南極における海面上昇を理解するうえで、氷の流動の物理学は鍵となる、と研究者らは述べています。
このプロセスを理解するための主要な方程式は、1958年に開発された「グレン流動則」です。
氷河や氷床は近づきがたく遠隔地にあるため、最近まで現地での研究はそれほど多く行われてきませんでした。
衛星画像を用いた新たな分析により、研究者らは氷河の基礎的な物理プロセスと、それが海面に与える影響について理解を深めることができました。
マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者らによる新たな研究によると、氷河の氷の流動速度は、従来計算されていたよりも応力に敏感であることが分かりました。この研究は、氷の流動を記述するために数十年前から使われてきた方程式を覆すものです。
ここでいう応力とは、南極の氷河に作用する力のことで、主に、氷を低い標高へと引き下げる重力の影響を受けています。粘性のある氷河の氷は、「まさに蜂蜜のように」流れます。研究の筆頭著者で、氷河力学・リモートセンシング研究グループの博士課程学生であるジョアンナ・ミルスタイン氏は、次のように説明します。「トーストの中央に蜂蜜を絞り出すと、そこに盛り上がってから外側へにじみ出ますが、それが氷で起きているのとまったく同じ動きなのです。」
ミルスタイン氏と同僚らが提案した方程式の改訂は、氷河の氷の流動を予測するモデルの精度を高めるはずです。これにより、氷河学者は南極の氷の流動が今後の海面上昇にどのように寄与しうるかを予測しやすくなるかもしれません。ただし、ミルスタイン氏は、この方程式の変更によって、気候変動モデルでこれまでに予測されている最大レベルを超えて海面上昇の推定値が引き上げられる可能性は低いと述べています。
「南極からの海面上昇に関する私たちの不確実性のほぼすべては、氷の流動の物理学に関係しています。ですから、この研究が、その不確実性を抑える指標になることを期待しています」と彼女は述べています。
この論文の他の著者は、『Nature Communications Earth and Environment』に掲載されており、MITの地球・大気・惑星科学部のセシル・アンド・アイダ・グリーン・キャリア開発教授であるブレント・ミンチュー氏と、リーズ大学のユニバーシティ・アカデミック・フェローであるサミュエル・ペグラー氏が含まれます。
ビッグデータの利点
問題の方程式は「グレン流動則」と呼ばれ、粘性のある氷の流動を記述するために最も広く使われている方程式です。ミルスタイン氏によれば、この方程式は1958年に英国の科学者J.W.グレン氏によって開発されたもので、同氏は1950年代に氷の流動の物理学に取り組んでいた数少ない氷河学者の一人でした。
最近まで、この分野で研究する科学者は比較的少なく、大規模な氷河氷床の多くは遠隔地にあり近づきにくかったため、グレン流動則を実験室の外で較正する試みはほとんどありませんでした。今回の研究では、ミルスタイン氏と同僚らが、南極の棚氷（大陸の氷床が海上に張り出した浮体部分）上空で得られた新たな大量の衛星画像を活用し、流動則の応力指数を改訂しました。
「2002年に、南極のこの大きな棚氷［ラーセンB棚氷］が崩壊しましたが、その崩壊について今手元にあるのは、1か月間隔で撮影された2枚の衛星画像だけです。現在では、同じ地域の画像を6日ごとに取得できます」と彼女は述べています。
新たな分析では、「南極の最も動的で、最も速く変化している地域における氷の流動、つまり、大陸氷の内陸部を基本的に押さえ込み、包み込んでいる棚氷の流動は、一般に想定されているよりも応力に敏感である」ことが示されています、とミルスタイン氏は述べています。同氏は、衛星データの蓄積が進めば、将来の南極における急速な変化を捉えることができ、氷河の基礎的な物理プロセスへの理解も深まると期待しています。
しかし、研究者らによれば、氷の流動に影響を与えるのは応力だけではありません。流動則の方程式の他の要素は、温度、氷の粒径と配向、そして氷に含まれる不純物や水分の違いを表しており、これらはすべて流速を変化させる可能性があります。ミルスタイン氏は、温度などの要因は、将来、氷の流動が海面上昇にどのように影響するかを理解するうえで特に重要になりうると述べています。
ひずみによる亀裂
ミルスタイン氏と同僚らは、氷床の崩壊の力学も研究しています。これは、氷の流動の問題を理解するために用いられる物理モデルとは異なるモデルを必要とします。「現在、ひずみ速度の観測を用いて取り組んでいるのは、氷の亀裂と破壊です」とミルスタイン氏は述べています。
研究者らは、衛星によって収集された地球表面のレーダー画像であるInSAR（合成開口レーダー干渉法）を用いて、氷床の変形を観測しています。この変形は、ひずみを精密に測定するために利用できます。ひずみ速度が高い氷の領域を観測することで、クレバスや裂け目が進展して崩壊を引き起こす速度をより深く理解することを目指しています。
この研究は、米国国立科学財団の支援を受けて行われました。
