वैज्ञानिकों ने अंटार्कटिक बर्फ के नीचे तलछट में एक विशाल भूजल प्रणाली की खोज की है

प्रमुख लेखक क्लो गुस्ताफसन और पर्वतारोही मेगन सीफर्ट ने पश्चिम अंटार्कटिका में व्हिलन्स आइस स्ट्रीम के नीचे भूजल को मापने के लिए भूभौतिकीय उपकरण स्थापित किए हैं। श्रेय: केरी की/लैमोंट-डोहर्टी अर्थ ऑब्जर्वेटरी

पहले कभी भी मैप किए गए जलाशय ग्लेशियरों को तेज नहीं कर सकते थे और कार्बन छोड़ सकते थे।

कई शोधकर्ता मानते हैं कि ग्लेशियरों में पाए जाने वाले जमे हुए रूप के व्यवहार को समझने के लिए तरल पानी महत्वपूर्ण है। यह ज्ञात है कि पिघला हुआ पानी अपने बजरी के ठिकानों को नरम करता है और समुद्र की ओर अपने मार्च को तेज करता है। हाल के वर्षों में, अंटार्कटिका के वैज्ञानिकों ने सैकड़ों परस्पर जुड़े हुए खोजे हैं तरल झीलें और नदियाँ बर्फ के भीतर ही खतरा। उन्होंने बर्फ के नीचे तलछट के मोटे घाटियों की तस्वीरें खींची, जिनमें संभवतः पानी के सबसे बड़े जलाशय हैं। लेकिन अब तक, किसी ने भी बर्फ के नीचे तलछट में महत्वपूर्ण मात्रा में तरल पानी की उपस्थिति की पुष्टि नहीं की है, और न ही यह जांच की है कि यह बर्फ के साथ कैसे संपर्क करता है।

अब, एक शोध दल ने पहली बार पश्चिम अंटार्कटिका के गहरे तलछट में सक्रिय रूप से परिसंचारी भूजल की एक विशाल प्रणाली की मैपिंग की है। वे कहते हैं कि ऐसी प्रणालियाँ, संभवतः अंटार्कटिका में आम हैं, अभी तक अज्ञात प्रभाव हो सकते हैं कि जमे हुए महाद्वीप कैसे प्रतिक्रिया करते हैं, या जलवायु परिवर्तन में योगदान कर सकते हैं। शोध को जर्नल में प्रकाशित करें विज्ञान 5 मई 2022 को।

Whillans Ice Stream पर सर्वेक्षण स्थल। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इमेजिंग स्टेशन दो सार्वजनिक क्षेत्रों (पीले निशान) में स्थापित किए गए थे। लाल बिंदुओं द्वारा इंगित अन्य कार्यों को करने के लिए टीम ने व्यापक क्षेत्रों की यात्रा की। एक बड़ा संस्करण देखने के लिए छवि पर क्लिक करें। साभार: सौजन्य क्लो गुस्ताफसन

अध्ययन के प्रमुख लेखक, क्लो गुस्ताफसन, जिन्होंने एक स्नातक छात्र के रूप में शोध किया[{” attribute=””>Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory. “The amount of groundwater we found was so significant, it likely influences ice-stream processes. Now we have to find out more and figure out how to incorporate that into models.”

Scientists have for decades flown radars and other instruments over the Antarctic ice sheet to image subsurface features. Among many other things, these missions have revealed sedimentary basins sandwiched between ice and bedrock. But airborne geophysics can generally reveal only the rough outlines of such features, not water content or other characteristics. In one exception, a 2019 study of Antarctica’s McMurdo Dry Valleys used helicopter-borne instruments to document a few hundred meters of subglacial groundwater below about 350 meters of ice. But most of Antarctica’s known sedimentary basins are much deeper, and most of its ice is much thicker, beyond the reach of airborne instruments. In a few places, researchers have drilled through the ice into sediments, but have penetrated only the first few meters. Thus, models of ice-sheet behavior include only hydrologic systems within or just below the ice.

Coauthor Matthew Siegfried pulls up a buried electrode wire. Credit: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

This is a big deficiency; most of Antarctica’s expansive sedimentary basins lie below current sea level, wedged between bedrock-bound land ice and floating marine ice shelves that fringe the continent. They are thought to have formed on sea bottoms during warm periods when sea levels were higher. If the ice shelves were to pull back in a warming climate, ocean waters could re-invade the sediments, and the glaciers behind them could rush forward and raise sea levels worldwide.

The researchers in the new study concentrated on the 60-mile-wide Whillans Ice Stream, one of a half-dozen fast-moving streams feeding the Ross Ice Shelf, the world’s largest, at about the size of Canada’s Yukon Territory. Prior research has revealed a subglacial lake within the ice, and a sedimentary basin stretching beneath it. Shallow drilling into the first foot or so of sediments has brought up liquid water and a thriving community of microbes. But what lies further down has been a mystery.

2018 के अंत में, एक USAF LC-130 स्की जेट ने लैमोंट डोहर्टी के भूभौतिकीविद् केरी की, कोलोराडो स्कूल ऑफ माइन्स के भूभौतिकीविद् मैथ्यू सिगफ्राइड और पर्वतारोही मेगन सीफर्ट के साथ गुस्ताफसन को मार गिराया। उनका मिशन: सतह पर सीधे रखे गए भूभौतिकीय उपकरणों का उपयोग करके तलछट और उनके गुणों का बेहतर मानचित्रण करना। अगर कुछ गलत हो गया तो किसी भी मदद से दूर, यात्रा के छह भीषण सप्ताह, बर्फ में खुदाई, मशीनरी लगाने, और अनगिनत अन्य काम होंगे।

टीम ने चुंबकीय इमेजिंग नामक एक तकनीक का इस्तेमाल किया, जो ग्रह के वायुमंडल में उत्पन्न प्राकृतिक विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के पृथ्वी में प्रवेश को मापता है। बर्फ, तलछट, ताजा पानी, खारा पानी और आधार विभिन्न डिग्री तक विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का संचालन करते हैं; मतभेदों को मापकर, शोधकर्ता विभिन्न वस्तुओं के एमआरआई जैसे नक्शे बना सकते हैं। टीम ने एक या एक दिन के लिए बर्फ के गड्ढों में अपने उपकरण लगाए, फिर उन्हें खोदा और उन्हें स्थानांतरित कर दिया, अंततः लगभग चालीस स्थानों पर रीडिंग ली। उन्होंने पृथ्वी से निकलने वाली प्राकृतिक भूकंपीय तरंगों का भी पुन: विश्लेषण किया जो एक अन्य टीम द्वारा अंतर्निहित चट्टान, तलछट और बर्फ को चिह्नित करने में मदद करने के लिए एकत्र की गई थीं।

उनके विश्लेषण से पता चला है कि, स्थान के आधार पर, तलछट बर्फ के आधार के नीचे आधा किलोमीटर से लगभग दो किलोमीटर तक फैली हुई है, इससे पहले कि वह शेल से टकराए। उन्होंने पुष्टि की कि तलछट रास्ते में तरल पानी से भर गई थी। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि, अगर पूरी तरह से निकाला जाता है, तो यह 220 से 820 मीटर ऊंचाई तक पानी के स्तंभ का निर्माण करेगा – कम से कम 10 गुना अधिक उथले हाइड्रोलॉजिकल सिस्टम की तुलना में और बर्फ के आधार पर – और संभवतः बहुत अधिक। .

खारे पानी ताजे पानी की तुलना में ऊर्जा का बेहतर संचालन करते हैं, इसलिए वे यह भी दिखाने में सक्षम थे कि भूजल गहराई के साथ खारा हो जाता है। यह समझ में आता है, की ने कहा, क्योंकि माना जाता है कि तलछट बहुत पहले एक समुद्री वातावरण में बनी थी। लगभग 5,000 से 7,000 साल पहले एक गर्म अवधि के दौरान समुद्र का पानी अब तक पहुंच गया है, जो अब व्हिलन द्वारा कवर किया गया क्षेत्र है, जो खारे पानी के साथ तलछट को संतृप्त करता है। जब बर्फ फिर से आगे बढ़ी, तो यह स्पष्ट था कि ऊपर से दबाव और बर्फ के आधार पर घर्षण से पिघलने वाले मीठे पानी को स्पष्ट रूप से ऊपरी तलछट में धकेल दिया गया था। की ने कहा कि वह आज भी छानना और घुलना-मिलना जारी रख सकते हैं।

शोधकर्ताओं का कहना है कि तलछट में ताजे पानी की धीमी निकासी पानी को बर्फ के आधार पर जमा होने से रोक सकती है। यह बर्फ की आगे की गति पर अंकुश के रूप में कार्य कर सकता है। आइस स्ट्रीम लैंडलाइन पर अन्य वैज्ञानिकों द्वारा किए गए माप – वह बिंदु जहां लैंड आइस करंट तैरते हुए आइस शेल्फ से मिलता है – यह दर्शाता है कि वहां का पानी सामान्य समुद्री जल की तुलना में कुछ कम खारा है। यह इंगित करता है कि ताजा पानी तलछट के माध्यम से समुद्र में बहता है, जिससे अधिक पिघले पानी के प्रवेश का रास्ता बनता है, और सिस्टम को स्थिर रखता है।

हालांकि, शोधकर्ताओं का कहना है, अगर बर्फ की सतह बहुत पतली है – जलवायु के गर्म होने की एक अलग संभावना – जल प्रवाह की दिशा उलटी जा सकती है। निलंबित दबाव कम हो जाएगा, और गहरा भूजल बर्फ के आधार की ओर बहना शुरू हो सकता है। यह बर्फ के आधार के स्नेहन को बढ़ा सकता है और इसके आगे की गति को बढ़ा सकता है। (व्हिलांस पहले से ही समुद्र की ओर लगभग 1 मीटर प्रति दिन-ग्लेशियरों के लिए बहुत तेज़ है।) इसके अलावा, यदि गहरा भूजल ऊपर की ओर बह रहा है, तो यह प्राकृतिक रूप से शेल में उत्पन्न भू-तापीय ऊष्मा को दूर ले जा सकता है। यह बर्फ के आधार को पिघला सकता है और इसे आगे बढ़ा सकता है। लेकिन यह कब और किस हद तक होगा, यह स्पष्ट नहीं है।

“आखिरकार, हमारे पास तलछट पारगम्यता पर महत्वपूर्ण सीमाएं नहीं हैं या पानी कितनी तेजी से बह सकता है,” गुस्ताफसन ने कहा। क्या इससे बहुत बड़ा फर्क पड़ेगा जो एक त्वरित प्रतिक्रिया उत्पन्न करेगा? या क्या भूजल बर्फ के प्रवाह की भव्य योजना में एक छोटी भूमिका निभाता है? “

शोधकर्ताओं का कहना है कि उथले तलछट में रोगाणुओं की ज्ञात उपस्थिति एक और शिकन जोड़ती है। यह संभव है कि यह बेसिन और अन्य नीचे बसे हुए थे; और अगर भूजल बढ़ना शुरू हो जाता है, तो यह उस घुले हुए कार्बन को बाहर निकाल देगा जिसका उपयोग ये जीव करते हैं। पार्श्व भूजल प्रवाह तब इस कार्बन में से कुछ को समुद्र में भेज देगा। यह अंटार्कटिका को उस दुनिया में पहले से बिना सोचे-समझे कार्बन स्रोत में बदल देगा, जिसमें वह पहले से ही तैर रहा है। लेकिन सवाल फिर से यह है कि क्या इससे कुछ महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा, गुस्ताफसन ने कहा।

शोधकर्ताओं का कहना है कि नया अध्ययन इन सवालों के जवाब की शुरुआत भर है। उन्होंने लिखा: “गहरे भूजल गतिशीलता के अस्तित्व की पुष्टि ने हिमनद धाराओं के व्यवहार के बारे में हमारी समझ को बदल दिया है, और हमें सबग्लिशियल जल मॉडल को संशोधित करने के लिए मजबूर करेगा।”

अन्य लेखक स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन ऑफ ओशनोग्राफी के हेलेन फ्रिकर हैं, जे। सेंट्रल वाशिंगटन यूनिवर्सिटी के पॉल विनबेरी, तुलाने यूनिवर्सिटी के रयान वेंटोरेली और बिगेलो ओशनोग्राफिक लेबोरेटरी के अलेक्जेंडर मिचौड। क्लो गुस्ताफसन अब स्क्रिप्स में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता हैं।

संदर्भ: क्लो डी. गुस्ताफसन, केरी के, मैथ्यू आर. सिगफ्राइड, जे. पॉल विनबेरी, हेलेन ए फ्रिकर, रयान ए। मई 2022, विज्ञान.
डीओआई: 10.1126 / Science.abm3301