Новое исследование показало, что низкочастотные колебания шельфового ледника Росса, вероятно, вызывают рябь и колебания воздуха над Антарктидой. Используя математические модели шельфового ледника, авторы исследования показывают, как вибрации во льду совпадают с наблюдаемыми в атмосфере и, вероятно, вызывают эти загадочные атмосферные волны.
Ученые на станции Мак-Мердо обнаружили необычные атмосферные волны высотой от 30 до 115 километров (от 20 до 70 миль) над Антарктидой в 2011 году. годы. Ученые регулярно наблюдают атмосферные волны по всему миру, но постоянство этих волн делало их необычными, и ученые не знали, что их вызывает.
Новое исследование решает эту загадку, связывая атмосферные волны с вибрациями шельфового ледника Росса - самого большого шельфового ледника в мире площадью почти полмиллиона квадратных километров (188 000 миль), примерно размеры Франции. Согласно новому исследованию, незаметные вибрации шельфового ледника, вызванные океанскими волнами и другими силами, передаются и усиливаются в атмосфере.
Если прогнозы исследования верны, ученые могут использовать эти атмосферные волны для измерения свойств шельфового ледника, которые обычно трудно отследить, например, степень нагрузки на шельфовый ледник от океанских волн.
"Если атмосферные волны генерируются колебаниями льда, ритмическими колебаниями льда, то это несет много информации о самом шельфовом леднике", - сказал Олег Годин, профессор Военно-морской школы последипломного образования в Монтерее, Калифорния. и ведущий автор нового исследования, опубликованного в Journal of Geophysical Research: Space Physics, журнале Американского геофизического союза.
Эта информация может помочь ученым лучше понять состояние и стабильность шельфовых ледников, которые представляют собой постоянно плавающие ледяные щиты, соединенные с массивами суши. Ученые внимательно следят за размером и движением шельфовых ледников, потому что, когда они распадаются, они косвенно способствуют повышению уровня моря, воздействуя на наземный лед.
«Шельфовые ледники защищают или сдерживают материковый лед от достижения океана», - сказал Питер Бромирски, океанограф-исследователь из Института океанографии Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, который не участвовал в новом исследовании. «Долгосрочная эволюция шельфового ледника - независимо от того, распадается он или нет - является важным фактором того, насколько быстро будет подниматься уровень моря».
Объяснение вибраций
В новом исследовании Годин и его соавтор Николай Заботин использовали две теоретические модели шельфового ледника Росса, чтобы показать, что вибрации во льду могут создавать атмосферные волны.
Одна модель аппроксимирует шельфовый ледник как гладкую прямоугольную плиту льда, а другая аппроксимирует лед как слоистую жидкость. Авторы включили известные свойства ледяного щита, такие как эластичность, плотность и толщина, в каждую модель, чтобы рассчитать время, необходимое колебаниям льда для завершения одного цикла.
Они обнаружили, что обе модели предсказывают, что шельфовый ледник производит вибрации в течение периода от 3 до 10 часов, что соответствует продолжительности колебаний, наблюдаемых в атмосфере. Эти колебания шельфового ледника, вероятно, также будут производить атмосферные волны с вертикальной длиной волны от 20 до 30 километров (от 12 до 18 миль), что является еще одной особенностью наблюдаемых волн..
«Даже в этом упрощенном описании [льда] оно легко объясняет наиболее характерные особенности наблюдений», - сказал Годин. «Вот почему это выходит за рамки гипотезы. Я бы сказал, что теперь это теория».
Вибрации передаются от шельфового ледника в атмосферу через прямой контакт с воздухом над шельфовым ледником, согласно новому исследованию. В то время как вибрации ледяного щита малы, атмосферные возмущения, которые они создают, могут быть большими из-за пониженного давления воздуха в верхних слоях атмосферы. Например, вибрация шельфового ледника амплитудой в один сантиметр давит на воздух прямо над ним. По мере того, как вибрация распространяется вверх, ее амплитуда может увеличиваться и перемещать воздух на сотни метров вверх и вниз, когда волна достигает менее плотного воздуха в верхних слоях атмосферы, сказал Годин.
Размер этих атмосферных волн позволяет легко наблюдать за ними с помощью радара и лидара, похожей на радар системы, использующей лазерный свет для сканирования атмосферы. Годин и Заботин планируют использовать передовой исследовательский радар для более подробного изучения атмосферных волн, чтобы лучше понять поведение шельфового ледника Росса.
«В литературе есть предположения, что ускоренное таяние шельфовых ледников приведет к повышению уровня моря на несколько метров к концу века», - сказал Годин. «Все, что мы можем сделать для количественной оценки того, что происходит с этими большими шельфовыми ледниками, имеет огромное значение.