Bjerknessenteret for klimaforskning er et samarbeid mellom Universitetet i Bergen, NORCE, Nansensenteret og Havforskningsinstituttet. 

Bare en tidel av de flytende isbremmene i Antarktis ligger over vann. Under vann fortsetter veggen av is flere hundre meter nedover. Bildet viser kanten av isbremmen Getz i Amundsenhavet i Vest-Antarktis. Foto: Anna Wåhlin

Isbremmer skjermer innlandsisen i Antarktis

Isbremmene rundt Antarktis tynnes, men ikke så raskt som varme havstrømmer skulle tilsi. Sammen med et helt spesielt bassengeksperiment viser målinger ved iskanten at ikke alt vann kan strømme inn under isen.

Body

Fra innlandet i Antarktis strømmer isen mot havet og ender i store, flytende isbremmer. Isbremmene holder igjen og bremser strømmen av is fra kontinentet. Forskning publisert i Nature i dag tilsier at isbremmene også skjermer isen fra havet. 

Satellittdata viser at isbremmene er blitt tynnere de siste tiårene, trolig fordi varmt havvann smelter isen fra undersiden. Men regnestykket går ikke opp. Hvis alt det varme vannet som strømmer inn mot isbremmene bidro til å smelte is, skulle isen blitt enda tynnere enn observert. 

Den nye studien, av en isbrem i Amundsenhavet i Vest-Antarktis, viser at isbremmen i seg selv hindrer vannet i å komme inn under den. Ytterst er Getz-isbremmen 300 meter tykk, og mer enn 90 prosent av dette ligger under vann. Storparten av vannet som strømmer innover, stoppes av den høye isveggen – ikke bare det vannet som treffer den, men også vannet enda lengre nede i dypet. 

Amundsenhavet
Varmt vann fra dyphavet kan i noen områder rundt Antarktis strømme opp på kontinentalsokkelen og innunder isbremmene. Der kan vannet smelte store mengder is og gjøre isbremmen mer ustabil. Figuren viser situasjonen i Amundsenhavet. Den nye studien viser at ikke alt vannet som strømmer innover kan fortsette inn under isen. Illustrasjon: Kjersti Daae.

Vannet møter veggen

– Ingen har før målt hva strømmen gjør når den møter veggen, sier Nadine Steiger. 

Hun er en av forskerne bak studien og doktorgradskandidat ved Bjerknessenteret for klimaforskning og Geofysisk institutt ved Universitetet i Bergen. 

Måleinstrumenter plassert 700 meter fra det man vil måle, høres ikke nært ut. Men hva om det er snakk om havet utenfor en isvegg som er 300 meter høy, og der isfjell brekker av og driver utover? Og der man skal senke instrumentene ned i havet og ikke hente dem før etter flere år? 

Da er 700 meter farlig nært. Det er så nært at ingen tidligere har tatt sjansen. 

I 2016 satte prosjektets leder, Anna Wåhlin fra Göteborgs universitet, ut tre strenger med måleinstrumenter i Amundsenhavet i Vest-Antarktis. Den nærmeste strengen ble plassert 700 meter fra kanten av isbremmen på Getz. 

Målet var å registrere hva som skjer når varmt vann når isbremmen. Sørishavsstrømmen følger kontinentalskråningen rundt Antarktis – en del av verden der ingenting er varmt, men noe er mindre kaldt. Vannet i Sørishavsstrømmen er varmere enn is, og det er varmere enn vannet oppe på kontinentalsokkelen. 

Noen steder kan vannet fra Sørishavsstrømmen komme seg opp på sokkelen og følge kløfter i havbunnen innover. Det er på denne måten varmt vann når isbremmene. Dette visste forskerne fra før. De visste også at varmen fra dette vannet er så høy at mer is kunne smeltet enn det satellittbilder viser at det har gjort.

Isbrem
Ved å plassere måleinstrumenter så nært ytterkanten av isbremmen som mulig, håpet forskerne å finne ut hva som skjer når strømmen av varmt vann innover i kløften møter isbremmen. Ill.: Wåhlin et al., 2020, Nature

Også vann som ikke møter veggen tvinges unna 

I 2018 kunne lettede forskere se instrumentene hales opp fra dypet. Ingen isfjell hadde ødelagt dem. Dataene bekreftet det de hadde hatt en mistanke om. 

Ved de to ytterste målestasjonene, 14 og 11 kilometer fra iskanten, strømmet vannet innover mot Getz. Ved den innerste stasjonen, 700 meter fra isbremmen, svingte det øverste vannet unna, slik en strøm av vann nødvendigvis vil måtte gjøre når den møter en vegg. Men det var ikke bare det øverste vannet, som ville treffe isen direkte, som stoppet. Vann lengre nede gjorde akkurat det samme. 

Nesten alt vannet fulgte den samme bevegelsen, som en sammenhengende søyle av vann fra overflaten til bunnen. Bare en del av det nederste, varmeste og salteste vannet fortsatte inn under isen. 

I observasjonene fra Amundsenhavet lå en mulig forklaring på hvorfor isbremmene ikke tynnes så raskt som varmen havstrømmene transporterer inn mot isen skulle tilsi. Bare noe av det varme vannet kommer i kontakt med isen.

To tredjedeler av vannet nådde aldri frem. Men én enkelt observasjon ved én isbrem i én del av Antarktis var ikke nok til å bekrefte teorien.

Eksperimenterte i et karusellbasseng

– Isbremmene er det eneste stedet i verden der havstrømmer møter en skikkelig vegg, sier Nadine Steiger.

Den virkelige verden tilbyr et begrenset sammenligningsgrunnlag. Løsningen ble å utføre eksperimenter i et snurrende svømmebasseng.

I Grenoble finnes et laboratorium med en rund, roterende vanntank. Den er 13 meter i diameter – stor nok til å representere vår roterende klode.

Coriolis
Innsiden av den roterende tanken under et av eksperimentene. Foto: S. Viboud

I dette bassenget bygget polarforskerne et Antarktis av pleksiglass. Til eksperimentene for Amundsenhavet laget de en kløft der vannet fikk strømme inn mot en isbrem, også den av pleksiglass. 

Så fylte de bassenget med ferskvann. De lot det stilne, før de pumpet inn mer ferskvann for å skape en strøm innover gjennom kløften. Så lenge det bare var ferskvann i bassenget, nådde ikke vannet inn under isen. Strømmen snudde ved isveggen, fra overflaten og helt til bunns. 

Etterpå byttet de ut strømmen av ferskvann med en strøm av saltvann. Vannet strømmet innover gjennom kløften og møtte isbremmen. Denne gangen fortsatte strømmen. Vannet under isbremmen av pleksiglass oppførte seg akkurat på samme måte som vannet ved den virkelige isbremmen i Amundsenhavet. 

– Det var veldig gøy å se at eksperimentet stemte med observasjonene, sier Nadine Steiger. – Man har ingen garanti for at eksperimenter vil gå bra. 

Antarktis bygges i Grenoble
Elin Darelius og Nadine Steiger forbereder eksperimentene i den roterende tanken i Grenoble. Glassfjellet Nadine sitter på er Antarktis, mens Elin har satt seg på havbunnen utenfor. Foto: Mirjam Glessmer

Forskjeller i saltinnhold kan drive en strøm

Det er vanskelig å se for seg at vann ikke skal kunne flyte fritt i alle retninger. Men jordrotasjonen skaper effekter som ikke er så lette å forestille seg. Hvis alt vannet i verdenshavene hadde vært ferskt og hatt samme temperatur, ville havstrømmene vært like fra overflaten og helt til bunns. Hele vannsøylen ville holdt samme hastighet og samme retning, som om den hang sammen fra bunn til topp. Hver gang et vindpust drev overflatevannet i en ny retning, ville alt vannet under følge etter.

Dette er bakgrunnen for det Nadine Steiger og forskerkollegene observerte ved Getzbreen og i det snurrende bassenget. Det virkelige havet er salt, og både saltinnholdet og temperaturen varierer. Men så lenge ingen av delene varierer horisontalt, bare med dybden, oppfører vannsøylen seg som en enhet. 

Slik er det i de øverste vannmassene som strømmer inn mot isbremmen. Vannet følger kløften innover til det møter kanten av isbremmen og må svinge til side – både det vannet som treffer selve isveggen og vannet lengre nede.

Det salte vannet som strømmer inn nederst, oppfører seg annerledes. Noe av dette vannet følger vannet over og svinger av. Men saltet skaper tyngdeforskjeller som gjør at litt av dette vannet strømmer i en annen retning enn resten. Det svinger ikke av, men fortsetter rett frem under isen. 

Slik er det også ellers i verdenshavene. Langt under overflaten vil noe vann holde samme retning og hastighet som de vinddrevne strømmene, samtidig som salt og temperatur skaper forskjeller som driver vann i andre retninger. Men ingen andre steder treffer vannet vertikale vegger som er så høye og gjør effekten så markant som ved isbremmene rundt Antarktis. 

Det nederste vannet er viktigst

Tidligere studier har vist at endringer i vinden ute ved kontinentalskråningen kan påvirke hvor mye vann som strømmer innover mot isbremmene. De nye resultatene tilsier at det kan være vel så viktig å følge med på selve vannet.

– Det er ikke så viktig for smeltingen hvor mye varmt vann som strømmer innover totalt sett, sier Nadine Steiger – Det viktigste er hvor mye det kommer av det salteste og tyngste vannet nederst.  

Ved å hindre varmt vann i å strømme inn, beskytter isbremmene selve breen lengre inne. Når vannet ikke kommer inn i hulen under bremmen, når det heller aldri den innerste huleveggen, der det ellers ville kunne smelte bort mye is. Skulle en isbrem bli betydelig tynnere eller trekke seg tilbake til områder der havbunnen styrer varmt vann inn i hulen, kan forholdene endre seg raskt. 

Isbremmene er den antarktiske innlandsisens endestasjon. Fordi isbremmene henger fast i den innerst, bremser de strømmen av is fra innlandet og ut i havet. Tynnere isbremmer vil i mindre grad kunne holde igjen isstrømmene inne på kontinentet. 

– Vi skulle gjerne hatt flere observasjoner, sier Nadine Steiger.

Det kan det bli krevende å skaffe. Derfor skal hun fortsette å eksperimentere for å finne ut mer om hvordan vannet styres under isen. Denne gangen trenger hun verken pleksiglass eller noe roterende basseng. Strømmen rundt Antarktis bygges i en datamodell.

Referanse

A. K. Wåhlin, N. Steiger, E. Darelius, K. M. Assmann, M. S. Glessmer, H. K. Ha, L. Herraiz-Borreguero, C. Heuze, A. Jenkins, T. W. Kim, A. K. Mazur, J. Sommeria, S. Viboud (2020): Ice front blocking of ocean heat transport to an Antarctic ice shelf. Nature, 578, 568–571, https://doi.org/10.1038/s41586-020-2014-5