Smeltwatermeer op de 79°N-gletsjer veroorzaakt blijvende scheuren en ijsheffing

Top view from helicopter of deep lake on 79 North Glacier. Credit: Ole Zeising

Sinds het midden van de jaren ’90 verliest de Groenlandse ijskap massa, waarbij er nog maar drie drijvende tongen over zijn. Een van deze, de Nioghalvfjerdsbræ of de 79°N-gletsjer, vertoont al de eerste tekenen van instabiliteit.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers van het Alfred Wegener Instituut onderzocht hoe—veroorzaakt door de opwarming van de aarde—een 21 km² groot smeltwatermeer is ontstaan en ontwikkeld op het oppervlak van de 79°N-gletsjer. Ze hebben geobserveerd dat dit meer in de loop der jaren enorme scheuren heeft veroorzaakt en dat het afstromende water de gletsjer opheft. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift The Cryosphere.

Het meer verscheen voor het eerst in de observatiegegevens van het jaar 1995. “Er waren geen meren in dit gebied van de 79°N-gletsjer vóór de stijging van de atmosferische temperaturen in het midden van de jaren ’90,” aldus Prof. Angelika Humbert, glacioloog aan het Alfred Wegener Instituut Helmholtz Centrum voor Pool- en Marien Onderzoek (AWI).

“Vanaf het moment van de vorming in 1995 tot 2023 heeft het water van het meer herhaaldelijk en abrupt door kanalen en scheuren in het ijs gestroomd, waardoor enorme hoeveelheden zoet water de rand van de gletsertong richting de oceaan hebben bereikt.” In totaal vonden er zeven van dergelijke afvoer gebeurtenissen plaats, waarvan vier in de afgelopen vijf jaar.

“Tijdens deze afvoeren zijn er vanaf 2019 uitgebreide driehoekige breukvelden met scheuren in het ijs gevormd, die anders zijn van alle meerafvoeren die ik tot nu toe heb gezien,” zegt Humbert.

Sommige van deze scheuren vormen kanalen met openingen van enkele tientallen meters breed (moulins). Water stroomt ook door deze moulins nadat de belangrijkste afvoer van het meer heeft plaatsgevonden, wat betekent dat binnen enkele uren een enorme hoeveelheid water de basis van de ijskap bereikt.

“Voor het eerst hebben we nu de kanalen gemeten die zich in het ijs vormen tijdens de afvoer en hoe ze in de loop der jaren veranderen,” zegt Humbert.

Na de vorming van het meer in 1995 nam de grootte ervan in de loop van de tijd af met de eerste scheuren die verschenen. In de afgelopen jaren vond de afvoer plaats met steeds kortere tussenpozen. “We vermoeden dat dit te maken heeft met de driehoekige moulins die herhaaldelijk zijn geactiveerd sinds 2019,” zegt Humbert.

Het materieel gedrag van de gletsjer speelt hier een rol: aan de ene kant gedraagt het ijs zich als een extreem dikke (viskeuze) vloeistof die langzaam over het substraat stroomt. Tegelijkertijd is het ook elastisch, waardoor het kan vervormen en terug kan keren naar zijn oorspronkelijke vorm, vergelijkbaar met een rubberen band. De elastische aard van het ijs maakt het mogelijk dat scheuren en kanalen ontstaan.

Aan de andere kant helpt de kruipende aard van het ijs om de kanalen binnen de gletsjer in de loop van de tijd weer te sluiten nadat de afvoer heeft plaatsgevonden. “De grootte van de driehoekige moulin-breuken aan het oppervlak blijft jarenlang onveranderd. Radarbeelden tonen aan dat hoewel ze in de loop van de tijd binnen de gletsjer veranderen, ze nog steeds jaren na hun vorming detecteerbaar zijn.” Deze gegevens onthullen ook dat er een netwerk van scheuren en kanalen bestaat, wat betekent dat er meer dan één manier is voor het water om te ontsnappen.

Meltwater tilt de gletsjers op

De onderzoekers konden schaduwen langs de scheuren zien in sommige luchtfoto’s. “In sommige gevallen is het ijs aan de breukoppervlakken ook in hoogte verschoven, alsof het aan de ene kant van de moulin meer is verhoogd dan aan de andere kant,” legt Humbert uit.

De grootste verschuiving wordt direct in het meer aangetroffen, wat te wijten is aan de enorme hoeveelheden water die in de scheuren onder de gletsjer zijn binnengedrongen en daar een subglaciaal meer hebben gevormd. Radarbeelden van binnen laten zien dat er blijkbaar een blaar is ontstaan op dit meer onder het ijs, waardoor de gletsjer op dit punt omhoog wordt geduwd. Zelfs meer dan 15 jaar na de eerste afvoer zijn de scheuren nog steeds zichtbaar op het oppervlak.

Bij het uitvoeren van hun studie analyseerden de onderzoekers gegevens van verschillende metingen. Door gebruik te maken van gegevens van satellietafstandswaarneming en gegevens van luchtmetingen, konden ze onderzoeken hoe het meer zich vult en afvoert en de paden van het water binnen de gletsjer. Visco-elastische modellering stelde hen in staat om te bepalen of en hoe de afvoerpaden in de loop van de tijd sluiten.

De resultaten roepen een cruciale vraag op: hebben de frequente afvoeren het gletsjersysteem gedwongen in een nieuwe staat, of kan het systeem (nog steeds) terugkeren naar een normale winterstaat ondanks deze extreme hoeveelheden water?

“In slechts tien jaar zijn er terugkerende patronen en regelmatigheden ontstaan in de afvoer, met enorme en abrupte veranderingen in de instroom van smeltwater op een tijdschaal van uren tot dagen,” zegt Humbert. “Dit zijn extreme verstoringen binnen het systeem, en er is nog niet onderzocht of het gletsjersysteem deze hoeveelheid water kan absorberen en in staat is om de afvoer zelf te beïnvloeden.”

De studie biedt belangrijke gegevens voor de integratie van scheuren in ijskapmodellen en het onderzoek naar hoe ze ontstaan en de gletsjer beïnvloeden. AWI-onderzoekers werken nauw samen met wetenschappers van TU Darmstadt en de Universiteit van Stuttgart aan de modellering.

Het begrijpen en rekening houden met het gedrag en de effecten van scheuren in de gletsjer is bijzonder belangrijk met betrekking tot de ontwikkeling van het meer op de 79°N-gletsjer: door de voortschrijdende opwarming van de atmosfeer komen de breukoppervlakken steeds verder omhoog op de helling, wat invloed heeft op een steeds groter gebied van de gletsjer.