Pakar gletser mengungkap cacat kritis dalam prediksi kenaikan permukaan laut
Penelitian baru menunjukkan aliran es gletser beriklim sedang lebih mantap dari yang diperkirakan sebelumnya, yang mengarah ke proyeksi kenaikan permukaan laut yang lebih rendah.
Neal Iverson dimulai dengan dua pelajaran dalam fisika es ketika diminta untuk menggambarkan makalah penelitian tentang aliran es gletser yang baru saja diterbitkan oleh jurnal Sains.
Pertama, kata Profesor Emeritus terkemuka dari Departemen Bumi, Atmosfer, dan Iklim Universitas Negeri Iowa, ada berbagai jenis es di dalam gletser. Bagian gletser berada pada suhu meleleh tekanan dan lembut dan berair.
Es beriklim itu seperti es batu yang tersisa di atas meja dapur, dengan air lelehan di antara es dan meja, katanya. Es beriklim sedang sulit dipelajari dan dikarakterisasi.
Kedua, bagian lain gletser memiliki es yang dingin dan keras, seperti es batu yang masih ada di dalam freezer. Ini adalah jenis es yang biasanya telah dipelajari dan digunakan sebagai dasar model dan perkiraan aliran gletser.
Makalah penelitian baru berkaitan dengan yang pertama, kata Iverson, rekan penulis dan pengawas proyek.
Makalah ini menjelaskan eksperimen laboratorium dan data yang dihasilkan yang menunjukkan nilai standar dalam “fondasi empiris pemodelan aliran gletser” – persamaan yang dikenal sebagai undang -undang aliran Glen, dinamai berdasarkan almarhum John W. Glen, seorang fisikawan es Inggris – harus diubah untuk es beriklim sedang.
Nilai baru ketika digunakan dalam undang -undang aliran “akan cenderung memprediksi peningkatan kecepatan aliran yang jauh lebih kecil sebagai respons terhadap peningkatan tekanan yang disebabkan oleh penyusutan lapisan es saat iklim menghangat,” kata Iverson. Itu berarti model akan menunjukkan lebih sedikit aliran gletser ke lautan dan memproyeksikan kenaikan permukaan laut yang lebih sedikit.
Kebutuhan akut untuk memperhitungkan es gletser hangat
Buka walk-in freezer di laboratorium kampus Iverson dan Anda sedang melihat perangkat cincin ring setinggi 9 kaki yang telah mensimulasikan kekuatan dan gerakan glasial sejak 2009. Dibangun dengan hibah $ 530.000 dari National Science Foundation. Studi saat ini juga didukung oleh hibah NSF.
Di tengah perangkat adalah cincin es sekitar 3 kaki dan tebal 7 inci. Di bawah cincin adalah pers hidrolik yang dapat meletakkan sebanyak 100 ton kekuatan di atas es dan mensimulasikan berat gletser setebal 800 kaki. Cincin es dikelilingi oleh bak cairan yang bersirkulasi yang mengatur suhu es ke seratus derajat terdekat. Motor listrik yang melekat pada piring dengan gripper di atas cincin es dapat memutar es dengan kecepatan 1 hingga 10.000 kaki per tahun.
Untuk proyek ini, para peneliti memodifikasi perangkat dengan menambahkan gripper lain ke bagian bawah cincin es sehingga rotasi gripper atas menggeser es yang mendasarinya.
Collin Schohn, seorang mantan mahasiswa gelar master di Iowa State yang sekarang menjadi ahli geologi dengan kelompok BBJ yang berbasis di Chicago dan merupakan penulis pertama dari makalah penelitian terbaru grup, menjalankan serangkaian enam percobaan menggunakan perangkat yang dimodifikasi, setiap percobaan yang berlangsung sekitar enam minggu -minggu Eksperimen termasuk pengukuran kadar air cair es, sesuatu yang belum dilakukan dalam eksperimen semacam ini sejak tahun 1970 -an.
“Eksperimen ini melibatkan deformasi es pada suhu lelehnya dan pada berbagai tekanan,” kata Schohn.
Iverson menyamakan eksperimen untuk meraih bagel di bagian atas dan bagian bawah, lalu memutar kedua bagian untuk mengolesi keju krim di tengah.
Data eksperimental menunjukkan bahwa ICE berubah bentuk pada kecepatan yang sebanding secara linear dengan stres, kata Iverson. Pemikiran tradisional akan membuat para peneliti mengharapkan es melunak dengan meningkatnya stres, sehingga peningkatan stres akan menyebabkan peningkatan kecepatan yang semakin besar.
Mengapa semua ini penting?
Es sedang beriklim di dekat bagian bawah dan tepi bagian-bagian es yang mengalir tercepat dan di gletser gunung yang mengalir cepat, yang keduanya menumpahkan es ke lautan dan mempengaruhi permukaan laut. “Kebutuhan untuk memodelkan dan memperkirakan secara akurat aliran es gletser hangat, oleh karena itu, akut,” tulis para penulis.
Mengatur ulang N menjadi 1.0
Hukum aliran Glen ditulis sebagai: ε ̇ = AτN.
Persamaan ini menghubungkan tekanan pada es, τke tingkat deformasi, ε ̇Di mana A adalah konstan untuk suhu es tertentu. Hasil percobaan baru menunjukkan bahwa nilai eksponen stres, Nadalah 1.0 daripada nilai yang biasanya ditetapkan dari 3 atau 4.
Penulis menulis, “Untuk GENerasi, berdasarkan eksperimen asli Glen dan banyak percobaan berikutnya sebagian besar pada es dingin (-2 derajat C dan lebih dingin), nilai eksponen stres stres N dalam model telah dianggap 3.0. ” (Mereka juga menulis bahwa penelitian lain tentang “es dingin dari lapisan es” telah ditempatkan N lebih tinggi, pada 4.0.)
Itu, sebagian, “karena percobaan dengan es pada suhu pencairan tekanan adalah sebuah tantangan,” kata Lucas Zoet, rekan penulis kertas, mantan rekan penelitian postdoctoral di Iowa State dan Dekan L. Morgridge Associate Profesor Geoscience di University of Wisconsin-Madison. Zoet, co-supervisor proyek, telah membangun versi yang sedikit lebih kecil dari perangkat cincin-geser dengan dinding transparan untuk laboratoriumnya.
Tetapi data dari skala besar, percobaan deformasi geser di laboratorium Iverson menimbulkan pertanyaan tentang nilai yang ditetapkan untuk N. Es beriklim adalah linear-viscous (N = 1.0) “Lebih dari rentang umum kadar air cair dan stres yang diharapkan di dekat lapisan gletser dan di margin aliran es,” tulis para penulis.
Mereka mengusulkan bahwa penyebabnya meleleh dan membenarkan kembali di sepanjang batas-batas butiran es individu, skala milimeter-ke-sentimeter, yang harus terjadi pada tingkat yang sebanding dengan stres.
Data baru ini memungkinkan para pemodel “untuk mendasarkan model lapisan es mereka pada hubungan fisik yang ditunjukkan di laboratorium,” kata Zoet. “Meningkatkan pemahaman itu meningkatkan ketepatan prediksi. “
Butuh beberapa ketekunan untuk mendapatkan data yang mendukung nilai baru N.
“Kami telah memukul proyek ini selama bertahun -tahun,” kata Schohn. “Sangat sulit untuk membuat ini bekerja.”
Pada akhirnya, Iverson berkata, “Mempertimbangkan semua kegagalan dan pengembangan, ini tentang proses 10 tahun.”
Proses yang panjang, kata para peneliti, itu penting untuk model es gletser beriklim yang lebih akurat dan prediksi yang lebih baik dari aliran gletser dan kenaikan permukaan laut.
Referensi: “Aliran Linear-Viscous Ice Suhu” oleh Collin M. Schohn, Neal R. Iverson, Lucas K. Zoet, Jacob R. Fowler dan Natasha Morgan-Witts, 9 Januari 2025, Sains.
Doi: 10.1126/science.adp7708
Studi ini didanai oleh Yayasan Sains Nasional AS.
