Zeevloervezelsensoren tonen aan hoe smeltend ijs de gletsjerterugtrekking in Groenland beïnvloedt

De afkalving van de Eqalorutsit Kangilliit Sermiat-gletsjer in Zuid-Groenland. Onderzoekers hebben een vezeloptische kabel enkele honderden meters van de gletsjermond geplaatst. Deze kabel helpt bij het vastleggen van de dynamiek van afkalving, een proces dat cruciaal is voor het begrijpen van de versnelling van het verlies van gletsjermassa en de impact op de stabiliteit van ijskappen.

Als gletsjers smelten, breken enorme ijsstukken los en vallen in de zee, wat tsunami-grote golven genereert en een krachtige wake achterlaat terwijl ze wegdrijven. Dit proces, dat afkalving wordt genoemd, is van groot belang voor onderzoekers, maar het is gevaarlijk om gegevens te verzamelen aan de voorkant van een gletsjer.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Washington en samenwerkende instellingen heeft de vezeloptische kabel gebruikt om de afkalvingsdynamiek in het fjord van de Eqalorutsit Kangilliit Sermiat-gletsjer in Zuid-Groenland vast te leggen. De verzamelde gegevens maakten het mogelijk om een van de belangrijkste processen te documenteren die de snelheid van gletsjerafname versnellen, met gevolgen voor wereldwijde oceaanstromingen en lokale ecosystemen.

“We hebben de kabel naar een gletsjer gebracht en deze bizarre afkalving-multiplicatoreffect gemeten dat we met eenvoudigere technologie nooit hadden kunnen zien,” aldus co-auteur Brad Lipovsky, assistent-professor in de aard- en ruimtewetenschappen. “Het is iets dat we nooit eerder hebben kunnen kwantificeren.”

De gegevens bieden voor het eerst een dieper inzicht in de relatie tussen ijs en het water waar het in stort, van oppervlaktegolven tot verstoringen binnen de waterkolom. De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature.

De Groenlandse ijskap, een bevroren kap die ongeveer driemaal zo groot is als Texas, krimpt. Wetenschappers hebben de terugtrekking ervan de afgelopen 27 jaar gedocumenteerd terwijl ze proberen de gevolgen van het voortdurende massaverlies te begrijpen. Als de Groenlandse ijskap zou smelten, zou dit genoeg water vrijgeven om de wereldwijde zeespiegel met ongeveer 7,5 meter te verhogen, wat kustgebieden zou inunderen en miljoenen mensen zou verhuizen.

Onderzoekers speculeren ook dat het verlies van ijs een wereldwijd stromingssysteem verzwakt dat het klimaat en de nutriëntenverdeling regelt, de zogenaamde Atlantische meridionale omkeercirculatie. “Ons hele aardsysteem is, ten minste gedeeltelijk, afhankelijk van deze ijskappen,” zegt hoofdauteur Dominik Gräff, postdoctoraal onderzoeker in de aard- en ruimtewetenschappen. “Het is een fragiel systeem, en als je het zelfs maar een beetje verstoort, kan het instorten.”

Voor de onderzoekers betekende dit dat ze een veldtrip naar Zuid-Groenland moesten maken, waar de Groenlandse ijskap de Atlantische Oceaan ontmoet, om de vezeloptische kabel in te zetten. Onderzoekers hebben in het afgelopen decennium onderzocht hoe deze kabels kunnen worden gebruikt voor afstandsgegevensverzameling via technologie genaamd Distributed Acoustic Sensing (DAS), die grondbewegingen op basis van kabelspanningen registreert. Voor deze studie had niemand geprobeerd om gletsjerafkalving vast te leggen met een onderzeese DAS-kabel.

De onderzoekers lieten een kabel van 10 kilometer van een boot vlakbij de monding van de gletsjer zakken. Ze sloten deze aan op een kleine ontvanger en verzamelden gedurende drie weken gegevens over grondbeweging en temperatuur langs de lengte van de kabel.

Het terugstootpatroon van fotonen die door de kabel gaan, gaf de onderzoekers een kijkje onder het oppervlak. Ze konden genuanceerde waarnemingen doen over de enorme ijsstukken die met snelheden van 15 tot 32 kilometer per uur langs hun boot schoten. Sommige daarvan waren ter grootte van een voetbalstadion. Gletsjers zijn enorm, en het grootste deel van hun massa bevindt zich onder het wateroppervlak, waar het ijs sneller smelt.

Tijdens een afkalvingsevent breken stukken van de overhangende massa af en vormen ze ijsbergen. Hoewel afkalving geleidelijk kan plaatsvinden, komt het voor dat de gletsjer een kolossaal stuk ijs naar de zee duwt. De onderzoekers waren getuige van een groot evenement om de paar uur tijdens hun veldwerk.

“Wanneer ijsbergen afbreken, veroorzaken ze allerlei soorten golven,” zei Gräff. Na de eerste impact stegen oppervlaktegolven, de zogenaamde afkalving-geïnduceerde tsunami’s, door het fjord. Dit verstoorde de bovenste waterkolom, die gelaagd is. Zeewater is warmer en zwaarder dan gletsjerafvoer en zakt daarom naar de bodem. Maar lang na de plons, toen het oppervlak tot rust was gekomen, observeerden onderzoekers andere golven, zogenaamde interne zwaartegolven, die zich tussen de densiteitslagen voortplantten.

Hoewel deze onderwatergolven niet zichtbaar waren vanaf het oppervlak, registreerden de onderzoekers interne golven die zo hoog waren als wolkenkrabbers en die het fjord deden schommelen. De langzamere, meer langdurige beweging die door deze golven werd gecreëerd, verlengde de menging van het water, en bracht een constante aanvoer van warmer water naar het oppervlak terwijl koud water naar de bodem van het fjord werd gedreven.

Gräff vergeleek dit proces met ijsklontjes die smelten in een warm drankje. Als je het drankje niet roert, vormt zich een koele laag water rond het ijsblokje, waardoor het wordt geïsoleerd van de warmere vloeistof. Maar als je roert, wordt die laag verstoord en smelt het ijs veel sneller. In het fjord hypotheseerden onderzoekers dat golven, voortkomend uit afkalving, de grenslaag van de gletsjer verstoorden en de onderwaterafvoer versnelden.

Onderzoekers observeerden ook verstorende interne zwaartegolven die uit de ijsbergen voortkwamen terwijl ze door het fjord bewogen. Dit type golf is niet nieuw, maar het documenteren ervan op deze schaal is dat wel. Eerdere studies waren afhankelijk van locatie-specifieke metingen van bodemvoelers, die slechts een momentopname van het fjord vastlegden, en temperatuurmetingen van verticale thermometers. De gegevens kunnen helpen bij het verbeteren van voorspellingsmodellen en het ondersteunen van waarschuwingssystemen voor afkalving-geïnduceerde tsunami’s.

“Er vindt momenteel een revolutie in vezelsensing plaats,” zei Lipovsky. “Het is de afgelopen tien jaar veel toegankelijker geworden, en we kunnen deze technologie in deze geweldige omgevingen gebruiken.”