Gigantische "spons" met grondwater gevonden onder ijsstroom in Antarctica

IJsstromen, een soort van gletsjers, kan je vergelijken met de bloedvaten van een ijsmassa: het zijn gangen van “snel” bewegend ijs (ze verplaatsen zich zo'n 800 meter per jaar) die ervoor zorgen dat binnenlands ijs beweegt richting de rand. Via die ijsstromen belanden ijs en sedimenten (door water of ijs getransporteerd grind, klei, zand...) in de oceaan. 

“IJsstromen zijn belangrijk omdat ze ongeveer 90 procent van het ijs op Antarctica van het binnenland naar de rand vervoeren”, zegt onderzoeker Chloe Gustafson van het UC San Diego’s Scripps Institution of Oceanography. Die beweging komt voort uit het gewicht van het ijs zelf, maar ook door oppervlakkige waterstromen net onder dat ijs. Als er water ónder die ijsstromen zit, kan dat invloed hebben op hoe dat ijs precies stroomt, en hoe het dus mogelijk van het continent wordt weggevoerd tot in de oceaan.  

Toch vermoedden wetenschappers al lang dat er ook diepere processen een rol spelen. In een studie gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Science rapporteren onderzoekers nu voor het eerst bewijs van grondwater van wel een kilometer diep ónder de ijsmassa, tussen poreus gesteente, als een gigantische "spons". Dat grondwater kan niet alleen impact hebben op de beweging van de ijsstroom, maar kan ook implicaties hebben voor de klimaatverandering.

In 2018 trokken onderzoekers van het Scripps Polar Center en de Columbia Universiteit erop uit naar de "Whillans Ice Stream", een achthonderd meter dikke ijsstroom in West-Antarctica, om te onderzoeken of er, diep onder het ijs, grondwater te vinden was. 

De techniek die de onderzoekers daarvoor gebruikten, was niet nieuw, maar de toepassing ervan wel. Magnetotellurisch (of kortweg MT) onderzoek is een alternatief voor diep “seismisch” onderzoek. Met die elektromagnetische techniek bestuderen onderzoekers hoe de geleiding van een elektromagnetisch veld is in de ondergrond, om te bepalen welk gesteente er aanwezig is. Of in dit geval dus dat er dikke sedimentlagen onder het ijs en de sneeuw zitten, waarin grondwater aanwezig is.

Het verschil met andere meettechnieken waarmee al water onder de Antarctische ijsmassa werd opgemerkt, is dat deze meting over de eerste vijf kilometer onder de bodem gaat. Andere technieken die wel al in de regio gebruikt werden om oppervlakkig water op te sporen, kunnen maar metingen opleveren doorheen een ijslaag van maximum 350 meter, terwijl de Whillans ijsstroom op zich al 800 meter dik is.

De magnetotellurische techniek werd wel al gebruikt in Antarctica, maar dan voor onderzoek naar de aardkorst, dieper dan 10 kilometer. Daardoor konden wetenschappers ervan uitgaan dat de techniek ook werkt in een omgeving met ijs en sneeuw, om ze vervolgens uit te proberen voor waarnemingen als deze. Het is dus de eerste keer dat er dieper dan een paar honderden meters, maar minder diep dan tien kilometer een dergelijk onderzoek gebeurt.

Om de studie op te zetten, hielden ze enkele weken kamp in gure omstandigheden, zetten 44 magnetotellurische passieve meetstations op, en nog andere apparatuur om de beeldvorming mogelijk te maken. Hieronder zie je beelden van dat proces.

Uit de metingen bleek dat er inderdaad grondwater in sedimenten (gesteente zoals grind, zand, ...) onder die stroom zit. Véél water, volgens de onderzoekers: tien keer meer dan in het meer dat erboven zit. “Het Empire State Building is ongeveer 420 meter hoog”, vergelijkt de Amerikaanse Gustafson. “Als je het water dat wij ontdekten zou verzamelen in een meer, zou dat meer aan de ene kant zo diep zijn als de helft van dat gebouw, en aan de andere kant zo diep als twéé zulke gebouwen”.  Subglaciale meren in die regio zijn gewoonlijk twee tot vijftien meter diep. Dit volume water is dus veel groter, en is verspreid in een grote oppervlakte poreus gesteente, dat fungeert als een soort gigantische "spons" van een halve kilometer tot twee kilometer dik.

“We wisten al uit eerder onderzoek dat er water moest zitten onder de ijsstromen in West-Antarctica", legt Philippe Huybrechts, professor geografie aan de Vrije Universiteit Brussel, uit. Dat noemt men subglaciaal water. "Men had ook al in die ijsstromen in die regio geboord en daar bleek slijk onder te zitten waarover die ijsstromen gleden", "Maar onder die slijklaag van een tiental meter zitten nog kilometers dikke sedimenten. Grondwater zo diep in de onderliggende lagen, dat was nog niet waargenomen. En dat is belangrijk omdat dat diep water in contact staat met de slijklaag en dus mee kan verklaren waarom die ijsstromen zo snel stromen. Veel sneller dan je zou verwachten", aldus Huybrechts.

Dat zegt ook coauteur van de studie Helen Amanda Fricker: "Mogelijk grondwater onder Antarctica was een hypothese om te begrijpen hoe onze planeet werkt, maar we konden het nog nooit meten".  In deze studie bespreken de auteurs enkel het gebied onder deze specifieke ijsstroom, maar ze vermoeden dat dit fenomeen ook te zien zal zijn onder andere Antarctische ijsstromen.

Met de meettechniek kan ook het verschil tussen zoet en zout water opgemerkt worden, want zoutoplossingen geleiden beter dan water zónder zout. En wat blijkt: het water in het gesteente is zoet aan de oppervlakte, dicht bij de ijsstroom, en bijzonder zout op z'n diepste punt. Dat leidde tot de hypothese dat er 5.000 tot 7.000 jaar geleden waarschijnlijk zeewater in het grondwatersysteem is gelopen, in een warme periode waarin de ijskap minder ver reikte. Wanneer de ijskap dan weer aangroeide, werd het zoute water afgesloten als grondwater onder de ijsstroom, als een deksel op een pot met slijk, zo zeggen de onderzoekers. En zout water kan wel eens extra impact hebben op de ijsstromen en de beweging ervan: het bevriest minder snel.

Maar er is nog een reden waarom deze ontdekking van belang is. Het feit dat er subglaciaal grondwater aanwezig is, zou ook impact kunnen hebben op hoeveel CO₂ er in de oceaan terechtkomt. In subglaciale meren zitten microben bovenop het sediment, die koolstof omzetten in de broeikasgassen methaan en  CO₂. Bovendien kan het ijs nog sneller smelten en stromen als het diepe en warmere grondwater naar boven wordt geduwd, ook door de opwarming en het dunner wordende ijs. Wat het effect van zowel de beweging als deze extra broeikasgassen precies zal zijn, is voorlopig nog niet duidelijk.