Ученые считают, что лед в Гренландии бурлит, как расплавленная порода

Фото из открытых источников

В глубине ледяного щита Гренландии радиолокационные снимки выявили странные, похожие на шлейфы структуры, искажающие слоистую структуру, сформировавшуюся за миллионы лет.

Теперь, спустя более десяти лет после их открытия, ученые считают, что им удалось выяснить причину возникновения этих структур, и это действительно поразительно. Согласно моделированию, эти шлейфы поразительно похожи на конвекцию: бурлящий восходящий перенос тепла, который чаще связывают с раскаленной расплавленной породой, бурлящей под земной корой. Результаты исследования опубликованы в журнале The Cryosphere.

«Обнаружение возможности тепловой конвекции внутри ледяного покрова несколько противоречит нашей интуиции и ожиданиям. Однако лед как минимум в миллион раз мягче земной мантии, так что физические законы просто сходятся», — говорит гляциолог Роберт Лоу из Университета Бергена в Норвегии. «Это как захватывающее чудо природы».

Ледяной щит Гренландии, покрывающий 80 процентов острова, является одним из крупнейших в мире резервуаров замерзшей воды и, согласно прогнозам, сыграет важную роль в повышении уровня моря по мере таяния льда и попадания его в океан. Понимание физических процессов, происходящих внутри него, имеет решающее значение для прогнозирования изменений ледяного щита с течением времени.

Именно поэтому учёные используют радар, проникающий сквозь лёд. Радиоволны проходят сквозь лёд и отражаются по-разному, сталкиваясь с внутренними слоями — снегом, выпавшим давным-давно и уплотненным в лёд по мере накопления нового снега. Каждый из этих слоёв имеет свои особенности — например, немного различающийся уровень кислотности, а также вариации в содержании пыли, пепла и химического состава.

В статье 2014 года ученые описали странные структуры, обнаруженные на этих радиолокационных снимках глубоко внутри льда в северной Гренландии. Эти крупные, изогнутые вверх образования не были связаны с топографией нижележащей коренной породы, представляя собой загадку, которую исследователи пытаются разгадать с тех пор.

Предыдущие исследования предполагали, что за образование этих структур могут отвечать такие механизмы, как замерзание талой ледниковой воды на нижней стороне ледяного покрова или миграция скользких участков. Однако одна из гипотез, которая еще не была проверена, заключалась в том, что внутри ледяных покровов может происходить тепловая конвекция.

Чтобы проверить эту идею, Лоу и его коллеги обратились к компьютерному моделированию. Они создали упрощенный цифровой срез ледяного щита Гренландии и задали простой вопрос: если основание льда нагревается снизу, может ли конвекция формировать структуры, соответствующие тем, которые наблюдаются с помощью радара?

Для моделирования ледяного пласта толщиной 2,5 километра они использовали пакет геодинамического моделирования, обычно применяемый для имитации конвекции в мантии Земли. Они корректировали такие переменные, как интенсивность снегопадов, толщина льда, мягкость льда и скорость его движения по поверхности.

При определенных условиях модель начала воспроизводить восходящие потоки, напоминающие шлейфы льда – поднимающиеся колонны льда, которые складывали вышележащие слои, придавая им формы, поразительно похожие на те, что видны на радиолокационных изображениях.

В модели струи образовывались только тогда, когда лед у основания был теплее и значительно мягче, чем допускают стандартные предположения, что позволяет предположить, что если причиной является конвекция, то реальный лед у основания ледяного щита северной Гренландии также может быть мягче, чем считалось ранее.

Между тем, количество тепла, необходимое для образования этих конвективных восходящих потоков в модели, соответствовало непрерывному тепловому потоку с Земли, генерируемому радиоактивным распадом элементов в земной коре и остаточным теплом от формирования Земли по мере ее постепенного охлаждения в течение миллиардов лет.

Этот эффект незначителен, но со временем, под огромным слоем изоляционного материала, он может накопиться в достаточной степени, чтобы нагреть и размягчить лед над ним.

«Обычно мы представляем лед как твердый материал, поэтому открытие того, что в некоторых частях ледяного щита Гренландии происходит тепловая конвекция, напоминающая кипящий котел с макаронами, настолько же удивительно, насколько и захватывающе», — говорит климатолог Андреас Борн из Университета Бергена.

Однако это не означает, что лед превратился в талую кашу. Это по-прежнему твердый лед, текучий лишь в масштабах тысяч лет. Это также не обязательно означает, что он будет таять быстрее. Для определения того, что это означает для будущего, необходимы дальнейшие исследования физики льда и влияния конвекции на эволюцию ледяного покрова.

«Гренландия и ее природа поистине уникальны. Ледниковому покрову там более тысячи лет, и это единственный ледниковый покров на Земле, на окраинах которого сохранились культура и постоянное население», — говорит Лоу. «Чем больше мы узнаем о скрытых процессах во льду, тем лучше мы будем подготовлены к грядущим изменениям береговых линий по всему миру».