüzey erimesi ile buzul altı su ağı gelişimi arasındaki bağlantının, şu anda gözlemlendiği gibi yalnızca daha düşük kotlarda değil, aynı zamanda daha yüksek kotlarda da etkinleştirilebilmesidir” dedi. Eriyik daha yüksek bölgelere göç ettiğinde ne olacağını gerçekten anlamak için, yüzey erimesine yanıt olarak buzul altı geçirgenliğinin mevsimsel değişikliklerinin daha fazla gözlemine ihtiyaç duyulacaktır.”
Princeton’dan makalenin ortak yazarları, HMEI ile ilişkili öğretim üyesi Howard Stone, Princeton’dan Donald R. Dixon ’69 ve Elizabeth W. Dixon Makine ve Havacılık Mühendisliği Profesörü ve mekanik ve havacılık mühendisliği başkanı ve Danielle Chase, yüksek lisans öğrencisidir. Stone’un Karmaşık Akışkanlar Grubu.
Çalışmanın ortak yazarları, aynı zamanda, iklim ve dünya yüzeyi süreçleri konusunda doçent olan Laura Stevens’ı da içeriyordu. Oxford Üniversitesi göl drenajları ve buz dinamikleri konusunda geniş deneyime sahip. Stevens, Boston College’da yer ve çevre bilimleri doçenti olan ortak yazarlar Mark Behn ve Woods Hole Oşinografi Enstitüsü’nde yardımcı bilim adamı olan Sarah Das ile Grönland’daki saha gözlemlerinin toplanmasına yardımcı oldu. Lamont-Doherty Dünya Gözlemevi’nden Timothy Creyts Kolombiya Üniversitesi ayrıca çalışmanın ortak yazarıdır.
Araştırmacılar, drenaj hacmini tahmin etmek ve göl drenajının neden olduğu yüzey yer değiştirmelerini ve ardından kabarcık oluşumunu gözlemlemek için 2006-12 yılları arasında meydana gelen beş göl drenaj olayının GPS verilerini ve saha gözlemlerini kullandılar.
Araştırmacılar, kabarcık oluşumunun neden olduğu yüzey yükselmesini ve sönmesini incelemek için laboratuvar deneyleri ve matematiksel bir model tasarladı. Yukarıdaki video, zaman içinde yüzey sönmesinin dinamiklerinin, sıvının içinden geçtiği gözenekli ağın geçirgenliği tarafından nasıl kontrol edildiğini göstermektedir. Kredi: Video Danielle Chase, Mekanik ve Uzay Mühendisliği Bölümü
Stevens, “GPS verilerinde, beş drenaj olayının ardından çok çeşitli buz tabakası yükselme gevşeme süreleri gözlemledik” dedi. “Rahatlama zamanlarındaki bu yayılmanın, buzul altı drenaj sisteminin bazı özelliklerinin göstergesi olabileceğine dair bir tahminimiz vardı. Gözlemsel, teorik ve deneysel yaklaşımlarda uzmanlığa sahip araştırmacılar arasındaki bu işbirliği katalize edildiğinden, anlayışımız önemli ölçüde geliştirildi.”
Akışkan kaynaklı kırılmayı incelemek için HMEI Walbridge Fonu Yüksek Lisans Ödülü alan Chase, daha sonra ana kayayı temsil eden gözenekli bir malzemenin üzerindeki deforme olabilen buzu taklit eden bir tür silikon kullanarak bir dizi deney tasarladı. Bir kabarcığın oluşması ve ardından gözenekli alt tabakaya akması için geçen süreyi gözlemleyerek, deforme olabilen tabaka ile gözenekli alt tabaka arasına sıvı enjekte etti. Stone ve Lai ile birlikte çalışan Chase, su kabarcığı oluşumundan kaynaklanan yüzey yükselmesini ve gevşemesini yöneten fiziği açıklayan bir matematiksel model de geliştirdi. Onun çalışması konu yakın zamanda kabul edilen bir kağıt dergi tarafından Fiziksel İnceleme Sıvıları.
Chase, “Deneyler yardımcı olabilir, çünkü laboratuvarda sistemdeki tüm parametreleri kontrol edip ölçebiliriz, bu da modelimizi test etmemize izin verdi” dedi. “İdeal malzemeleri de seçebiliriz. Sistem tek elle tutulabilecek kadar küçüktür ve malzeme şeffaftır, bu nedenle zaman içinde kabarcığın şeklini ve gözenekli alt tabakaya drenajı doğrudan gözlemleyebildik.”
Çalışma, araştırmacıların parametreleri kontrol edemediği alanlarda analiz edilmesi zor olan kabarcık oluşumu gibi doğal süreçleri araştırmak için laboratuvar deneylerini kullanmak için benzersizdir.
Stone, “Doğada meydana gelen karmaşık şekil değişikliklerinin arkasındaki mekanizmaları daha iyi anlamak için laboratuvar modellerine sahip olmak değerlidir” dedi. “Burada, laboratuvar deneyleri sahada gözlemlenen ana mekanik özellikleri yakaladı ve buzul yatağı boyunca su akarken buz tabakasının gevşemesini anlamamıza yardımcı oldu.”
Referans: Ching-Yao Lai, Laura A. Stevens, Danielle L. Chase, Timothy T. Creyts, Mark D. Behn, Sarah B. Das ve Howard A. Taş, 25 Haziran 2021, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038/s41467-021-24186-6
“Grönland buzul üstü göl drenajlarını takiben buz tabakası gevşemesinden çıkarılan hidrolik geçirgenlik” makalesi 25 Haziran’da yayınlandı. Doğa İletişimi. Çalışma, Lamont-Doherty Dünya Gözlemevi’nden Lamont Doktora Sonrası Bursları tarafından desteklendi; Ulusal Bilim Vakfı (NSF) Lisansüstü Araştırma Bursu; NSF Kutup Programları Ofisi (OPP-1643970) ve Kriyosfer Bilimleri Programı (OPP-1838410, ARC-1023364, ARC-0520077 ve NNX10AI30G); NASA (NNX16AJ95G); Vetlesen Vakfı; Princeton Üniversitesi’ndeki High Meadows Çevre Enstitüsü ve HMEI Karbon Azaltma Girişimi; ve Princeton Üniversitesi Kütüphanesi Açık Erişim Fonu.
.
Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN