Новое исследование НАСА добавляет доказательства того, что геотермальный источник тепла, называемый мантийным плюмом, находится глубоко под Землей Мари Берд в Антарктиде, что объясняет частичное таяние, которое создает озера и реки под ледяным покровом. Хотя источник тепла не является новой или растущей угрозой западно-антарктическому ледяному щиту, он может помочь объяснить, почему ледяной щит быстро разрушался в более раннюю эпоху быстрых изменений климата и почему он так нестабилен сегодня.
Стабильность ледяного щита тесно связана с тем, сколько воды смазывает его снизу, позволяя ледникам легче скользить. Понимание источников и будущего талой воды под Западной Антарктидой важно для оценки скорости, с которой лед может уходить в океан в будущем.
Коренная порода Антарктиды пронизана реками и озерами, самое большое из которых размером с озеро Эри. Многие озера быстро наполняются и стекают, заставляя поверхность льда на тысячи футов над ними подниматься и опускаться на целых 20 футов (6 метров). Движение позволяет ученым оценить, где и сколько воды должно находиться в основании.
Примерно 30 лет назад ученый из Университета Колорадо в Денвере предположил, что тепло от мантийного плюма под Землей Мэри Берд может объяснить региональную вулканическую активность и топографическую особенность купола. Очень недавняя сейсмическая визуализация подтвердила эту концепцию. Однако, когда Элен Серусси из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, впервые услышала об этой идее, «я подумала, что это безумие», - сказала она. «Я не понимал, как у нас может быть столько тепла, а поверх него все еще есть лед."
С учетом нескольких прямых измерений подо льдом, Серусси и Эрик Айвинс из JPL пришли к выводу, что лучший способ изучить идею мантийного плюма - это численное моделирование. Они использовали модель системы ледяных щитов (ISSM), численное описание физики ледяных щитов, разработанное учеными из JPL и Калифорнийского университета в Ирвине. Серусси усовершенствовал ISSM, чтобы зафиксировать естественные источники тепла и переноса тепла от замерзающей, талой и жидкой воды; трение; и другие процессы.
Чтобы убедиться, что модель реалистична, ученые использовали наблюдения за изменениями высоты поверхности ледяного щита, сделанные спутником НАСА IceSat и бортовой кампанией Operation IceBridge. «Это сильно ограничивает допустимую скорость плавления - именно то, что мы хотели предсказать», - сказал Айвинс. Поскольку местонахождение и размер возможного мантийного плюма были неизвестны, они проверили весь спектр того, что было физически возможно для нескольких параметров, создав десятки различных моделей.
Они установили, что поток энергии от мантийного плюма должен быть не более 150 милливатт на квадратный метр. Для сравнения, в регионах США, где нет вулканической активности, поток тепла от мантии Земли составляет от 40 до 60 милливатт. Под Йеллоустонским национальным парком - известной геотермальной горячей точкой - тепло снизу составляет около 200 милливатт на квадратный метр в среднем по всему парку, хотя отдельные геотермальные объекты, такие как гейзеры, намного горячее.
Моделирование Серусси и Айвинса с использованием теплового потока выше 150 милливатт на квадратный метр показало слишком сильное таяние, чтобы быть совместимым с космическими данными, за исключением одного места: области внутри моря Росса, известной интенсивным потоки воды. Этот регион требовал теплового потока не менее 150-180 милливатт на квадратный метр, чтобы согласиться с наблюдениями. Однако сейсмические изображения показали, что тепло мантии в этом регионе может достичь ледяного щита через разлом, то есть трещину в земной коре, такую как в Великой рифтовой долине Африки.
Мантийные шлейфы считаются узкими потоками горячих пород, поднимающимися сквозь мантию Земли и распространяющимися под земной корой, как шляпки грибов. Плавучесть материала, частично расплавленного, заставляет кору вздуваться вверх. Теория мантийных плюмов была предложена в 1970-х годах для объяснения геотермальной активности, происходящей вдали от границы тектонических плит, таких как Гавайи и Йеллоустоун.
Мантийный плюм Земли Мэри Берд образовался от 50 до 110 миллионов лет назад, задолго до образования ледникового щита Западной Антарктиды. В конце последнего ледникового периода около 11 000 лет назад ледяной щит пережил период быстрой и продолжительной потери льда, когда глобальные погодные условия и повышение уровня моря подтолкнули теплую воду ближе к ледяному щиту, как и сейчас. происходит сегодня. Серусси и Айвинс предполагают, что мантийный шлейф мог способствовать такой быстрой потере.