Sea-level contribution from Thwaites Glacier doubles in an observation-constrained ice-sheet model

Resumo Técnico: Contribuição do Glaciar Thwaites para o nível do mar dobra em um modelo de manto de gelo restrito por observações

Definição do Problema
O Glaciar Thwaites, na Antártida Ocidental, é um contribuinte primário para a perda de massa na Antártida e uma fonte crítica de incerteza nas projeções de elevação do nível do mar no futuro. Seu recuo rápido é impulsionado pelo derretimento induzido pelo oceano na linha de fundação, onde o gelo ancorado transita para plataformas de gelo flutuantes. Embora estudos anteriores tenham destacado o papel das águas profundas circumpolares (CDW) quentes na erosão da base do gelo, os modelos de manto de gelo existentes têm dificuldade em reproduzir simultaneamente as tendências históricas de recuo, afinamento e aceleração do glaciar. Uma deficiência fundamental identificada é o tratamento da linha de fundação como um limite nítido e discreto entre o gelo ancorado e o flutuante. Essa abordagem negligencia a intrusão de água do mar em escala de quilômetros sob o gelo ancorado, recentemente observada via satélite, que cria uma "zona de fundação" dinâmica caracterizada por derretimento ativo. Além disso, as parametrizações padrão de derretimento frequentemente forçam as taxas de derretimento a zero na linha de fundação, contradizendo observações que sugerem que o derretimento é substancial e potencialmente dominante dentro desta zona.

Metodologia
Os autores utilizaram o Ice-sheet and Sea-level System Model (ISSM) para simular a evolução do Glaciar Thwaites de 1996 a 2023 e projetar seu comportamento até 2100. O estudo introduziu uma nova parametrização para representar explicitamente uma "zona de fundação com derretimento ativo" estendendo-se terra adentro a partir da linha de flutuação. Neste arcabouço, a zona de fundação é definida como uma região de comprimento $L$ onde as taxas de derretimento basal diminuem linearmente de um valor máximo na linha de fundação até zero na distância de intrusão.

O modelo foi inicializado para representar o estado de meados da década de 1990, incorporando uma correção localizada de +100 m na topografia do leito em regiões de gelo flutuante para garantir a consistência com a posição observada da linha de fundação de 1996. O estudo empregou uma abordagem de calibração Bayesiana para avaliar o modelo contra três registros observacionais independentes: velocidade de superfície, espessura do gelo e posição da linha de fundação. A calibração variou dois parâmetros principais: a taxa de derretimento submarino ($\dot{m}$) e o comprimento da zona de fundação ($L$). Um conjunto de retroprojeção (hindcast) de 105 simulações foi realizado para identificar o espaço paramétrico conjunto que minimiza o desajuste com as tendências históricas. Após a calibração, as melhores configurações foram estendidas até 2100 sob um cenário de forçante climática constante (calculado pela média de 1996–2023) para isolar o impacto da física da zona de fundação das incertezas do aquecimento oceânico futuro.

Resultados Principais

1. Reconstrução de Tendências Históricas: O modelo reproduziu com sucesso o recuo, o afinamento e a aceleração observados do Glaciar Thwaites ao longo do período de 25 anos apenas quando a zona de fundação foi representada como uma região de 2 a 5 km de largura com taxas de derretimento de aproximadamente 110 m ano⁻¹. Simulações que trataram a linha de fundação como um limite discreto exigiram taxas de derretimento irrealisticamente altas (150 m ano⁻¹) e ainda assim falharam em capturar a magnitude do afinamento e da aceleração observados em meados da década de 2000.
2. Compensações de Parâmetros: A análise Bayesiana revelou uma relação compensatória entre o comprimento da zona de fundação e a taxa de derretimento. No entanto, verificou-se que simulações sem uma zona de fundação foram quatro vezes menos propensas a reproduzir as tendências históricas do que aquelas com uma zona de fundação de múltiplos quilômetros.
3. Projeções Futuras e Desancoragem: Sob forçante climática constante, o comprimento da zona de fundação emergiu como o preditor dominante de se o glaciar se desprenderia da estabilizadora Cordilheira de Mouginot.
   • Modelos sem zona de fundação ou com uma zona estreita de 1 km não recuaram além da cordilheira até 2100.
   • Modelos com uma zona de fundação de 2–3 km previram uma probabilidade de 45% de desancoragem até 2100.
   • Modelos consistentes com observações recentes de satélite (zona de fundação de 4–6 km) mostraram uma probabilidade de ~60% de cruzar a cordilheira até 2100, com a desancoragem ocorrendo potencialmente tão cedo quanto 2038.
4. Contribuição para o Nível do Mar: O estudo projeta que um comprimento de zona de fundação de 5±1 km (consistente com observações recentes de alta resolução) resulta em uma contribuição para o nível médio global do mar de 30,1 ± 5,7 mm até 2100. Isso é aproximadamente o dobro da projeção média do Ice Sheet Model Intercomparison Project para o CMIP6 (ISMIP6) sob o mesmo cenário de forçante constante (15,2 ± 21,8 mm) e representa um aumento de 130% sobre a média do ISMIP6.

Significância e Alegações
O artigo afirma que resolver explicitamente as zonas de fundação de escala quilométrica e com derretimento ativo altera fundamentalmente tanto a habilidade de retroprojeção quanto de previsão do Glaciar Thwaites. Ao calibrar o modelo contra múltiplas restrições observacionais independentes, os autores demonstram que os processos da zona de fundação governam o desprendimento das cristas topográficas estabilizadoras, um mecanismo anteriormente sub-representado nos modelos.

Os autores sustentam que suas descobertas estabelecem um forte referencial para a habilidade de projeção, mostrando que a extensão da zona de fundação exerce um controle mais forte sobre o recuo e a desancoragem do que variações moderadas na forçante térmica. Consequentemente, o estudo argumenta que zonas de fundação ativamente em derretimento devem ser sistematicamente incorporadas em modelos de manto de gelo regionais e continentais, incluindo estruturas de intercomparação internacional, para reduzir a incerteza na contribuição da Antártida para a futura elevação do nível do mar. O artigo enfatiza que, embora simulações de gelo-oceano totalmente acopladas sejam ideais, a abordagem atual de calibrar taxas de derretimento eficazes contra mudanças de estado observadas fornece um caminho confiável para reduzir a incerteza das projeções.