Ученые на станции Мак-Мердо обнаружили необычные атмосферные волны на высоте от 30 до 115 километров (от 20 до 70 миль) над Антарктидой в 2011 году. Волны, которые имеют длительный период и на цикл требуется несколько часов, наблюдались в течение нескольких лет.
Ученые регулярно наблюдают атмосферные волны по всему миру, но стойкость этих волн делала их необычными, и ученые не знали, что их вызывает.Новое исследование решает эту загадку, связывая атмосферные волны с колебаниями шельфового ледника Росса — самого большого шельфового ледника в мире площадью почти полмиллиона квадратных километров (188000 миль), что примерно соответствует размеру Франции. Согласно новому исследованию, незаметные колебания шельфового ледника, вызванные океанскими волнами и другими силами, передаются и усиливаются в атмосфере.Если прогнозы исследования верны, ученые могли бы использовать эти атмосферные волны для измерения свойств шельфового ледника, которые обычно трудно отследить, таких как степень напряжения, которое шельфовый ледник испытывает от океанских волн.
«Если атмосферные волны генерируются колебаниями льда, ритмическими колебаниями льда — тогда это несет в себе много информации о самом шельфовом леднике», — сказал Олег Годин, профессор Морской аспирантуры в Монтерее, Калифорния, и ведущий автор. нового исследования, опубликованного в Journal of Geophysical Research: Space Physics, журнале Американского геофизического союза.Эта информация может помочь ученым лучше понять состояние и стабильность шельфовых ледников, которые представляют собой постоянно плавающие ледяные покровы, связанные с сушей. Ученые внимательно следят за размером и движением шельфовых ледников, потому что, когда они распадаются, они косвенно способствуют повышению уровня моря за счет своего воздействия на наземный лед.
«Шельфовые ледники служат буфером или не позволяют наземному льду достигать океана», — сказал Питер Бромирски, океанограф-исследователь из Института океанографии Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, который не принимал участия в новом исследовании. «Долгосрочная эволюция шельфового ледника — независимо от того, распадается он или нет — является важным фактором, влияющим на скорость повышения уровня моря».Объясняя вибрации
В новом исследовании Годин и его соавтор Николай Заботин использовали две теоретические модели шельфового ледника Росса, чтобы показать, что колебания льда могут создавать атмосферные волны.Одна модель аппроксимирует шельфовый ледник как гладкую прямоугольную пластину льда, а другая аппроксимирует лед как слоистую жидкость. Авторы включили известные свойства ледяного покрова, такие как эластичность, плотность и толщина, в каждую модель, чтобы рассчитать время, необходимое колебаниям льда для завершения одного цикла.Они обнаружили, что обе модели предсказывают, что шельфовый ледник производит колебания в течение периода от 3 до 10 часов, что соответствует продолжительности колебаний, наблюдаемых в атмосфере.
Эти колебания шельфового ледника, вероятно, также вызовут атмосферные волны с вертикальной длиной волны от 20 до 30 километров (от 12 до 18 миль), что является еще одной особенностью наблюдаемых волн.«Даже в этом упрощенном описании [льда] легко объясняются наиболее характерные особенности наблюдений», — сказал Годин. «Вот почему это выходит за рамки гипотез. Я бы сказал, что теперь это теория».
Согласно новому исследованию, колебания передаются от шельфового ледника в атмосферу через прямой контакт с воздухом над шельфовым ледником. Хотя колебания ледяного покрова незначительны, создаваемые ими атмосферные возмущения могут быть значительными из-за пониженного давления воздуха в атмосфере. Например, колебание шельфового ледника амплитудой в один сантиметр толкает воздух прямо над ним. По словам Година, когда волна каскадирует вверх, она может расти по амплитуде, перемещая воздух на сотни метров вверх и вниз, когда волна достигает менее плотного воздуха высоко в атмосфере.
Размер этих атмосферных волн позволяет легко наблюдать с помощью радара и лидара, подобной радару системы, использующей лазерный свет для сканирования атмосферы. Годин и Заботин планируют использовать передовой исследовательский радар для более подробного изучения атмосферных волн, чтобы лучше понять поведение шельфового ледника Росса.
«В литературе есть предположения, что ускоренное вскрытие шельфовых ледников приведет к повышению уровня моря на несколько метров к концу века», — сказал Годин. «Все, что мы можем сделать для количественной оценки того, что происходит с этими большими шельфовыми ледниками, имеет огромное значение.