Thermomechanical coupling shapes the Antarctic Ice Sheet’s internal structure
Diese Studie präsentiert die erste kontinentweite Karte der internen Struktur des antarktischen Eisschildes, die aufzeigt, dass dessen Schichtung und Anisotropie durch thermomechanische Kopplung geformt werden, insbesondere durch das Einsetzen von Versetzungskriechen und basale Temperaturschwankungen, welche kollektiv die Dynamik und die zukünftige Entwicklung des Eisschildes bestimmen.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich die polaren Eisschilde der Erde nicht als massive, gefrorene Blöcke vor, sondern als gigantische, in Zeitlupe fließende Flüsse aus Kristall. Diese Flüsse fließen, dehnen sich aus und werden gequetscht unter ihrem eigenen immensen Gewicht, aber sie verhalten sich nicht wie Wasser oder einmal wie gewöhnliches Gestein. Tief im Inneren besteht das Eis aus winzigen Kristallen, die rotieren und sich in spezifischen Mustern ausrichten können, ganz ähnlich wie eine Menschenmenge, die sich dreht, um einer Bühne zuzusehen. Dieser Ausrichtungsprozess, genannt „kristallographische Vorzugsorientierung“, verändert die Art und Weise, wie das Eis fließt und wie sich Schallwellen durch es bewegen. Zudem können selbst in extremer Kälte mikroskopische Mengen an Wasser zwischen diesen Kristallkörnern existieren, die wie ein schmierendes Gleitmittel wirken und das Fließen des Eises erleichtern. Wissenschaftler vermuten schon lange, dass diese internen Strukturen und das verborgene Wasser entscheidend dafür sind, vorherzusagen, wie schnell Eisschilde schmelzen und in den Ozean gleiten, was direkt beeinflusst, wie stark der Meeresspiegel weltweit ansteigt. Da das Eis jedoch meilendick und unter Schnee begraben ist, glich der Blick ins Innere dem Versuch, den Inhalt eines versiegelten, gefrorenen Koffers zu erraten, ohne ihn zu öffnen.
Hier kommt eine neue Studie ins Spiel, die wie ein riesiges, kontinentgroßes Röntgengerät für den antarktischen Eisschild fungiert. Forscher nutzten Schallwellen von fernen Erdbeben – die den Weg durch die gesamte Erde zurücklegten, um vom Boden des Eises abzuprallen –, um die interne Struktur des Eisschildes über den gesamten Kontinent hinweg zu kartieren. Sie entdeckten, dass das Eis nicht einheitlich ist; es ist wie ein Schichtkuchen mit einem deutlichen Ober- und Unterteil. Das obere Drittel des Eises ist relativ „entspannt“ und ungeordnet, wobei die Kristalle in alle Richtungen zeigen, was es nahezu isotrop (in jede Richtung gleich) macht. Aber unterhalb davon durchläuft das untere Zweidrittel des Eises eine dramatische Transformation. Hier richten sich die Kristalle und die winzigen Wassermengen zwischen ihnen in einem spezifischen, geneigten Muster aus. Diese Ausrichtung ist nicht zufällig; sie neigt sich um etwa 30 Grad von der Vertikalen weg und zeigt in dieselbe Richtung, in die das Eis durch den Fluss des Gletschers gequetscht wird.
Die Studie legt nahe, dass diese interne „Neigung“ eine direkte Folge davon ist, dass das Eis durch die Schwerkraft von oben zerdrückt und durch den Fluss des Gletschers von den Seiten her zusammengedrückt wird. Es ist, als würden die Eiskristalle einen synchronisierten Tanz aufführen und sich zur Seite lehnen, um dem Druck auszuweichen. Die Forscher fanden auch eine starke Verbindung zwischen Temperatur und dieser Struktur: In wärmeren Teilen des Eisschildes (näher am Schmelzpunkt am Boden) befindet sich mehr dieses mikroskopischen, „schmierenden“ Wassers zwischen den Kristallen. Dieses zusätzliche Wasser macht das Eis noch anisotroper (richtungsabhängig) und schwächer, was es ermöglicht, schneller zu fließen. Die Arbeit schließt andere Erklärungen für diese Ergebnisse explizit aus, wie etwa die Idee, dass die Veränderungen ausschließlich durch Hitze, durch weichen Schlamm am Boden oder durch perfekt senkrecht stehende Kristalle verursacht werden. Stattdessen deuten die Daten auf eine komplexe Partnerschaft zwischen der Ausrichtung der Kristalle und dem Wasser, das sie schmiert, hin, welche durch die spezifische Art der Verformung des Eises angetrieben wird. Indem sie diese verborgene, geneigte Struktur über den gesamten Kontinent kartierten, lieferten die Autoren ein neues, realistischeres Regelwerk dafür, wie Eis fließt, was Wissenschaftlern helfen könnte, bessere Vorhersagen über den zukünftigen Meeresspiegelanstieg zu treffen.
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