Para saintis Menemui Sistem Air Tanah Besar dalam Sedimen Di Bawah Ais Antartika

Pengarang utama Chloe Gustafson dan pendaki gunung Meghan Seifert memasang instrumen geofizik untuk mengukur air bawah tanah di bawah Aliran Ais Whillans Antartika Barat. Kredit: Kerry Key/Balai Cerap Bumi Lamont-Doherty

Takungan yang tidak dipetakan sebelum ini boleh mempercepatkan glasier dan membebaskan karbon.

Ramai penyelidik percaya bahawa air cecair adalah kunci untuk memahami tingkah laku bentuk beku yang terdapat dalam glasier. Meltwater dikenali untuk melincirkan pangkalan kerikil mereka dan mempercepatkan perarakan mereka ke arah laut. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, saintis di Antartika telah menemui beratus-ratus yang saling berkaitan tasik dan sungai cair berbuai di dalam ais itu sendiri. Dan, mereka telah menggambarkan lembangan tebal sedimen di bawah ais, yang berpotensi mengandungi takungan air terbesar. Tetapi setakat ini, tiada siapa yang mengesahkan kehadiran sejumlah besar air cecair dalam sedimen di bawah ais, atau menyiasat bagaimana ia mungkin berinteraksi dengan ais.

Kini, pasukan penyelidik buat pertama kalinya telah memetakan sistem air bawah tanah yang besar dan beredar secara aktif dalam sedimen dalam di Antartika Barat. Mereka berkata sistem sedemikian, mungkin biasa di Antartika, mungkin mempunyai implikasi yang belum diketahui tentang bagaimana benua beku bertindak balas terhadap, atau mungkin juga menyumbang kepada, perubahan iklim. Penyelidikan itu diterbitkan dalam jurnal Sains pada 5 Mei 2022.

Tinjauan Lokasi di Aliran Ais Whillans

Tinjau lokasi di Aliran Ais Whillans. Stesen pengimejan elektromagnet telah ditubuhkan di dua kawasan umum (tanda kuning). Pasukan itu mengembara ke kawasan yang lebih luas untuk melaksanakan tugas lain, ditunjukkan oleh titik merah. Klik pada imej untuk melihat versi yang lebih besar. Kredit: Ihsan Chloe Gustafson

“Orang ramai telah membuat hipotesis bahawa mungkin terdapat air bawah tanah yang dalam dalam sedimen ini, tetapi sehingga kini, tiada siapa yang melakukan pengimejan terperinci,” kata pengarang utama kajian itu, Chloe Gustafson, yang melakukan penyelidikan sebagai pelajar siswazah di[{” attribute=””>Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory. “The amount of groundwater we found was so significant, it likely influences ice-stream processes. Now we have to find out more and figure out how to incorporate that into models.”

Scientists have for decades flown radars and other instruments over the Antarctic ice sheet to image subsurface features. Among many other things, these missions have revealed sedimentary basins sandwiched between ice and bedrock. But airborne geophysics can generally reveal only the rough outlines of such features, not water content or other characteristics. In one exception, a 2019 study of Antarctica’s McMurdo Dry Valleys used helicopter-borne instruments to document a few hundred meters of subglacial groundwater below about 350 meters of ice. But most of Antarctica’s known sedimentary basins are much deeper, and most of its ice is much thicker, beyond the reach of airborne instruments. In a few places, researchers have drilled through the ice into sediments, but have penetrated only the first few meters. Thus, models of ice-sheet behavior include only hydrologic systems within or just below the ice.

Matthew Siegfried Pulls Buried Electrode Wire

Coauthor Matthew Siegfried pulls up a buried electrode wire. Credit: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

This is a big deficiency; most of Antarctica’s expansive sedimentary basins lie below current sea level, wedged between bedrock-bound land ice and floating marine ice shelves that fringe the continent. They are thought to have formed on sea bottoms during warm periods when sea levels were higher. If the ice shelves were to pull back in a warming climate, ocean waters could re-invade the sediments, and the glaciers behind them could rush forward and raise sea levels worldwide.

The researchers in the new study concentrated on the 60-mile-wide Whillans Ice Stream, one of a half-dozen fast-moving streams feeding the Ross Ice Shelf, the world’s largest, at about the size of Canada’s Yukon Territory. Prior research has revealed a subglacial lake within the ice, and a sedimentary basin stretching beneath it. Shallow drilling into the first foot or so of sediments has brought up liquid water and a thriving community of microbes. But what lies further down has been a mystery.

Pada penghujung 2018, sebuah pesawat ski LC-130 Tentera Udara AS menjatuhkan Gustafson, bersama ahli geofizik Lamont-Doherty Kerry Key, ahli geofizik Colorado School of Mines Matthew Siegfried, dan pendaki gunung Meghan Seifert on the Whillans. Misi mereka: untuk memetakan lebih baik sedimen dan sifatnya menggunakan instrumen geofizik yang diletakkan terus di permukaan. Jauh daripada sebarang bantuan jika berlaku masalah, mereka memerlukan enam minggu perjalanan yang meletihkan, menggali salji, menanam instrumen dan banyak lagi tugas lain.

Pasukan itu menggunakan teknik yang dipanggil pengimejan magnetotellurik, yang mengukur penembusan ke dalam bumi tenaga elektromagnet semula jadi yang dijana tinggi di atmosfera planet. Ais, sedimen, air tawar, air masin, dan batuan dasar semuanya mengalirkan tenaga elektromagnet pada darjah yang berbeza; dengan mengukur perbezaan, penyelidik boleh mencipta peta seperti MRI bagi unsur-unsur yang berbeza. Pasukan itu menanam instrumen mereka dalam lubang salji selama sehari atau lebih pada satu masa, kemudian menggalinya dan menempatkannya semula, akhirnya mengambil bacaan di kira-kira empat dozen lokasi. Mereka juga menganalisis semula gelombang seismik semula jadi yang terpancar dari bumi yang telah dikumpulkan oleh pasukan lain, untuk membantu membezakan batuan dasar, sedimen dan ais.

Analisis mereka menunjukkan bahawa, bergantung pada lokasi, sedimen memanjang di bawah dasar ais dari setengah kilometer hingga hampir dua kilometer sebelum mencecah batuan dasar. Dan mereka mengesahkan bahawa sedimen dimuatkan dengan air cecair sepanjang jalan ke bawah. Para penyelidik menganggarkan bahawa jika kesemuanya diekstrak, ia akan membentuk tiang air dari 220 hingga 820 meter tinggi-sekurang-kurangnya 10 kali ganda daripada sistem hidrologi cetek di dalam dan di dasar ais-mungkin lebih daripada itu. .

Air masin menghantar tenaga lebih baik daripada air tawar, jadi mereka juga dapat menunjukkan bahawa air bawah tanah menjadi lebih masin dengan kedalaman. Key berkata ini masuk akal, kerana sedimen dipercayai telah terbentuk dalam persekitaran marin sejak dahulu lagi. Perairan lautan mungkin kali terakhir mencapai kawasan yang kini diliputi oleh Whillans semasa tempoh panas kira-kira 5,000 hingga 7,000 tahun yang lalu, memenuhi sedimen dengan air masin. Apabila ais mendapan semula, air cair segar yang dihasilkan oleh tekanan dari atas dan geseran pada dasar ais ternyata dipaksa masuk ke dalam sedimen atas. Ia mungkin terus ditapis dan bercampur hari ini, kata Key.

Para penyelidik berkata penyaliran air tawar yang perlahan ini ke dalam sedimen boleh menghalang air daripada terkumpul di dasar ais. Ini boleh bertindak sebagai brek pada gerakan ke hadapan ais. Pengukuran oleh saintis lain di garis asas aliran ais—titik di mana aliran ais menghala ke darat bertemu dengan rak ais terapung—menunjukkan bahawa air di situ agak kurang masin daripada air laut biasa. Ini menunjukkan bahawa air tawar mengalir melalui sedimen ke lautan, memberi ruang kepada lebih banyak air cair untuk masuk, dan memastikan sistem stabil.

Walau bagaimanapun, para penyelidik berkata, jika permukaan ais terlalu nipis-kemungkinan yang berbeza apabila iklim semakin panas-arah aliran air boleh diterbalikkan. Tekanan atas akan berkurangan, dan air bawah tanah yang lebih dalam boleh mula mencurah ke arah dasar ais. Ini boleh melincirkan lagi dasar ais dan meningkatkan gerakan ke hadapan. (The Whillans sudah menggerakkan ais ke arah laut kira-kira satu meter sehari—sangat pantas untuk ais glasier.) Tambahan pula, jika air bawah tanah dalam mengalir ke atas, ia boleh membawa haba geoterma yang dijana secara semula jadi di batuan dasar; ini boleh mencairkan lagi dasar ais dan mendorongnya ke hadapan. Tetapi jika itu akan berlaku, dan sejauh mana, tidak jelas.

“Akhirnya, kami tidak mempunyai kekangan besar pada kebolehtelapan sedimen atau berapa laju air akan mengalir,” kata Gustafson. “Adakah ia membuat perbezaan besar yang akan menjana reaksi lari? Atau adakah air bawah tanah adalah pemain yang lebih kecil dalam skema besar aliran ais?”

Kehadiran mikrob yang diketahui dalam sedimen cetek menambah satu lagi kedutan, kata para penyelidik. Lembangan ini dan lain-lain mungkin didiami lebih jauh ke bawah; dan jika air bawah tanah mula bergerak ke atas, ia akan membawa karbon terlarut yang digunakan oleh organisma ini. Aliran air bawah tanah sisi kemudiannya akan menghantar sebahagian daripada karbon ini ke lautan. Ini berkemungkinan akan menjadikan Antartika sebagai sumber karbon yang belum diambil kira dalam dunia yang sudah pun berenang di dalamnya. Tetapi sekali lagi, persoalannya ialah sama ada ini akan menghasilkan beberapa kesan yang ketara, kata Gustafson.

Kajian baru ini hanyalah permulaan untuk menangani soalan-soalan ini, kata para penyelidik. “Pengesahan kewujudan dinamik air bawah tanah yang dalam telah mengubah pemahaman kami tentang tingkah laku aliran ais, dan akan memaksa pengubahsuaian model air subglasial,” tulis mereka.

Pengarang lain ialah Helen Fricker dari Scripps Institution of Oceanography, J. Paul Winberry dari Central Washington University, Ryan Venturelli dari Tulane University, dan Alexander Michaud dari Bigelow Laboratory for Ocean Sciences. Chloe Gustafson kini adalah penyelidik pasca doktoral di Scripps.

Rujukan: “Sistem air bawah tanah masin dinamik dipetakan di bawah aliran ais Antartika” oleh Chloe D. Gustafson, Kerry Key, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. Venturelli dan Alexander B. Michaud, 5 Mei 2022, Sains.
DOI: 10.1126/science.abm3301

We would love to give thanks to the writer of this post for this outstanding web content

Para saintis Menemui Sistem Air Tanah Besar dalam Sedimen Di Bawah Ais Antartika


You can find our social media profiles and the other related pageshttps://paw6.info/related-pages/