У віддаленому кутку Західної Антарктиди, де крижаний материк стикається з Південним океаном, льодовики не просто повільно тануть. Вони здригаються. Нове дослідження, опубліковане в журналі Geophysical Research Letters, показало сотні так званих льодовикових землетрусів, зосереджених біля закінчення льодовика Твейтса – гігантського масиву льоду, який отримав прізвисько «льодовик Судного дня» через його потенційний вплив на рівень Світового океану.
Що таке льодовикові землетруси і чим вони відрізняються
Льодовикові землетруси – це особливий тип сейсмічних подій, що виникають не внаслідок розломів у надрах Землі, а через рух і руйнування льоду в полярних регіонах. Перші такі події виявили трохи більше ніж двадцять років тому в Гренландії, коли вчені помітили дивні низькочастотні коливання, які не вкладалися в стандартні уявлення про землетруси.
Механізм їхнього виникнення вражаюче «матеріальний». Наприкінці льодовиків, які впадають у море, тої чи іншої миті відколюються високі, відносно тонкі айсберги. Цей процес англійською називають calving – «народженням» айсберга. Після відокремлення крижана брила може перекинутися, тобто «перекинутися через борт»: важка маса льоду розвертається у воді, мов повільно падаюча вежа.
Коли такий айсберг перекидається, він буквально вдаряється об «материнський» льодовик. Удар створює потужні механічні коливання, які поширюються крізь земну кору на тисячі кілометрів. Це й є льодовиковий землетрус.
Незвичність цих подій у тому, що вони майже не генерують високочастотні сейсмічні хвилі, на які налаштовані стандартні методи виявлення землетрусів, вивержень вулканів чи ядерних випробувань. Багато десятиліть наукова спільнота ретельно реєструвала «класичні» землетруси, але льодовикові події залишалися майже невидимими в тлі сейсмічного шуму – просто тому, що їх шукали інструментами, які не розраховані на такі сигнали.
Гренландія як перша лабораторія льодовикових землетрусів
Найперші й найвідоміші льодовикові землетруси відкрили біля закінчень великих гренландських льодовиків. Гренландія – це колосальний крижаний щит, найбільший в Північній півкулі. Її внутрішня частина вкрита льодом завтовшки до кількох кілометрів, а до океану простягаються численні льодовикові язики, які постійно «постачають» айсберги в Північну Атлантику.
Тамтешні льодовикові землетруси виявилися чималими за енергією: найпотужніші з них можна порівняти з вибухами під час ядерних випробувань, які Північна Корея проводила протягом останніх двох десятиліть. Саме тому їх добре фіксує глобальна мережа сейсмічних станцій, створена для моніторингу землетрусів і міжнародного контролю за забороною ядерних тестів.
Кількість таких подій у Гренландії змінюється протягом року: найбільше їх наприкінці літа, коли льодовики найбільш «ослаблені» теплом. До того ж за останні десятиліття ці землетруси стали траплятися частіше. Багато дослідників пов’язують цю тенденцію з посиленим потеплінням у високих широтах, адже полярні регіони нагріваються швидше за середньопланетний темп.
Антарктида: найбільший крижаний материк з дивно малою статистикою
Антарктида – найбільший крижаний щит на Землі. Площа материка більша за площу Європи, а потужність льоду місцями перевищує 4 кілометри. Здавалося б, саме тут і слід очікувати рясних льодовикових землетрусів. Проте протягом багатьох років прямих свідчень саме подій, пов’язаних із перекиданням айсбергів, майже не було.
Попередні спроби знайти їх переважно спиралися на ту саму глобальну мережу сейсмічних станцій, що так добре «бачить» гренландські сигнали. Але якщо антарктичні події слабші за потужністю, то хвилі від них просто «губляться» на глобальному рівні й не виділяються із фонових коливань.
Щоб обійти це обмеження, автор нового дослідження звернувся до даних сейсмічних станцій, розташованих безпосередньо в Антарктиді. Ці пункти вимірювання розгортають наукові програми різних країн: вони зазвичай працюють у надзвичайно суворих умовах, де температура легко падає нижче −40 °C, а бурі можуть тривати днями.
Як виявили понад 360 «крижаних» подій
Аналіз сейсмічних записів за період із 2010 до 2023 року приніс несподіваний результат: вдалося ідентифікувати понад 360 льодовикових сейсмічних подій, більшість із яких досі не входить до жодного офіційного каталогу землетрусів. Виходить, що Антарктида «шумить» значно активніше, ніж прийнято було вважати.
Землетруси утворили два чіткі скупчення – неподалік льодовиків Твейтса та Пайн-Айленд (Pine Island). Обидва ці льодовики, що впадають у море Амундсена в Західній Антарктиді, давно перебувають у фокусі гляціологів: вони є серед найважливіших джерел підвищення рівня моря від антарктичного льодовикового щита.
Для кращого розуміння масштабу: море Амундсена – це частина Південного океану, що омиває західний берег Антарктиди. У його холодних, багатих на течії водах зустрічаються айсберги розміром з міста, а тепліші глибинні водні маси, що проникають до основи льодовиків, прискорюють їх танення «знизу».
Льодовик Твейтса: чому його називають «льодовиком Судного дня»
Льодовик Твейтса – один із найбільш досліджуваних льодовиків планети. Він розташований у Західній Антарктиді і сягає за площею приблизно розміру Великої Британії. За розрахунками, його повне руйнування могло б підняти рівень Світового океану приблизно на 3 метри. І це без урахування того, що втрата Твейтса може потягнути за собою нестійкість сусідніх ділянок льодового щита.
Через таку вразливість його й називають «льодовиком Судного дня». Це, звісно, медіальне, а не наукове означення, але воно влучно передає масштаб можливих наслідків. На льоди Твейтса давно звертає увагу Міжнародне співробітництво з дослідження Твейтса (Thwaites Glacier Collaboration), у якому беруть участь, зокрема, Британська антарктична служба та Національний науковий фонд США. Дослідники вивчають, як океанічні течії, теплі глибинні води та форма морського дна впливають на його стабільність.
З понад 360 виявлених льодовикових подій 245 – тобто близько двох третин – були зосереджені саме біля морського завершення льодовика Твейтса. Автор роботи робить висновок, що більшість цих сигналів пов’язані з перекиданням айсбергів, які відколюються від кромки льоду.
Не сезон, а швидкість руху льоду
На відміну від Гренландії, де кількість льодовикових землетрусів виразно прив’язана до пори року й до потепління літнього повітря, ситуація на льодовику Твейтса виявилася іншою. Найактивнішим став період із 2018 до 2020 року, і ця активність не збіглася просто з сезонними коливаннями температури.
Замість цього частіші землетруси співпали з прискоренням руху так званого льодового язика Твейтса – довгого виступу льоду, що плаває на поверхні моря, але все ще прикріплений до основного льодовика. Супутникові спостереження підтвердили, що в ці роки швидкість «сповзання» льоду до моря істотно зросла. Такі оцінки отримують, зокрема, за допомогою радіолокаційних супутникових місій, які здатні вимірювати переміщення поверхні з точністю до сантиметрів.
Ймовірно, саме прискорення руху льоду зробило відколювання та перекидання айсбергів інтенсивнішим, а значить – збільшило й кількість льодовикових землетрусів. Причину цього прискорення пов’язують з умовами в океані: формою й мінливістю теплих течій, температурою та солоністю води, яка підтікає під лід, але ці процеси все ще залишаються недостатньо вивченими.
Океан як невидимий режисер льодовикових катастроф
Результати дослідження натякають, що стан океану здатен впливати на стійкість льодовиків, які закінчуються в морі, не лише на масштабі століть, а й на набагато коротших проміжках часу – від кількох років до десятиліття. Якщо тепліші води проникають ближче до основи льодовика, вони послаблюють кригу знизу, полегшуючи її рух і відрив айсбергів.
Такі зміни можуть відбуватися доволі швидко й призводити до періодів, коли льодовик стає особливо «нервовим»: рух льоду прискорюється, фронт стає більш розбитим, а сейсмічні станції реєструють серії льодовикових землетрусів. Для дослідників це своєрідний «серцевий ритм» льодовика, за яким можна судити про його стан.
Загадкові події біля льодовика Пайн-Айленд
Другий великий кластер сейсмічних сигналів виявили поблизу льодовика Пайн-Айленд. Це ще один потужний льодовик Західної Антарктиди, який також стікає в море Амундсена. Разом із Твейтсом він формує своєрідні «ворота», через які з льодового щита в океан надходить значна частина льоду, що зрештою сприяє підвищенню рівня моря.
Проте події в цій зоні виявилися менш очевидними для інтерпретації. Сейсмічні джерела розташовані приблизно за 60-80 кілометрів углиб від узбережжя, тобто надто далеко від фронту льодовика, де відбувається масове відколювання айсбергів. Така відстань робить малоймовірним сценарій із перекиданням айсбергів як головною причиною.
Що саме відбувається в цій внутрішній частині льодовика, наразі невідомо. Можливо, йдеться про розломи й раптові зсуви в товщі льоду, або про взаємодію льодовика з рельєфом скелястої основи, на якій він «ковзає». Проте ці припущення потребують додаткових спостережень: і сейсмічних, і супутникових, і, потенційно, даних з автономних роботизованих станцій на поверхні льоду.
Як льодовикові землетруси допомагають зрозуміти майбутнє рівня моря
Вивчення землетрусів біля льодовика Твейтса – не просто цікава деталь сейсмології. Вона має прямий стосунок до прогнозів того, як швидко підніматиметься рівень Світового океану у найближчі століття. Сьогодні оцінки внеску Західної Антарктиди до цього процесу сильно різняться: від відносно помірних сценаріїв до таких, що передбачають дуже різке підвищення рівня моря.
Головна складність полягає в розумінні того, наскільки нестійкою є система «океан – лід – тверде дно» в зоні, де льодовик зустрічається з морем. Для багатьох антарктичних льодовиків характерна так звана «морська» конфігурація: їхня основа лежить нижче рівня моря, причому часто на схилі, що заглиблюється вглиб материка. У такій геометрії навіть невелике відступання лінії, де лід спирається на дно, може запустити лавиноподібне розвантаження льоду в океан.
Льодовикові землетруси тут стають природними індикаторами: вони фіксують моменти, коли льодовик втрачає великі маси льоду у вигляді айсбергів або переживає різкі перестановки у своїй внутрішній структурі. Зіставлення сейсмічних подій з даними супутників про швидкість руху льоду, зміну форми фронту й температурний стан океану дає змогу будувати точніші моделі поведінки льодовиків.
Саме такі моделі потрібні, щоб звузити діапазон невизначеності в прогнозах підвищення рівня моря. Для прибережних міст – від Роттердама й Венеції до Шанхая, Мумбаї чи Маямі – це питання не лише науки, а й довгострокового планування інфраструктури та безпеки мільйонів людей.
Новий етап антарктичної сейсмології
Автори дослідження підкреслюють: виявлення сотень льодовикових землетрусів біля льодовика Твейтса – лише початок. Тепер, коли відомо, що такі події справді відбуваються й що їх можна надійно фіксувати з використанням регіональних сейсмічних мереж, постає ціла низка запитань.
Серед них – наскільки стійкою є нинішня конфігурація льодовика, чи існують «пороги», після яких його відступання може різко прискоритися, і яку роль у цьому відіграють зміни в океанських течіях. Ще одне важливе завдання – зрозуміти, що саме спричиняє загадкові сейсмічні події у внутрішніх районах льодовика Пайн-Айленд. Для цього, ймовірно, знадобиться розгортання додаткових сейсмічних станцій і поєднання їхніх даних з іншими вимірюваннями – від радіолокаційної зйомки до буріння льоду.
Антарктида тривалий час вважалася «мовчазним» континентом, де головні розповідачі про зміни – це супутникові знімки й льодові керни, які зберігають кліматичну історію минулого. Тепер до цих джерел додається ще один «голос» – глибоке низькочастотне гуркотіння льодовикових землетрусів, що дає змогу зазирнути у процеси, які раніше лишалися майже невидимими.
