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科学者たちは南極の氷の下の堆積物に大規模な地下水システムを発見しました

(oneechanblog) -筆頭著者のクロエ・グスタフソンと登山家のメガン・サイフェルトは、西南極のウィランズ氷流の下の地下水を測定するために地球物理学的機器を設置しています。 クレジット

以前はマッピングされていなかった貯水池は、氷河を加速させ、炭素を放出する可能性がありました。

多くの研究者は、液体の水が氷河に見られる凍結形態の挙動を理解するための鍵であると信じています。 融解水は砂利の基盤を滑らかにし、海への行進を加速することで知られています。 近年、南極の科学者たちは、氷自体の中にある何百もの相互接続された液体の湖や川を発見しました。 そして、彼らは氷の下の堆積物の厚い盆地をイメージしており、潜在的にすべての中で最大の貯水池を含んでいます。 しかし、これまでのところ、氷の下の堆積物に大量の液体の水が存在することを確認したり、氷とどのように相互作用するかを調査したりした人は誰もいません。

現在、研究チームは、西南極の深部堆積物にある巨大で活発に循環している地下水システムを初めてマッピングしました。 彼らは、おそらく南極大陸で一般的であるそのようなシステムは、凍った大陸が気候変動にどのように反応するか、あるいはおそらく貢献するかについて、まだ未知の意味を持っているかもしれないと言います。 研究はジャーナルに掲載されました 化学 2022年5月5日。

ウィランズ氷流の場所を調査します。 電磁イメージングステーションは、2つの一般的な領域(黄色のマーキング)に設置されました。 チームは、赤い点で示されている他のタスクを実行するために、より広い領域に移動しました。 画像をクリックすると拡大版が表示されます。 クレジット:ChloeGustafson提供

「人々はこれらの堆積物に深い地下水がある可能性があると仮説を立てましたが、これまで誰も詳細な画像化を行っていませんでした」と、研究の筆頭著者であるクロエ・グスタフソンは述べています。

[{“attribute =””>コロンビア大学のラモントドハティ地球観測所。「私たちが見つけた地下水の量は非常に多かったので、氷流のプロセスに影響を与える可能性があります。今、私たちはもっと調べて、それをどのように組み込むかを考えなければなりません。モデル。」

科学者たちは何十年もの間、南極の氷床の上にレーダーやその他の機器を飛ばして、地下の特徴を画像化してきました。とりわけ、これらのミッションは、氷と岩盤の間に挟まれた堆積盆地を明らかにしました。しかし、空中地球物理学は一般に、含水量やその他の特性ではなく、そのような特徴の大まかな輪郭のみを明らかにすることができます。 1つの例外として、南極大陸のマクマードドライバレーに関する2019年の調査では、ヘリコプターを搭載した機器を使用して、約350メートルの氷の下にある数百メートルの氷河下の地下水を記録しました。しかし、南極大陸の既知の堆積盆地のほとんどははるかに深く、その氷のほとんどは空中の機器の手の届かないところにはるかに厚いです。いくつかの場所では、研究者は氷を掘削して堆積物を掘り起こしましたが、最初の数メートルしか浸透していません。したがって、氷床の挙動のモデルには、氷の中または氷のすぐ下の水文系のみが含まれます。

共著者のマシュージークフリートは、埋め込まれた電極線を引き上げます。クレジット

これは大きな欠陥です。南極大陸の広大な堆積盆地のほとんどは、現在の海面下にあり、岩盤に囲まれた陸氷と大陸に隣接する浮かぶ海の棚氷の間に挟まれています。それらは、海面が高い暖かい時期に海底に形成されたと考えられています。温暖な気候で棚氷が後退した場合、海の水が堆積物に再び侵入し、その背後にある氷河が急いで前進し、世界中の海面を上昇させる可能性があります。

新しい研究の研究者たちは、カナダのユーコン準州とほぼ同じ大きさの世界最大のロス棚氷に水を供給する、幅60マイルのウィランズ氷流に集中しました。以前の研究では、氷の中に氷底湖があり、その下に堆積盆地が広がっていることが明らかになりました。堆積物の最初の足かそこらへの浅い掘削は、液体の水と微生物の繁栄しているコミュニティをもたらしました。しかし、さらに下にあるのは謎でした。

2018年後半、米空軍のLC-130スキー機が、ラモントドハティ地球物理学者ケリーキー、コロラド鉱山学校地球物理学者マシュージークフリート、登山家メガンサイフェルトとともにグスタフソンをウィランに投下しました。 彼らの使命は、地表に直接配置された地球物理学的機器を使用して、堆積物とその特性をより適切にマッピングすることです。 何かがうまくいかなかった場合、助けになるどころか、6週間の旅、雪の掘り起こし、楽器の植え付け、その他の無数の雑用が必要になります。

チームは、地磁気地電流法と呼ばれる手法を使用しました。これは、惑星の大気圏で生成された自然の電磁エネルギーの地球への浸透を測定します。 氷、堆積物、淡水、塩水、岩盤はすべて、さまざまな程度で電磁エネルギーを伝導します。 違いを測定することにより、研究者はさまざまな要素のMRIのようなマップを作成できます。 チームは、一度に1日ほど雪のピットに機器を植え、それからそれらを掘り出し、再配置し、最終的には約4ダースの場所で測定値を取得しました。 彼らはまた、岩盤、堆積物、氷を区別するために、別のチームによって収集された地球から発せられる自然の地震波を再分析しました。

クロエ・グスタフソン

彼らの分析によると、場所によっては、堆積物は氷の底の下に0.5kmから2km近くまで伸びてから岩盤にぶつかります。 そして、彼らは堆積物がずっと液体の水で満たされていることを確認しました。 研究者たちは、すべてが抽出された場合、高さ220〜820メートルの水柱を形成すると推定しています。これは氷の中や底にある浅い水文システムの少なくとも10倍であり、おそらくそれよりもはるかに多いでしょう。 。

塩水は淡水よりもエネルギーを伝導するので、地下水が深さとともにより塩分になることを示すこともできました。 キーは、堆積物がずっと前に海洋環境で形成されたと信じられているので、これは理にかなっていると言いました。 おそらく、海の水は、約5,000〜7,000年前の温暖な時期に、現在のウィランが覆っている地域に最後に到達し、堆積物を塩水で飽和させました。 氷が再前進したとき、上からの圧力と氷底での摩擦によって生成された新鮮な融雪水が明らかに上部の堆積物に押し込まれた。 キー氏によると、それはおそらく今日もフィルターにかけられ、混ざり合っているのだろう。

研究者たちは、この淡水の堆積物へのゆっくりとした排水が、氷の底に水が溜まるのを防ぐことができると言います。 これは、氷の前進運動のブレーキとして機能する可能性があります。 氷流の接地線(陸に向かう氷流が浮かぶ棚氷と出会う地点)で他の科学者が測定したところ、そこの水は通常の海水よりも塩分がやや少ないことがわかりました。 これは、淡水が堆積物を通って海に流れており、より多くの融雪水が入る余地を作り、システムを安定させていることを示唆しています。

マットジークフリート

しかし、研究者たちは、氷の表面が薄すぎると(気候が温暖化するにつれて明らかになる可能性があります)、水の流れの方向が逆になる可能性があると言います。 重なる圧力が低下し、より深い地下水が氷の基盤に向かって湧き始める可能性があります。 これにより、氷の底がさらに滑らかになり、氷の前進運動が増加する可能性があります。 (ウィランズはすでに1日約1メートルの氷を海に向かって移動させています。氷河氷の場合は非常に速いです。)さらに、深い地下水が上向きに流れると、岩盤で自然に発生する地熱を運ぶ可能性があります。 これにより、氷の底がさらに溶けて前進する可能性があります。 しかし、それが起こるかどうか、そしてどの程度までは明らかではありません。

「最終的には、堆積物の浸透性や水が流れる速度に大きな制約はありません」とグスタフソン氏は述べています。 「それは暴走反応を引き起こす大きな違いを生むでしょうか? それとも、地下水は氷の流れの壮大な計画の中でよりマイナーなプレーヤーですか?」

浅い堆積物中の微生物の既知の存在は、別のしわを追加します、と研究者は言います。 この盆地やその他の盆地は、おそらくさらに下に住んでいます。 地下水が上昇し始めると、これらの生物が使用する溶存炭素が発生します。 横方向の地下水流は、この炭素の一部を海に送ります。 これはおそらく、南極大陸を、すでに泳いでいる世界でこれまで考えられていなかった炭素源に変えるでしょう。 しかし、繰り返しになりますが、問題は、これが何らかの重要な効果を生み出すかどうかです、とグスタフソンは言いました。

新しい研究は、これらの質問に取り組むためのほんの始まりに過ぎないと研究者たちは述べています。 「深層地下水ダイナミクスの存在の確認は、氷流の振る舞いの理解を変え、氷底水モデルの修正を余儀なくさせるでしょう」と彼らは書いています。

他の著者は、スクリップス海洋研究所のヘレンフリッカー、セントラルワシントン大学のJ.ポールウィンベリー、チューレーン大学のライアンベントゥレッリ、ビゲロー海洋科学研究所のアレクサンダーミショーです。 Chloe Gustafsonは現在、Scrippsのポスドク研究員です。

参考:クロエ・D・グスタフソン、ケリー・キー、マシュー・R・ジークフリート、J・ポール・ウィンベリー、ヘレン・A・フリッカー、ライアン・A・ベントゥレッリ、アレクサンダー・B・ミショーによる「南極の氷流の下にマッピングされた動的塩水地下水システム」、5 2022年5月、 化学。
DOI:10.1126 / science.abm3301

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