Massale afkalvingen van de Helheimgletsjer vertonen onverwacht gedrag

Bewegingen van de Helheimgletsjer onthuld door lasersystemen

Bijna tien jaar lang heeft Leigh Stearns samen met haar collega’s een laserscanner gericht op de Helheimgletsjer in Groenland. Hun langdurige onderzoek toont aan dat de enorme afkalvingsgebeurtenissen van Helheim niet verlopen zoals wetenschappers eerder dachten, wat de rol van ijsverlies bij de stijging van de zeespiegel herdefinieert.

Tien jaar geleden reisde glacioloog Stearns naar haar favoriete zes kilometer brede stuk ijs, de Helheimgletsjer. Tijdens deze reizen zochten zij en haar collega’s naar nieuwe gegevens over hoe oceaanprocessen het gedrag van gletsjers beïnvloeden. Met het voortdurende massaverlies van het Groenlandse ijskap dat bijdraagt aan de zeespiegelstijging, wilden zij beter begrijpen wat de oorzaak en het gevolg is van grote afkalvingsgebeurtenissen—spectaculaire en vaak gewelddadige fenomenen waarbij enorme, klifachtige ijsplaten van de gevel van Helheim afscheren en in de oceaan vallen.

Op deze reis werkte Stearns, een professor aan de Universiteit van Pennsylvania, samen met het Cold Regions Research and Engineering Laboratory (CRREL) van het Amerikaanse leger om een autonoom laserscannersysteem (ATLAS) te installeren—een primeur voor Groenland.

“Groenland is een zeer moeilijke plek om fragiele machines als deze te plaatsen,” zegt Stearns, verwijzend naar het gebrek aan stroom en internet, de intens koude en winderige omstandigheden, en de sporadische bezoeken van ijsberen.

Het systeem kaartte de driedimensionale oppervlaktekenmerken van Helheim elke paar uur in, zelfs tijdens maanden van donkerte, en leverde continue, hoge-resolutie gegevens die “al vruchten afwerpen door ons te helpen zien hoe gletsjers daadwerkelijk reageren op een veranderend klimaat, en wat dat betekent voor de komende decennia,” aldus Stearns.

Na bijna een decennium hebben Stearns en haar team hun bevindingen gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Earth Surface. Ze ontdekten dat, zelfs na het verliezen van kilometerslange ijsplaten tijdens sommige afkalvingsgebeurtenissen, de vloedsnelheid van Helheim—hoe snel het vooruit of achteruit gaat—bijna geen blijvende verandering vertoont.

“Je zou verwachten dat de gletsjer naar voren zou schieten na zo’n enorme breuk,” zegt hoofdonderzoeker Michael Shahin, een postdoctoraal onderzoeker in het lab van Stearns aan de School of Arts & Sciences van Penn. “Maar dat gebeurt niet. Je ziet een kilometersbrede blok in de fjord vallen, en Helheim blijft gewoon op hetzelfde tempo verder bewegen—alsof er niets is gebeurd.”

Stearns merkt op dat, tot haar verbazing, de Helheimgletsjer niet lijkt te reageren op kortdurende gebeurtenissen zoals massale afkalvingen zoals onderzoekers hadden verondersteld; het versnelt zijn beweging niet en het versnelt het ijsverlies—wat op zijn beurt bijdraagt aan de door het klimaat aangedreven zeespiegelstijging. In plaats daarvan lijkt het gedrag meer te worden gevormd door het landschap waarover het stroomt dan door wat er op korte termijn in de lucht of het water gebeurt.

Dit maakt de reactie van de gletsjer op klimaatverandering complexer dan eerder werd begrepen. Stijgende temperaturen beïnvloeden hoe ijs zich over het onderliggende gesteente beweegt, waardoor de grip van de gletsjer verzwakt en zijn pad geleidelijk verschuift. Deze veranderingen ontvouwen zich over jaren of decennia in plaats van dagen of weken—wat betekent dat niet de stormen of seizoenen het belangrijkst zijn voor Helheim, maar hoe een opwarmend klimaat langzaam de grond verandert waarop het glijdt.

Door duizenden laserscans aan elkaar te naaien, wat eerder onmogelijk was met satellieten die foto’s met dagen tot weken tussenpozen vastlegden, merkt Shahin op dat ze effectief de gletsjer konden “terugspoelen” en elke afkalvingsgebeurtenis konden herleiden naar het punt van oorsprong.

Ze merkten op dat elke grote breuk bijna op dezelfde plek begon—een plek op de gladde, naar beneden gerichte (“lee”) zijde van een subglaciale kam, begraven onder honderden meters ijs.

“Het is alsof er een ingebouwde zwakke plek is,” legt Stearns uit. “Een scheur opent daar, keer op keer, ongeacht het seizoen of het weer; dit consistente startpunt voor afkalving blijft meer dan een decennium bestaan.”

Analyses van de spanningspatronen rond dat gebied onthulden een daling van de basale weerstand, de wrijving tussen het ijs en het onderliggende gesteente. Dit suggereert dat subtiele verschuivingen aan de basis van de gletsjer bepalen waar deze scheuren zich vormen. “De laser laat ons die spanning in slow motion zien,” zegt Shahin. “Je kunt bijna voelen hoe het ijs uitrekt voordat het breekt.”

ATLAS stelde het team ook in staat om de grondingszone in kaart te brengen, een voorheen onbekende tijdelijke grens waar Helheim overgaat van verankerd in het gesteente naar net iets drijvend in de oceaan, wat Shahin beschrijft als Helheim dat “af en toe op en neer bobbert,” terwijl het synchroon beweegt met de getijden.

Shahin merkt op dat tussen 2018 en 2019 die lijn bijna drie kilometer is teruggetrokken. Deze subtiele loslating heeft mogelijk grote gevolgen, aangezien zodra de basis van een gletsjer begint te drijven, oceaanwater verder het land in kan sijpelen en het smelten van onderaf kan versnellen.

Hoewel het Groenlandse ijskap vaak als één systeem wordt behandeld, suggereert de gemeten koele kalmte van Helheim dat elk van de ongeveer 250 outletgletsjers van Groenland “een unieke ‘persoonlijkheid’ heeft,” zegt Stearns. “Sommige zijn ongelooflijk gevoelig voor seizoensgebonden warmte; anderen, zoals Helheim, integreren die veranderingen over jaren of decennia. Je kunt de gletsjers van Groenland niet met één penseelstreek beschilderen.”