Onder de ijskap van Antarctica ligt een continent dat wordt bedekt door rivieren en meren, waarvan de grootste zo groot is als het Eriemeer. In de loop van een normaal jaar smelt en vriest de ijskap, waardoor de meren en rivieren periodiek snel vullen en weglopen uit het smeltwater. Dit proces maakt het voor het bevroren oppervlak van Antarctica gemakkelijker om rond te glijden en op sommige plaatsen wel 6 meter (20 voet) omhoog en omlaag te gaan.
Volgens een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van NASA's Jet Propulsion Laboratory, kan er een mantelpluim zijn onder het gebied dat bekend staat als Marie Byrd Land. De aanwezigheid van deze geothermische warmtebron zou een deel van het smelten onder de plaat kunnen verklaren en waarom het vandaag onstabiel is. Het zou ook kunnen helpen verklaren hoe de plaat in het verleden snel is ingestort tijdens eerdere perioden van klimaatverandering.
De studie, getiteld "Invloed van een West-Antarctische mantelpluim op basale condities van ijskappen", verscheen onlangs in de Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Het onderzoeksteam stond onder leiding van Helene Seroussi van het Jet Propulsion Laboratory, met de steun van onderzoekers van het Department of Earth and Planetary Sciences van de Washington University en het Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research in Duitsland.
De beweging van de ijskap van Antarctica in de loop van de tijd is altijd een bron van belangstelling geweest voor aardwetenschappers. Door de snelheid waarmee de ijskap stijgt en daalt te meten, kunnen wetenschappers inschatten waar en hoeveel water aan de basis smelt. Vanwege deze metingen begonnen wetenschappers voor het eerst te speculeren over de aanwezigheid van warmtebronnen onder het bevroren oppervlak van Antarctica.
Het voorstel dat er onder Marie Byrd Land een mantelpluim bestaat, werd 30 jaar geleden voor het eerst gedaan door Wesley E. LeMasurier, een wetenschapper van de University of Colorado Denver. Volgens het door hem uitgevoerde onderzoek was dit een mogelijke verklaring voor regionale vulkanische activiteit en een topografische koepel. Maar pas recentelijk leverden seismische beeldvormingsonderzoeken ondersteunend bewijs voor deze mantelpluim.
Rechtstreekse metingen van de regio onder Marie Byrd Land zijn momenteel echter niet mogelijk. Daarom vertrouwden Seroussi en Erik Ivins van de JPL op het Ice Sheet System Model (ISSM) om het bestaan van de pluim te bevestigen. Dit model is in wezen een numerieke weergave van de fysica van de ijskap, die is ontwikkeld door wetenschappers van de JPL en de University of California, Irvine.
Om ervoor te zorgen dat het model realistisch was, gebruikten Seroussi en haar team waarnemingen van hoogteverschillen die gedurende vele jaren in de ijskap waren gemaakt. Deze werden uitgevoerd door NASA's Ice, Clouds en Land Elevation Satellite (ICESat) en hun Operation IceBridge-campagne in de lucht. Deze missies meten al jaren de Antarctische ijskap, wat heeft geleid tot het maken van zeer nauwkeurige driedimensionale hoogtekaarten.
Seroussi heeft ook het ISSM verbeterd met natuurlijke bronnen van verwarming en warmtetransport die leiden tot bevriezing, smelten, vloeibaar water, wrijving en andere processen. Deze gecombineerde gegevens legden krachtige beperkingen op de toegestane smeltsnelheden in Antarctica, en stelde het team in staat tientallen simulaties uit te voeren en een breed scala aan mogelijke locaties voor de mantelpluim te testen.
Wat ze ontdekten was dat de warmteflux veroorzaakt door de mantelpluim niet meer dan 150 milliwatt per vierkante meter zou bedragen. Ter vergelijking: regio's waar geen vulkanische activiteit is, ervaren doorgaans een prestatieflux tussen 40 en 60 milliwatt, terwijl geothermische hotspots - zoals die onder Yellowstone National Park - gemiddeld ongeveer 200 milliwatt per vierkante meter ervaren.
Waar ze simulaties uitvoerden die de 150 millwatt per vierkante meter overschreden, was de smeltsnelheid te hoog in vergelijking met de ruimtegebaseerde gegevens. Behalve op één locatie, een gebied landinwaarts van de Rosszee, waarvan bekend is dat het intense waterstromen ervaart. Dit gebied vereiste een warmtestroom van ten minste 150 tot 180 milliwatt per vierkante meter om uit te lijnen met de waargenomen smeltsnelheden.
In dit gebied heeft seismische beeldvorming ook aangetoond dat verwarming de ijskap kan bereiken via een scheur in de aardmantel. Dit komt ook overeen met een mantelpluim, waarvan wordt gedacht dat het smalle stromen hete magma zijn die door de aardmantel stijgen en zich onder de korst verspreiden. Dit stroperige magma ballons dan onder de korst en doet het naar boven uitpuilen.
Waar ijs boven de pluim ligt, brengt dit proces warmte over naar de ijskap, wat leidt tot aanzienlijk smelten en afvloeien. Uiteindelijk leveren Seroussi en haar collega's overtuigend bewijs - gebaseerd op een combinatie van oppervlakte- en seismische gegevens - voor een oppervlaktepluim onder de ijskap van West-Antarctica. Ze schatten ook dat deze mantelpluim ongeveer 50 tot 110 miljoen jaar geleden werd gevormd, lang voordat de West-Antarctische ijskap ontstond.
Ongeveer 11.000 jaar geleden, toen de laatste ijstijd eindigde, kende de ijskap een periode van snel en langdurig ijsverlies. Toen de wereldwijde weerpatronen en de stijgende zeespiegel begonnen te veranderen, werd warm water dichter bij de ijskap geduwd. De studie van Seroussi en Irvins suggereert dat de mantelpluim dit soort snel verlies vandaag zou kunnen vergemakkelijken, net zoals tijdens het laatste begin van een interglaciale periode.
Het begrijpen van de bronnen van ijskapverlies onder West-Antarctica is belangrijk voor het schatten van de snelheid waarmee ijs daar verloren kan gaan, wat in wezen is om de effecten van klimaatverandering te voorspellen. Aangezien de aarde opnieuw wereldwijde temperatuurveranderingen doormaakt - deze keer vanwege menselijke activiteit - is het essentieel om nauwkeurige klimaatmodellen te creëren die ons zullen laten weten hoe snel poolijs zal smelten en de zeespiegel zal stijgen.
Het informeert ons ook over hoe de geschiedenis en klimaatverschuivingen van onze planeet met elkaar zijn verbonden en welk effect deze hadden op de geologische evolutie ervan.
