ในตะกอนใต้น้ำแข็งแอนตาร์กติก นักวิทยาศาสตร์ค้นพบระบบน้ำใต้ดินขนาดยักษ์

ตามข่าว — นักวิทยาศาสตร์หลายคนกล่าวว่าน้ำที่เป็นของเหลวเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจพฤติกรรมของรูปแบบน้ำแข็งที่พบในธารน้ำแข็ง เป็นที่ทราบกันดีว่าน้ำที่ละลายแล้วจะหล่อลื่นฐานกรวดและเร่งการเคลื่อนตัวไปยังทะเล ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยในทวีปแอนตาร์กติกาได้ค้นพบทะเลสาบและแม่น้ำที่เป็นของเหลวที่เชื่อมต่อถึงกันหลายร้อยแห่งที่ห่อหุ้มอยู่ภายในน้ำแข็ง และพวกเขาได้ถ่ายภาพแอ่งตะกอนหนาๆ ใต้น้ำแข็ง ซึ่งอาจประกอบด้วยแหล่งน้ำที่ใหญ่ที่สุด แต่จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครยืนยันการมีอยู่ของน้ำของเหลวจำนวนมากในตะกอนใต้น้ำแข็ง และไม่ได้ศึกษาว่าน้ำดังกล่าวอาจมีปฏิกิริยากับน้ำแข็งอย่างไร

ตอนนี้ ทีมงานได้ทำแผนที่ระบบน้ำบาดาลขนาดใหญ่ที่หมุนเวียนอย่างแข็งขันในตะกอนลึกในแอนตาร์กติกาตะวันตกเป็นครั้งแรก พวกเขากล่าวว่าระบบดังกล่าว ซึ่งอาจพบได้ทั่วไปในทวีปแอนตาร์กติกา อาจมีนัยยะที่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าทวีปน้ำแข็งมีปฏิกิริยาอย่างไร หรือแม้แต่มีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ งานวิจัยปรากฏในวันนี้ในวารสาร ศาสตร์.

“ผู้คนตั้งสมมติฐานว่าอาจมีน้ำใต้ดินลึกในตะกอนเหล่านี้ แต่จนถึงตอนนี้ยังไม่มีใครทำการถ่ายภาพโดยละเอียด” ผู้เขียนนำการศึกษา Chloe Gustafson ผู้ทำวิจัยในฐานะนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Lamont- ของมหาวิทยาลัยโคลัมเบียกล่าว หอดูดาวโดเฮอร์ตี้เอิร์ธ “ปริมาณน้ำบาดาลที่เราพบมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจส่งผลต่อกระบวนการของกระแสน้ำแข็ง ตอนนี้เราต้องหาข้อมูลเพิ่มเติมและหาวิธีรวมสิ่งนั้นเข้ากับแบบจำลอง”

นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เรดาร์และอุปกรณ์อื่นๆ บินเหนือแผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกมาเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว เพื่อสร้างภาพลักษณะพื้นผิวใต้ผิวดิน เหนือสิ่งอื่นใด ภารกิจเหล่านี้ได้เปิดเผยแอ่งตะกอนที่ประกบระหว่างน้ำแข็งกับหิน แต่โดยทั่วไปแล้ว ธรณีฟิสิกส์ในอากาศสามารถเปิดเผยได้เฉพาะโครงร่างคร่าวๆ ของคุณลักษณะดังกล่าว ไม่ใช่ปริมาณน้ำหรือลักษณะอื่นๆ ในข้อยกเว้นประการหนึ่ง การศึกษา 2019 ของ McMurdo Dry Valleys ของทวีปแอนตาร์กติกา ใช้เครื่องมือที่ใช้เฮลิคอปเตอร์เพื่อบันทึกน้ำใต้ดินใต้น้ำแข็งสองสามร้อยเมตรที่อยู่ต่ำกว่าน้ำแข็งประมาณ 350 เมตร แต่แอ่งตะกอนส่วนใหญ่ที่รู้จักกันในทวีปแอนตาร์กติกานั้นลึกกว่ามาก และน้ำแข็งส่วนใหญ่ในแอนตาร์กติกานั้นหนากว่ามาก เกินกว่าที่เครื่องมือจะพัดพาไปในอากาศ นักวิจัยได้เจาะน้ำแข็งลงในตะกอนในบางแห่ง แต่สามารถเจาะเข้าไปได้เพียงไม่กี่เมตรแรกเท่านั้น ดังนั้น แบบจำลองพฤติกรรมแผ่นน้ำแข็งจึงรวมเฉพาะระบบอุทกวิทยาภายในหรือใต้น้ำแข็งเท่านั้น

นี่เป็นข้อบกพร่องครั้งใหญ่ แอ่งตะกอนที่กว้างใหญ่ของแอนตาร์กติกาส่วนใหญ่อยู่ต่ำกว่าระดับน้ำทะเลในปัจจุบัน เชื่อมระหว่างชั้นน้ำแข็งบนพื้นหินและชั้นน้ำแข็งในทะเลที่ลอยอยู่รอบทวีป คิดว่าน่าจะก่อตัวขึ้นที่ก้นทะเลในช่วงที่อากาศอบอุ่นเมื่อระดับน้ำทะเลสูงขึ้น หากชั้นน้ำแข็งถูกดึงกลับในสภาพอากาศที่ร้อน น้ำทะเลอาจบุกรุกตะกอนอีกครั้ง และธารน้ำแข็งที่อยู่ด้านหลังก็สามารถพุ่งไปข้างหน้าและเพิ่มระดับน้ำทะเลทั่วโลก

นักวิจัยในการศึกษาครั้งใหม่นี้มุ่งเน้นไปที่ Whillans Ice Stream ที่มีความกว้าง 60 ไมล์ ซึ่งเป็นหนึ่งในลำธารที่ไหลเร็วครึ่งโหลที่ป้อน Ross Ice Shelf ซึ่งใหญ่ที่สุดในโลก โดยมีขนาดประมาณ Yukon Territory ของแคนาดา การวิจัยก่อนหน้านี้ได้เปิดเผยทะเลสาบใต้น้ำแข็งภายในน้ำแข็งและแอ่งตะกอนที่ทอดยาวอยู่ข้างใต้ การขุดเจาะตื้น ๆ ที่เท้าแรกของตะกอนได้ทำให้เกิดน้ำที่เป็นของเหลวและชุมชนจุลินทรีย์ที่เจริญรุ่งเรือง แต่สิ่งที่อยู่ไกลออกไปนั้นเป็นปริศนา

ในช่วงปลายปี 2018 เครื่องบินสกี LC-130 ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ทิ้ง Gustafson พร้อมด้วย Kerry Key นักธรณีฟิสิกส์ Lamont-Doherty, Matthew Siegfried นักธรณีฟิสิกส์แห่ง Colorado School of Mines และนักปีนเขา Meghan Seifert บน Whillans ภารกิจของพวกเขา: เพื่อทำแผนที่ตะกอนและคุณสมบัติของตะกอนให้ดีขึ้นโดยใช้เครื่องมือธรณีฟิสิกส์ที่วางอยู่บนพื้นผิวโดยตรง ห่างไกลจากความช่วยเหลือใดๆ หากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น พวกเขาต้องใช้เวลาหกสัปดาห์ในการเดินทางอันเหน็ดเหนื่อย ขุดหิมะ ปลูกอุปกรณ์ และงานบ้านอื่นๆ อีกนับไม่ถ้วน

(ดูวิดีโอและภาพการเดินทาง)

ทีมงานใช้เทคนิคที่เรียกว่าการถ่ายภาพด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (magnetotelluric Imaging) ซึ่งวัดการแทรกซึมเข้าไปในโลกของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าธรรมชาติที่สร้างขึ้นในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์สูง น้ำแข็ง ตะกอน น้ำจืด น้ำเค็ม และหิน ล้วนนำพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับต่างๆ โดยการวัดความแตกต่าง นักวิจัยสามารถสร้างแผนที่เหมือน MRI ขององค์ประกอบต่างๆ ทีมงานได้วางเครื่องมือของพวกเขาในบ่อหิมะครั้งละหนึ่งวันหรือประมาณนั้น จากนั้นจึงขุดออกมาและย้ายที่ตั้ง ในที่สุดก็ไปอ่านที่สถานที่สี่สิบแห่ง พวกเขายังวิเคราะห์คลื่นไหวสะเทือนตามธรรมชาติที่เล็ดลอดออกมาจากพื้นโลกที่ทีมอื่นรวบรวมมาอีกครั้ง เพื่อช่วยแยกแยะความแตกต่างของพื้นหิน ตะกอน และน้ำแข็ง

การวิเคราะห์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าตะกอนขยายออกไปด้านล่างฐานของน้ำแข็งจากครึ่งกิโลเมตรเป็นเกือบสองกิโลเมตรก่อนที่จะกระแทกพื้นหินทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง และพวกเขายืนยันว่าตะกอนเต็มไปด้วยน้ำของเหลวตลอดทาง นักวิจัยประเมินว่าหากดึงออกมาทั้งหมด มันจะก่อตัวเป็นเสาน้ำสูง 220 ถึง 820 เมตร ซึ่งมากกว่าในระบบอุทกวิทยาตื้นภายในและที่ฐานของน้ำแข็งอย่างน้อย 10 เท่า อาจจะมากกว่านั้นมาก .

น้ำเค็มนำพลังงานได้ดีกว่าน้ำจืด จึงสามารถแสดงให้เห็นได้ว่าน้ำบาดาลมีความเค็มในระดับความลึกมากกว่า คีย์กล่าวว่าสิ่งนี้สมเหตุสมผล เพราะเชื่อว่าตะกอนก่อตัวขึ้นในสภาพแวดล้อมทางทะเลเมื่อนานมาแล้ว น้ำทะเลอาจถึงระดับสุดท้ายที่ตอนนี้เป็นพื้นที่ที่ Whillans ปกคลุมในช่วงเวลาที่อบอุ่นเมื่อ 5,000 ถึง 7,000 ปีที่แล้ว ทำให้ตะกอนอิ่มตัวด้วยน้ำเกลือ เมื่อน้ำแข็งเคลื่อนตัวขึ้นใหม่ น้ำจืดละลายที่เกิดจากแรงดันจากด้านบนและการเสียดสีที่ฐานน้ำแข็งก็เห็นได้ชัดว่าถูกผลักเข้าไปในตะกอนด้านบน คีย์กล่าวว่ามันอาจจะยังคงกรองและผสมในทุกวันนี้

นักวิจัยกล่าวว่าการระบายน้ำจืดเข้าสู่ตะกอนอย่างช้าๆ สามารถป้องกันไม่ให้น้ำสะสมที่ฐานของน้ำแข็งได้ สิ่งนี้สามารถทำหน้าที่เป็นเบรกในการเคลื่อนไปข้างหน้าของน้ำแข็ง การวัดโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ที่แนวพื้นดินของกระแสน้ำแข็ง – จุดที่กระแสน้ำแข็งที่ไหลลงสู่พื้นพบกับชั้นน้ำแข็งที่ลอยอยู่ – แสดงให้เห็นว่าน้ำในนั้นมีความเค็มน้อยกว่าน้ำทะเลทั่วไป นี่แสดงให้เห็นว่าน้ำจืดไหลผ่านตะกอนสู่มหาสมุทร ทำให้มีที่ว่างสำหรับน้ำที่ละลายมากขึ้นที่จะเข้าไป และทำให้ระบบมีเสถียรภาพ

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยกล่าวว่า หากพื้นผิวน้ำแข็งบางลง อาจเป็นไปได้อย่างชัดเจนเมื่อสภาพอากาศอุ่นขึ้น ทิศทางการไหลของน้ำสามารถย้อนกลับได้ ความกดดันที่อยู่เหนือพื้นจะลดลง และน้ำบาดาลที่ลึกกว่าจะเริ่มไหลทะลักขึ้นสู่ฐานน้ำแข็ง สิ่งนี้สามารถหล่อลื่นฐานของน้ำแข็งและเพิ่มการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า (พวกวิลแลนเคลื่อนตัวในทะเลน้ำแข็งประมาณหนึ่งเมตรต่อวัน—อย่างรวดเร็วมากสำหรับน้ำแข็งในน้ำแข็ง) นอกจากนี้ หากน้ำใต้ดินลึกไหลขึ้นไปข้างบน ก็สามารถนำความร้อนใต้พิภพที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในชั้นหิน สิ่งนี้สามารถละลายฐานของน้ำแข็งและขับเคลื่อนไปข้างหน้าได้ แต่ถ้าสิ่งนั้นจะเกิดขึ้นและมากน้อยเพียงใดนั้นยังไม่แน่ชัด

“ในที่สุด เราก็ไม่มีข้อจำกัดอย่างมากในการซึมผ่านของตะกอนหรือว่าน้ำจะไหลเร็วแค่ไหน” กุสตาฟสันกล่าว “มันจะสร้างความแตกต่างอย่างมากที่จะสร้างปฏิกิริยาที่หนีไม่พ้นหรือไม่? หรือน้ำบาดาลเป็นเพียงผู้เล่นรายย่อยในโครงการที่ยิ่งใหญ่ของกระแสน้ำแข็ง?”

นักวิจัยกล่าวว่าการปรากฏตัวของจุลินทรีย์ในตะกอนตื้นนั้นทำให้เกิดรอยย่นอีกอัน ลุ่มน้ำนี้และอื่น ๆ มีแนวโน้มที่จะอาศัยอยู่ต่อไป และถ้าน้ำบาดาลเริ่มเคลื่อนขึ้นข้างบน ก็จะทำให้เกิดคาร์บอนที่ละลายน้ำซึ่งใช้โดยสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ การไหลของน้ำบาดาลด้านข้างจะส่งคาร์บอนบางส่วนไปยังมหาสมุทร สิ่งนี้อาจทำให้แอนตาร์กติกากลายเป็นแหล่งคาร์บอนที่ยังไม่มีใครพิจารณาในโลกที่ว่ายน้ำอยู่แล้ว แต่อีกครั้ง คำถามก็คือว่าสิ่งนี้จะก่อให้เกิดผลกระทบที่สำคัญหรือไม่ กุสตาฟอนกล่าว

นักวิจัยกล่าวว่าการศึกษาใหม่นี้เป็นเพียงการเริ่มต้นเพื่อตอบคำถามเหล่านี้ “การยืนยันการมีอยู่ของไดนามิกของน้ำใต้ดินลึกได้เปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับพฤติกรรมของกระแสน้ำแข็ง และจะบังคับให้มีการปรับเปลี่ยนแบบจำลองน้ำใต้ดิน” พวกเขาเขียน

ผู้เขียนคนอื่นๆ ได้แก่ Helen Fricker จาก Scripps Institution of Oceanography, J. Paul Winberry จาก Central Washington University, Ryan Venturelli จาก Tulane University และ Alexander Michaud จาก Bigelow Laboratory for Ocean Sciences ปัจจุบัน Chloe Gustafson เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ Scripps

# # #

.

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*