Brittiskt fartyg hittar chockerande fenomen under Antarktis – kan drabba hela planeten

Långt under det antarktiska ispaket händer något som du inte kan se från däck, men som skakar om livet i Södra ishavet i dess grundval.

Det som vid ytan liknar ett kortvarigt isbrott visar sig under vattnet utlösa en långvarig chockvåg som flyttar runt värme, syre och näringsämnen.

Osynliga vågor under ett till synes stilla hav

När en isbit bryter loss från en glaciär riktas kamerorna vanligtvis mot spektaklet ovanför vattnet. Laviner av is störtar ner, en fontän av havsvatten sprutar upp, och några minuter senare verkar allt stilla igen. För besättningen på det brittiska forskningsfartyget RRS James Clark Ross var det också bilden, tills mätinstrumenten ombord berättade något helt annat.

Djupare ner i vattenpelaren registrerade sensorer utslag i temperatur, strömning och densitet som inte stämde med vind eller tidvatten. Uppgifterna pekade på kraftiga undervattensvågor, uppkomna genom den störtande isens slag mot havet. Dessa vågor förblir osynliga vid ytan, men rullar kilometerlångt genom Södra oceanen och blandar vattenlagren som om någon stack ner en gigantisk sked i havet.

Under varje kalvande isfront kan det uppstå en dold ”tsunami” som värmer upp havet just där glaciärerna är som mest sårbara.

För klimatforskare öppnar det en helt ny kategori av processer: inte synliga från rymden, svåra att mäta, men möjligen avgörande för istäckets framtid.

Från slumpmässig mätning till vetenskapligt genombrott

En lyckträff ombord på RRS James Clark Ross

Upptäckten uppstod inte från ett planerat experiment, utan från ett sammanträffande av omständigheter. Under en expedition längs en aktiv isfront registrerade oceanograferna löpande havets tillstånd: strömning, salthalt, temperatur, tryck. Precis i ögonblicket då en stor ismassa bröts loss körde alla instrument redan på högtryck.

Graferna som följde visade abrupta pulsslag på olika djup. De vanliga förklaringarna – storm, tidvatten, ytkylning – föll bort. Den enda händelsen som passade i tid och plats var glaciärens kalvning. Kollisionen mellan ton av is och vattenytan bildade uppenbarligen en serie undervattensvågor som planterade sig som ringar genom djupet.

Fartyget som möjliggjorde dessa mätningar, det tidigare RRS James Clark Ross, seglar nu som Noosfera under ukrainsk flagg. Rådata från den gången förblir dock en referenspunkt för ny forskning kring dessa dolda vågor.

En extra motor för havsblandning

Hittills utgick många klimatmodeller från att tre faktorer dominerar blandningen av vatten runt Antarktis:

• kraftiga vindar som driver det översta vattenlagret,
• tidvattenströmmar som skrapar längs havsbottnen,
• värmeutbyte mellan hav och kall luft.

De nyligen beskrivna undervatts-”tsunamierna” tillför en fjärde motor. Uppskattningar visar att deras effekt i vissa regioner kan vara jämförbar med vindens inflytande och lokalt till och med starkare än tidvattenströmmarna. Varje avbruten ismassa fungerar som en energistöt som rör om i vattenpelaren.

Det låter tekniskt, men konsekvenserna ligger nära kärnan i klimatfrågan. Genom denna blandning kan relativt varmt djupvatten föras uppåt, ända fram till undersidan av glaciärer som rinner ut i havet. Det accelererar smältningen underifrån, vilket får glaciärer att kalva snabbare och får havsytan att stiga.

Mer kalvning betyder fler undervattensvågor, som i sin tur skapar förutsättningar för ännu snabbare kalvning.

Så uppstår en cykel där isförlust och havsdynamik förstärker varandra, utan att detta länge varit synligt i klassiska observationer vid ytan.

Rothera och Sheldon-glaciären som naturligt laboratorium

En bas vid iskanten

För att bättre förstå denna process arbetar ett internationellt team från Rothera Research Station på Antarktiska halvön. Från denna kustbas ger sig forskare ut till aktiva isfronter där glaciärer slutar direkt i havet. Där sker de mest spektakulära bryten, men också de kraftigaste undervattensvågorna.

Parallellt levererar det nya brittiska polarfartyget RRS Sir David Attenborough en mobil plattform. Fartyget kan sätta ut mätbojar, sända robotfarkoster i vattnet och samtidigt kommunicera med satelliter och drönare. Varje glaciärbrott blir därmed ett unikt fullskaligt experiment, något som aldrig kan återskapas realistiskt i en bassäng.

Sheldon-glaciären: där robotar går på djupet

En av de mest intensivt studerade platserna är Sheldon-glaciären. Här styr forskare autonoma undervattensfarkoster längs den branta isväggen djupt under vattenytan. Robotarna mäter hur temperatur och salthalt förändras efter att en isbit brutits loss.

De följer också spridningen av näringsämnen och mikroskopisk plankton. Det verkar som en detalj, men plankton utgör fundamentet i det antarktiska ekosystemet. När undervattensvågor för upp näringsämnen från djupet kan det orsaka korta, kraftiga tillväxtutbrott som krill, fisk, havsfåglar och till och med valar reagerar på.

Varje isbrott påverkar inte bara klimatet utan också näringskedjan, där krill och valar spelar huvudrollerna.

Genom att mäta genom flera säsonger i rad uppstår en bild av hur ofta dessa vågor förekommer och hur länge deras effekt hänger kvar i vattenpelaren.

Hightech-jakt på ett flyktigt fenomen

En kombination av rymd, luft och djup

Undervatts-”tsunamierna” är för snabba, för lokala och ibland för svaga för att pålitligt följa med en sorts instrument. Därför kombinerar teamen olika teknologier som kompletterar varandra:

• Satelliter och timelapse-kameror följer sprickor och rörelse i glaciärerna.
• Drönare filmar kalvningsögonblicket och registrerar vågor vid ytan.
• Autonoma undervattensrobotar mäter djupets reaktion direkt efter nedslaget.
• Fasta instrument på havsbottnen registrerar passerandet av interna vågor.
• Algoritmer för maskininlärning detekterar automatiskt kalvningshändelser i stora bildserier.
• Numeriska modeller simulerar hur vågorna sprider sig och var värmen slutligen hamnar.

Med dessa data försöker forskare ge undervattensvågorna en plats i globala klimatmodeller. Det är nödvändigt för att mer realistiskt kunna förutsäga hur snabbt det antarktiska istäcket kan reagera på ytterligare uppvärmning och vilka världsregioner som starkast drabbas av extra havsytehöjning.

Ett internationellt projekt med världsomspännande insats

Forskningen kring dessa dolda vågor faller till stor del under POLOMINTS-projektet, koordinerat av British Antarctic Survey. Vetenskapsmän från Storbritannien, USA och Polen samarbetar tätt med institut som Scripps Institution of Oceanography och University of Southampton.

Finansieringen via det brittiska Natural Environment Research Council visar att det här inte bara handlar om akademisk nyfikenhet. Beslutsfattare behöver bättre uppskattningar av framtida havsytehöjning och vill veta hur stabila de stora ishyllorna längs Antarktis fortfarande är i en värld med högre CO₂-koncentrationer.

Vad betyder dessa vågor för resten av världen?

Från sydpolen till Nordsjökusten

Energin som frigörs vid kalvande glaciärer förblir inte snyggt inkapslad runt sydpolen. Interna vågor kan flytta värme och salt över stora avstånd och påverkar därmed havsströmmar som i slutändan också styr vädret runt Västeuropa. Små förskjutningar i Södra oceanen kan efter år bli märkbara i mönster av nederbörd och stormar mycket längre norrut.

För låglänta deltaområden betyder detta en extra osäkerhet. Om undervattensvågor accelererar ishyllornas smältning kan havsytan stiga snabbare än i många nuvarande scenarior. Städer vid kusterna, inklusive Köpenhamn och andra danska kuststäder, måste vid långsiktig planering ta hänsyn till sådana accelererade förlopp.

En ny uppmärksamhetspunkt för modeller och simuleringar

För modellbyggare utgör detta fenomen en utmaning. De ska införliva en process som varierar kraftigt i rum och tid, och där det finns få långa mätserier. För att täppa till hålet utvecklas det nu förenklade beskrivningar som efterliknar den genomsnittliga påverkan från tusentals kalvningar om året.

Med sådana simuleringar kan forskare testa hur känslig den antarktiska kusten är för fler eller färre kalvande glaciärer. De kan också jämföra scenarier: vad händer med havsströmmarna om frekvensen av dessa undervattensvågor fördubblas, eller om vissa glaciärer blir instabila?

För studerande och intresserade erbjuder undervattensvågor i sig ett fascinerande studieobjekt. De kombinerar gravitation, densitetsskillnader och havsbottnens topografi. Laboratorieexperiment med salt- och sötvattensskikt eller datormodeller där en isblock faller ner i en skiktad bassäng kan hjälpa till att göra denna dynamik mer intuitiv.

En annan forskningslinje fokuserar på risker för infrastruktur. Undervattenskablar, mätplattformar och framtida anläggningar för grön energi i polarhav kan möjligen möta oväntade strömningstoppar från interna vågor. Designers som redan nu testar flytande vindkraftsparker eller autonoma bojar i kalla farvatten bör ta hänsyn till sådana extrakrafter.