Under den antarktiske isplade ligger der et kontinent, der er dækket af floder og søer, hvoraf den største er størrelsen på søen Erie. I løbet af et regelmæssigt år smelter og fryser isarket, hvilket får søerne og floderne til periodisk at udfylde og dræne hurtigt fra smeltevandet. Denne proces gør det lettere for Antarktis frosne overflade at glide rundt og stige og falde nogle steder med op til 6 meter (20 fod).
Ifølge en ny undersøgelse, der er ledet af forskere fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, kan der være en mantelply under området kendt som Marie Byrd Land. Tilstedeværelsen af denne geotermiske varmekilde kan forklare noget af den smeltning, der finder sted under arket, og hvorfor den er ustabil i dag. Det kan også hjælpe med at forklare, hvordan arket hurtigt kollapset i fortiden i tidligere perioder med klimaændringer.
Undersøgelsen med titlen "Indflydelse af en vestantarktisk mantelpluume på islags basale forhold" dukkede for nylig op i Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Forskningsteamet blev ledet af Helene Seroussi fra Jet Propulsion Laboratory med støtte fra forskere fra Institut for Jord- og Planetenskab ved Washington University og Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research i Tyskland.
Bevægelsen af Antarktis isark over tid har altid været en kilde til interesse for jordforskere. Ved at måle den hastighed, hvormed isisen stiger og falder, er forskerne i stand til at estimere, hvor og hvor meget vand der smelter ved basen. Det er på grund af disse målinger, at forskere først begyndte at spekulere i tilstedeværelsen af varmekilder under Antarktis frosne overflade.
Forslaget om, at der findes en mantelplym under Marie Byrd Land, blev først fremsat for 30 år siden af Wesley E. LeMasurier, en videnskabsmand fra University of Colorado Denver. Ifølge den undersøgelse, han udførte, udgjorde dette en mulig forklaring på regional vulkansk aktivitet og et topografisk kuppelfunktion. Men det var først for nylig, at seismiske billeddannelsesundersøgelser bød underlagsbeviser for denne kappe.
Imidlertid er direkte målinger af regionen under Marie Byrd Land ikke i øjeblikket mulig. Derfor stod Seroussi og Erik Ivins fra JPL på Ice Sheet System Model (ISSM) for at bekræfte eksistensen af pume. Denne model er i det væsentlige en numerisk afbildning af islagets fysik, der blev udviklet af forskere ved JPL og University of California, Irvine.
For at sikre, at modellen var realistisk, trak Seroussi og hendes team på observationer af ændringer i højden af den isplade, der blev foretaget i løbet af mange år. Disse blev udført af NASAs Ice, Clouds og Land Elevation Satellite (ICESat) og deres luftbårne Operation IceBridge-kampagne. Disse missioner har målt Antarktisisen i årevis, hvilket har ført til skabelsen af meget nøjagtige tredimensionelle højdekort.
Seroussi forbedrede også ISSM til også at omfatte naturlige kilder til opvarmning og varmetransport, der resulterer i frysning, smeltning, flydende vand, friktion og andre processer. Disse kombinerede data placerede kraftige begrænsninger på de tilladte smeltehastigheder i Antarktis og gjorde det muligt for teamet at køre snesevis af simuleringer og teste en lang række mulige placeringer for mantelflommen.
Hvad de fandt, var, at varmefluxen forårsaget af mantelpelen ikke ville overstige mere end 150 milliwatt per kvadratmeter. Til sammenligning oplever regioner, hvor der ikke er vulkanaktivitet, typisk en brændstrøm på mellem 40 og 60 milliwatt, mens geotermiske hotspots - som den under Yellowstone National Park - oplever et gennemsnit på omkring 200 milliwatt per kvadratmeter.
Hvor de udførte simuleringer, der overskred 150 150 watt pr. Kvadratmeter, var smeltehastigheden for høj sammenlignet med de rumbaserede data. Bortset fra et sted, som var et område inde i Rosshavet, som det er kendt for at opleve intense strømme af vand. Denne region krævede en varmestrømning på mindst 150 til 180 milliwatt pr. Kvadratmeter for at tilpasse sig dens observerede smeltehastigheder.
I denne region har seismisk billeddannelse også vist, at opvarmning kan nå frem til ispladen gennem en spalte i jordens kappe. Også dette stemmer overens med en kappe, der menes at være smalle strømme af varm magma, der stiger gennem Jordens kappe og spreder sig ud under skorpen. Denne viskøse magma ballonerer derefter under skorpen og får den til at bule opad.
Hvor is ligger over toppen af plymen, overfører denne proces varme til islaget, hvilket udløser betydelig smeltning og afstrømning. I sidste ende leverer Seroussi og hendes kolleger overbevisende beviser - baseret på en kombination af overflade- og seismiske data - for en overfladepluim under isarket fra Vestantarktis. De estimerer også, at denne mantelflomme dannede for ca. 50 til 110 millioner år siden, længe før den vestantarktiske isplade kom til.
For ca. 11.000 år siden, da den sidste istid sluttede, oplevede islaget en periode med hurtigt, vedvarende istab. Efterhånden som de globale vejrmønstre og stigende havniveau begyndte at ændre sig, blev varmt vand skubbet nærmere islaget. Undersøgelse af Seroussi og Irvins antyder, at mantelflommen kunne lette denne form for hurtigt tab i dag, meget som det gjorde i den sidste begyndelse af en mellemgletsperiode.
At forstå kilderne til isarkstab under Vestantarktis er vigtigt for så vidt angår estimering af den hastighed, hvorpå is der kan gå tabt der, hvilket i det væsentlige er at forudsige virkningerne af klimaændringer. I betragtning af at Jorden igen gennemgår globale temperaturændringer - denne gang på grund af menneskelig aktivitet - er det vigtigt at skabe nøjagtige klimamodeller, der lader os vide, hvor hurtigt polarisen smelter og havstanden stiger.
Det informerer også vores forståelse af, hvordan vores planetes historie og klimaforskyvninger er forbundet, og hvilken effekt disse havde på dens geologiske udvikling.
