Under ishavet i Antarktis ligger det et kontinent som er dekket av elver og innsjøer, hvorav den største er størrelsen på Eriesjøen. I løpet av et vanlig år smelter og fryser islaken, noe som fører til at innsjøene og elvene periodevis fylles og drenerer raskt fra smeltevannet. Denne prosessen gjør det lettere for Antarktis frosne overflate å gli rundt, og å stige og falle noen steder med så mye som 6 meter.
I følge en ny studie ledet av forskere fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, kan det være en mantelplym under området kjent som Marie Byrd Land. Tilstedeværelsen av denne geotermiske varmekilden kan forklare noe av smeltingen som foregår under arket, og hvorfor den er ustabil i dag. Det kan også bidra til å forklare hvordan arket raskt kollapset i løpet av tidligere perioder med klimaendringer.
Studien, med tittelen “Påvirkning av en vestantarktisk mantelplysj på basiske forhold på isark”, dukket nylig opp i Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Forskningsteamet ble ledet av Helene Seroussi fra Jet Propulsion Laboratory, med støtte fra forskere fra Institutt for jord- og planetariske vitenskaper ved Washington University og Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research i Tyskland.
Bevegelsen fra Antarktisens isark over tid har alltid vært en kilde til interesse for jordforskere. Ved å måle hastigheten som isen stiger og faller, kan forskere estimere hvor og hvor mye vann som smelter ved basen. Det er på grunn av disse målingene forskerne først begynte å spekulere i om tilstedeværelsen av varmekilder under Antarktis frosne overflate.
Forslaget om at det eksisterer en mantelplym under Marie Byrd Land ble først laget for 30 år siden av Wesley E. LeMasurier, en vitenskapsmann fra University of Colorado Denver. I følge forskningen han utførte, utgjorde dette en mulig forklaring på regional vulkansk aktivitet og et topografisk kuppelfunksjon. Men det var først mer nylig at seismiske avbildningsundersøkelser ga støtte for beviset for denne mantelmassen.
Direkte målinger av regionen under Marie Byrd Land er foreløpig ikke mulig. Derfor grunnla Seroussi og Erik Ivins fra JPL til Ice Sheet System Model (ISSM) for å bekrefte eksistensen av plymen. Denne modellen er i hovedsak en numerisk skildring av isenes fysikk, som ble utviklet av forskere ved JPL og University of California, Irvine.
For å sikre at modellen var realistisk, trakk Seroussi og hennes team på observasjoner av høydeforandringer som ble gjort i løpet av mange år. Disse ble utført av NASAs Ice, Clouds og Land Elevation Satellite (ICESat) og deres luftbårne Operation IceBridge-kampanje. Disse oppdragene har målt den ishavsarket i Antarktis i mange år, noe som har ført til at han har laget svært nøyaktige tredimensjonale høydekart.
Seroussi forbedret også ISSM til å omfatte naturlige kilder til oppvarming og varmetransport som resulterer i frysing, smelting, flytende vann, friksjon og andre prosesser. Disse kombinerte dataene plasserte kraftige begrensninger for de tillatte smelthastighetene i Antarktis, og lot teamet kjøre dusinvis av simuleringer og teste et bredt spekter av mulige lokasjoner for mantelplymen.
Det de fant var at varmefluksen forårsaket av mantelpelen ikke ville overstige mer enn 150 milliwatt per kvadratmeter. Til sammenligning opplever regioner der det ikke er vulkansk aktivitet, en fluks på mellom 40 og 60 milliwatt, mens geotermiske hotspots - som den under Yellowstone nasjonalpark - opplever i gjennomsnitt rundt 200 milliwatt per kvadratmeter.
Der de gjennomførte simuleringer som oversteg 150 millwatts per kvadratmeter, var smeltehastigheten for høy sammenlignet med de rombaserte dataene. Bortsett fra på ett sted, som var et område i innlandet av Rosshavet, som er kjent for å oppleve intense vannstrømmer. Denne regionen krevde en varmestrøm på minst 150 til 180 milliwatt per kvadratmeter for å samkjøre med dens observerte smeltehastigheter.
I denne regionen har seismisk avbildning også vist at oppvarming kan komme til isplaten gjennom en rift i jordens mantel. Dette stemmer også med en mantelplym, som antas å være smale strømmer av varm magma som stiger gjennom jordens mantel og sprer seg ut under jordskorpen. Denne viskøse magmaen ballonger deretter under jordskorpen og får den til å bule oppover.
Der is ligger over toppen av plommen, overfører denne prosessen varme til isplaten, og utløser betydelig smelting og avrenning. Til slutt leverer Seroussi og hennes kolleger overbevisende bevis - basert på en kombinasjon av overflate- og seismikkdata - for en overflateplomme under isarket på Vest-Antarktis. De anslår også at denne mantelplommen dannet for omtrent 50 til 110 millioner år siden, lenge før den vestantarktiske isisen kom til.
For omtrent 11 000 år siden, da den siste istiden endte, opplevde isplaten en periode med raskt, vedvarende istap. Da globale værmønstre og stigende havnivå begynte å endre seg, ble varmt vann presset nærmere isen. Seroussi og Irvins-studien antyder at mantelplymen kunne lette denne typen raske tap i dag, omtrent som den gjorde i løpet av den siste begynnelsen av en mellomglassperiode.
Å forstå kildene til tap av isark under Vest-Antarktis er viktig så langt det er å estimere hastigheten der isen kan gå tapt der, noe som i hovedsak er å forutsi effekten av klimaendringer. Gitt at Jorden igjen gjennomgår globale temperaturendringer - denne gangen på grunn av menneskelig aktivitet - er det viktig å lage nøyaktige klimamodeller som vil gi oss beskjed om hvor raskt polarisen smelter og havnivået vil stige.
Den informerer også vår forståelse av hvordan planetens historie og klimaforskyvninger henger sammen, og hvilken effekt disse hadde på den geologiske utviklingen.
