Tässä blogikirjoituksessa tarkastellaan yksityiskohtaisesti, miten Länsi-Antarktiksen alueen korkeat meren lämpötilat ja merivirrat keskittävät lämmintä vettä pienten jäähyllyjen alle kiihdyttäen sulamista, ja mitä tämä ilmiö merkitsee jäähyllyjen muutoksille koko Etelämantereella.
Etelämantereen mantereella on valtava määrä jäätä, joka sulaessaan kokonaan nostaisi maailman merenpintaa noin 57 metriä. Tästä jäästä jäähyllyt tarkoittavat rakenteita, joissa massiivinen, useita kilometrejä paksu maata peittävä jääpeite liikkuu painovoiman vaikutuksesta kohti rannikkoa, ja osa siitä ulottuu maan ylle ja kelluu merellä. Noin 75 % Etelämantereen rannikosta on tällaisten jäähyllyjen peitossa, joiden paksuus vaihtelee 100 metristä 1 000 metriin alueesta riippuen. Jäähyllyjen massan muutos ajan myötä liittyy läheisesti ilmaston lämpenemiseen, ja sitä pidetään keskeisenä tekijänä ilmastonmuutostutkimuksessa. Jäähyllyiltä häviämisen aiheuttavien tekijöiden joukossa jäävuorina irtoavan jään määrä on suhteellisen hyvin havaittavissa. Tiedot siitä, kuinka paljon jäätä sulaa ja katoaa jäähyllyn alapuolelta lämpimän meriveden vaikutuksesta, ovat kuitenkin pitkään olleet niukkoja. Tämä johtuu siitä, että jäähyllyn alapuolelle on erittäin vaikea päästä käsiksi. Viime aikoina Etelämantereen ympärillä tapahtuneet tuulimallien muutokset ovat mahdollistaneet lämpimämmän syvän veden tunkeutumisen jäähyllyjen alle, mikä lisää tarvetta tämän prosessin tarkoille mittauksille. Jäähyllyn pohjan sulaminen vaikuttaa suoraan merenpinnan nousuun Etelämantereen ympärillä.
Jäähyllyn kokonaismassa määräytyy neljän tekijän perusteella. Ensinnäkin mantereelta virtaavan jään määrä jäähyllyn muodostamiseksi on keskeinen tekijä, joka lisää sen massaa. Toiseksi jäähyllyn pinnalle kertyvän lumen määrä vaikuttaa myös sen kasvuun. Toisaalta jäävuorina irtoavan ja mereen ajautuvan jään määrä vähentää jäähyllyn massaa. Samoin lämpimän meriveden vaikutuksesta jäähyllyn pohjalta sulavan jään määrä pienentää jäähyllyä. Jäähyllyn massan kokonaismuutos lasketaan näiden neljän tekijän vuorovaikutuksen perusteella. Vasta äskettäin satelliittidatan kertymisen myötä näitä elementtejä on voitu analysoida tarkasti.
Jäähyllyä muodostavan maalta virtaavan jään määrä lasketaan mittaamalla jään virtausnopeus ja paksuus jäähyllyn ja maan rajalla. Jään virtausnopeus voidaan laskea senttimetrin tarkkuudella vertaamalla kahta satelliittien säännöllisin väliajoin ottama tutkakuvaa. Jään paksuus lasketaan mittaamalla veden pinnalla kelluvan jään korkeus satelliittikorkeusmittareilla ja ottamalla sitten huomioon jään ja meriveden tiheyserosta johtuva kelluvuus.
Jäähyllylle kertyvän lumen määrä lasketaan yhdistämällä kairauksista saatuja jääkairanäytteitä ilmastonennustemalleihin, mikä saavuttaa suhteellisen korkean tarkkuuden. Jäävuorina menetettävän jään määrä voidaan mitata jäävuoren pinta-alan ja paksuuden perusteella. Käytännössä seuranta on kuitenkin vaikeaa, koska jäävuoret liikkuvat nopeasti ja sulavat nopeasti merivedessä, mikä tekee tarkasta kvantifioinnista haastavaa. Siksi tutkijat laskevat jäävuorten poikimisesta johtuvan massahäviön epäsuorasti mittaamalla jään nopeuden ja paksuuden vertailulinjalla useita kilometrejä sisämaahan jäähyllyn reunasta. Jäähyllyn kokonaispinta-alan ja paksuuden muutoksia käytetään jäähyllyn massan kokonaiskasvun tai -laskun määrittämiseen, mikä mahdollistaa myös jäähyllyn pohjalta sulavan ja poistuvan jään määrän arvioinnin.
Tutkimustulokset osoittavat, että maalta koko Etelämantereen jäähyllylle vuoden aikana toimitetun jään määrä oli noin 2.049 biljoonaa tonnia, kun taas jäähyllyn pinnalle kertyneen lumen määrä oli noin 444 miljardia tonnia. Jäävuorten irtoaessa jäähyllyistä jään menetys oli puolestaan noin 1.321 biljoonaa tonnia, kun taas lämpimän meriveden vaikutuksesta jäähyllyn pohjalla sulaneen jään menetys oli noin 1.454 biljoonaa tonnia. Lopulta koko Etelämantereen jäähyllyjärjestelmä koki vuosittain noin 282 miljardin tonnin massahävikin. Näistä menetyksistä jäähyllyn pohjan sulaminen muodosti keskimäärin 52 %, mutta alueelliset erot olivat merkittäviä, vaihdellen vähintään 10 %:sta enintään 90 %:iin.
Analyysi, jossa Etelämantereen vedet jaettiin neljään pituusasteen mukaiseen vyöhykkeeseen, paljasti, että pienillä jäähyllyillä, kuten Pine Islandin ja Crozin jäähyllyillä Länsi-Antarktiksella, jäähyllyn pohjan sulaminen oli keskimäärin 74 %. Sitä vastoin muilla alueilla sulamisprosentti oli yleensä noin 40 %. Huomionarvoista on, että Filchner–Ronnen jäähyllyllä (joka ulottuu Pohjois- ja Lounais-Antarktiksen alueelle) ja Rossin jäähyllyllä (Etelä-Antarktis), jotka yhdessä tuottavat noin kolmanneksen kaikista Etelämantereen jäävuorista, jäähyllyn pohjan sulamisen osuus oli hyvin alhainen, vain 17 %.
Kymmenen suurinta jäähyllyä, jotka peittävät 91 % Etelämantereen jäähyllypinta-alasta, kattavat vain noin puolet Etelämantereen jäähyllyn pohjan sulamistilavuudesta. Loput puolet sulamistilavuudesta tapahtuu pienillä jäähyllyillä, jotka peittävät vain 9 % kokonaispinta-alasta. Tämä ilmiö johtuu siitä, että pienet jäähyllyt keskittyvät Länsi-Antarktiksen suhteellisen lämpimämpiin vesiin. Siksi aiemmissa tutkimuksissa käytetty lähestymistapa – yksinkertaisesti ekstrapoloimalla suurille jäähyllyille keskittynyttä dataa suhteessa pinta-alaan – todennäköisesti yliarvioi merkittävästi Etelämantereen jäähyllyn pohjan sulamistilavuuden.
Tarkasteltaessa jäähyllyn pohjan sulamismäärää pinta-alayksikköä kohti Etelämantereen keskiarvo oli noin 0.81 metriä vuodessa. Alueelliset vaihtelut olivat kuitenkin huomattavia, vaihdellen 0.07 metristä enimmillään 15.96 metriin. Länsi-Antarktiksen pienet jäähyllyt sulaivat erittäin nopeasti, kun taas muiden alueiden suuret jäähyllyt sulaivat suhteellisen hitaasti. Nämä erot johtuvat jäähyllyjen alla olevan topografian ja meriveden lämpötilarakenteen monimutkaisesta vuorovaikutuksesta. Sulaminen on erityisen voimakasta lähellä maata olevien jäähyllyjen alla, kun taas meriveden jäätyminen itse asiassa lisääntyy etäisyyden kasvaessa maasta. Nämä havainnot vahvistavat, että Etelämantereen jäähyllyjen jäänalaisessa sulamisessa tapahtuu merkittäviä eroja paikallisten olosuhteiden ja meriympäristön mukaan ja että sillä on ratkaiseva vaikutus maailmanlaajuiseen merenpinnan nousuun ja ilmastojärjestelmään.
