Acceleration of Antarctica glaciers at high subglacial heat flow

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

High subglacial heat flow and volcanic activity in West Antarctica contribute to instability and accelerated flow into the ocean of the West Antarctic ice sheet. In this case, a catastrophic rise in sea level by tens of centimeters – the first meters can occur in a very short geological time (years-decades) due to the rapid sliding of large masses of ice in West Antarctica into the ocean. If the Pine Island (50 cm sea level rise) or Thwaites (65 cm sea level rise) glaciers slide into the ocean, the West Antarctic Ice Sheet will lose support from these glaciers and may begin to collapse. In this case, the sea level will rise by a few meters. Based on Glen’s rheological law for a two-dimensional model of the movement of ice as a nonlinear viscous fluid, the flow velocities of a 3000 m thick glacier were calculated under conditions of adhesion to the bed (~20 m/year) and under conditions of sliding along the bedrock when the lower edge of the glacier melts due to increased heat flow from below (~3000 m/year). These velocities are in good agreement with the velocities of the Pine Island, Thwaites, Amery, Denman and Totten glaciers. The rapid movement of some outlet glaciers in East Antarctica is also likely caused by melting of their bases, suggesting increased subglacial heat flow in these areas of East Antarctica.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. I. Lobkovsky

P.P. Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: aabaranov@gmail.com

Academician of the RAS

Russian Federation, Moscow

А. А. Baranov

Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: aabaranov@gmail.com
Russian Federation, Moscow

M. M. Ramazanov

Geothermal Research and Renewable Energy – Branch of Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences

Email: aabaranov@gmail.com
Russian Federation, Makhachkala

References

  1. Lobkovsky L. I. Seismogenic-triggering mechanism of gas emission activizations on the Arctic shelf and associated phases of abrupt warming // Geosciences. 2020. V. 10. P. 428.
  2. Lobkovsky L. I., Baranov A. A., Ramazanov M. M., Vladimirova I. S., Gabsatarov Y. V., Semiletov I. P., Alekseev D. A. Trigger Mechanisms of Gas Hydrate Decomposition, Methane Emissions, and Glacier Breakups in Polar Regions as a Result of Tectonic Wave Deformation // Geosciences. 2022. V. 12. P. 372.
  3. Rignot E., Mouginot J., Scheuchl B., van den Broeke M., van Wessem M. J., Morlighem M. Four decades of Antarctic Ice Sheet mass balance from 1979–2017 // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019. V. 116. P. 1095–1103.
  4. Ruppel C. D., Kessler J. D. The interaction of climate change and methane hydrates // Rev. Geophys. 2017. V. 55. P. 126–168.
  5. Morlighem M., Rignot E., Binder T., Blankenship D., Drews R., Eagles G., Eisen O., Ferraccioli F., Forsberg R., Fretwell P., et al. Deep glacial troughs and stabilizing ridges unveiled beneath the margins of the Antarctic ice sheet // Nat. Geosci. 2020. V. P. 13, 132–137.
  6. Baranov A., Morelli A. The structure of sedimentary basins of Antarctica and a new three-layer sediment mo-del // Tectonophysics. 2023. V. 846. P. 299–313.
  7. Баранов А. А., Лобковский Л. И., Бобров А. М. Глобальная геодинамическая модель современной Земли и ее приложение для Антарктиды // Доклады Академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 512. № 1. С. 100–105.
  8. Lösing M., Ebbing J., Szwillus W. Geothermal heat flux in Antarctica: Assessing models and observations by Bayesian inversion // Front. Earth Sci. 2020. V. 8. P. 105.
  9. van Wyk de Vries M., Bingham R., Hein A. A new volcanic province: an inventory of subglacial volcanoes in West Antarctica // Geol. Soc. Spec. Publ. 2018. V. 461. P. 231.
  10. Баранов А. А., Лобковский Л. И. Глубочайшие впадины на суше в Антарктиде как результат кайнозойской активизации рифтогенеза // Доклады Академии наук. Науки о Земле. 2024. Т. 514. № 1. С. 50–55.
  11. Голынский Д. А., Голынский А. В. Рифтовые системы Восточной Антарктиды – ключ к пониманию распада Гондваны // Региональная геология и металлогения. 2012. № 52. C. 58–72.
  12. Голынский А. В., Голынский Д. А. Рифтовые системы в тектонической структуре Восточной Антарктиды // Научные результаты российских геолого-геофизических исследований в Антарктике. Вып. 2. СПб. 2009. С. 132–162.
  13. Масолов В. Н., Куринин Р. Г., Грикуров Г. Э. Глубинное строение рифтовых зон Антарктики и их роль в тектонической структуре земной коры // 25 лет Советской антарктической экспедиции. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. С. 16–29.
  14. Каменев Е. Н., Лейченков Г. Л. Структурная карта Антарктики м-ба 1:25 500 000 с объяснительной запиской. Геолого-минерагеническая карта Мира м-ба 1:30 000 000 (Ред. Красный Л. И. и др.). СПб: ВСЕГЕИ, 2000.
  15. Сущевская Н. М., Мигдисова Н. А., Антонов А. В., Крымский Р. Ш., Беляцкий Б. В., Кузьмин Д. В., Бычкова Я. В. Геохимические особенности лампроитовых лав четвертичного вулкана Гауссберг (Восточная Антарктида) – результат влияния мантийного плюма Кергелен // Геохимия. 2014. № 12. С. 1–21.
  16. Loose B., Naveira Garabato A. C., Schlosser P., Jenkins W.J., Vaughan D., Heywood K. J. Evidence of an active volcanic heat source beneath the Pine Island Glacier // Nat. Commun. 2018. V. 9. P. 2431.
  17. Dziadek R., Ferraccioli F., Gohl K. High geothermal heat flow beneath Thwaites Glacier in West Antarctica inferred from aeromagnetic data // Communication Earth Environment. 2021. V. 2 P. 162.
  18. Pattyn F. Sea-level response to melting of Antarctic ice shelves on multi-centennial timescales with the fast Elementary Thermomechanical Ice Sheet model (f.ETISh v1.0) // The Cryosphere. 2017. V. 11. P. 1851–1878.
  19. Lobkovsky L. I., Baranov A. A., Garagash I. A., Ramazanov M. M., Vladimirova I. S., Gabsatarov Y. V., Alekseev D. A., Semiletov I. P. Large Earthquakes in Subduction Zones around the Polar Regions as a Possible Reason for Rapid Climate Warming in the Arctic and Glacier Collapse in West Antarctica // Geosciences. 2023. V. 13. P. 171.
  20. Епифанов В. П. Физическое моделирование режимов движения ледников // Лед и Снег. 2016. Т. 56. № 3. С. 333–344.
  21. Feldmann J., Levermann A. Collapse of the West Antarctic Ice Sheet after local destabilization of the Amundsen Basin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015. V. 112. P. 14191–14196.
  22. Лобковский Л. И., Баранов А. А., Владимирова И. С., Алексеев Д. А. Сильнейшие землетрясения и деформационные волны как возможные триггеры потепления климата в Арктике и разрушения ледников в Антарктике // Вестник РАН. 2023. Т. 93. № 6. С. 526–538.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Relief of the Antarctic bedrock according to the BEDMACHINE model [5]. The red line is the profile from the South Pole to the Thwaites Glacier. Volcanoes are marked with black dots. The numbers indicate fast–moving glaciers: 1 - Pine Island; 2 – Thwaites; 3 – Amery; 4 – Scott and Denman; 5 – Vanderfort and Totten; 6 – Wilkes.

Download (574KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Bedrock profiles and ice topography from the South Pole to the coastline of Thwaites Glacier.

Download (203KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences