TOPOGRAPHIC BARRIERS CONTROLLING WARM WATER INFLOW AND ANTARCTIC ICE SHELF MELTING

De flytende isbremmene rundt Antarktis smelter i økende tempo, primært fordi "varmt" vann (over frysepunktet) føres med havstrømmene fra dyphavet og opp på kontinentalsokkelen rundt Antarktis, hvor det kommer i kontakt med undersiden av isbremmer. For å nå inn under isbremmene må dette vannet passere to topografiske barrierer: kontinentalskråningen og isbremfronten. Havstrømmene som styres av topografien har vanskelig for å krysse disse barrierene. I TOBACO studerer vi prosesser som fører varmt vann opp på kontinentalsokkelen og inn under isbremmene. Vi studerer i hovedsak innstrømmingen i dype renner som når helt fra kontinentalskråningen og inn under isbremmer. Laboratorieforsøk med idealisert topografi representativ for en renne på tvers av kontinentalsokkelen og en isbremfront ble utført i en roterende Coriolis-tank ved LEGI, Grenoble. Barotrope og barokline strømmer ble initialisert, og vi studerte vekselvirkninger mellom strøm og topografi. Resultat fra kontinentalskråningen: I eksperimentene fant vi at den grunne barokline kyststrømmen ankommer kontinentalsokkelen i langs kysten, mens den barotrope strømmen føres opp på kontinentalsokkelen via rennen. Disse resultatene er inkludert i PhD-avhandlingen til L. Vignes (LOCEAN) (juni, 2021). For å studere hvordan strømmen langs kontinentalskråningen påvirkes av renna ble målerigger plassert i renna i 2017, og hentet inn og satt ut igjen under Polarstern tokt 2021. Under 2021-toktet bidro vi til å sette ut 10 sel-tagger (Pangea, 2022). I november 2021 arrangerte vi en workshop hvor vi inviterte partnere som har data fra samme område og tidsperiode. Analyse av disse og tidligere data fra området viser en lengre periode med varm innstrømming I 2017 (GRL, 2020), at den varme innstrømmingen styrkes av kald utstrømming (I revisjon, Nat. Comms), at temperaturen til det varmeste vannet over skråningen økte I 2020 (under utarbeidelse). Disse datene har gitt forbedret forståelse av strukturen og variabliteten til den Antarktiske kontinentalskrånings fronten I området (under utarbeidelse). En regional modell (ROMS) satt opp for det sørlige Weddellhavet brukes også til å studere mekanismene som styrer disse prosessene. Resultatene indikerer at termoklinen må heves og at det tunge, kalde vannet i de dypeste områdene på kontinentalsokkelen må bli ferskere for at betydelige mengder varmt vann skal nå inn under Filchner-Ronne isbremmen(GRL 2020). Analyse av riggdata og eksisterende modellsimuleringer fra Amundsenhavet viser en kobling mellom vindstress over Amundsenhavets polynya (OS, 2022). Resultat fra isbremfronten: I laboratorieforsøkene ble mye av den barotrope strømmen avbøyd ved isbremfronten. Den barokline strømmen fortsatte uhindret inn under isbremmen. Data fra målerigger nær Getz isbremfronten i Amundsenhavet viser også at strømmen blir svakere nær isbremfronten. Dette tyder på at den barotrope komponenten av strømmen er avbøyd (Nature 2020). En idealisert havmodell satt opp for å se på prosesser som påvirker sirkulasjon ved en isbremfront viser foreløpig at ca 70% av volumfluksen til en gitt barotrop strøm i en renne blir avbøyd. Verdien avhenger bl.a. av dypet til isbremfronten og stratifisering. Barotrope strømmer øker isbremsmeltingen betydelig, særlig ved isbremfronten (JPO, 2022). Riggdata viser at sterke vinder fra øst over polynyaen ved Sipleøya gir opptil 25% svakere varmtvannsinnstrømming om vinteren. Det kalde overflatelaget presses ned i dypet av en kyst-fanget bølge og det varme laget som strømmer inn under isbremfronten blir mye tynnere enn ellers (GRL 2021). Vi har videre oppdaget at utstrømningen av kaldt isbremsvann fra Filchner isbrem styrs av stratifiseringen og dermed varierer med sessong (GRL, 2018) PhD-avhandling: N. Steiger sin forsvaring av avhandlingen «The ice front as a topographic barrier for ocean heat transport» (juni, 2021) basert på resultater fra prosjektet var vellykket. Formidling: Vi skrev 71 blogginnlegg om laboratorieforsøkene i Grenoble (elin.darelius.no), i gjennomsnitt lest av 50 ulike brukere daglig. Vi ble invitert til å skrive om forsøkene på «the science blog» og gjennomførte en «spørretime» der vi nådde 1300 lesere over flere sosiale kanaler. Under den franske vitenskapsfestivalen «Fete de la science» inviterte vi innbyggerne i Grenoble til å besøke laboratoriet og forskerteamet. Dette førte til et intervju på fransk TV. Vitenskapelige artikkeler fra prosjektet (Assmann, 2019 og Ryan, 2020) er framhevet av EOS.org og Science. Vi skrev om artikkelen i Nature på forskning.no og laget en versjon for unge lesere (Frontiers of young minds, 2021). Resultater fra prosjektet ble også inkludert i «Nansen's minneførelesning» ved det Norske vitenskapsakademiet i 2019. Arbeidet på Polarstern i 2021 ble dokumentert i fotonovellen "Ninja goes south" (publisert på på instagram, twitter, og Flickr, og tilgjengelig via Amazon.com).

- The project has contributed to the education (PhD-degree) of a young, female scientist who through the international network build through the project now has continued her scientific career on a Post Doc together with a project partner. The PhD of a second young, female scientist (on-going) builds on results and data collected within the project. - Increased international cooperation regarding the collection of and the use of observational data in the southern Weddell Sea. - Increased visibility of Norwegian Antarctic Research internationally through (at least) XXX peer-reviewed publications (one in Nature) and numerous presentations at international meeting and workshops (albeit somewhat hampered by COVID-19) - A RCN-funded outreach project is partly based on material produced within the project.

TOBACO aims to increase our understanding of the oceanic heat flux towards the Antarctic ice shelf cavities; specifically, the flow of warm water past i) the shelf break and ii) the ice shelf front, two features that represents a major change in water depth and thus a barrier to ocean currents. The focus is on flow into and through a trough crosscutting the continental shelf from the shelf break to the ice front and beyond. Results from TOBACO will reduce the uncertainties in future predictions of ice shelf melting and sea level rise. The physics of the flow will first be investigated in large-scale laboratory experiments using advanced flow visualization techniques and highly idealized topographies (access to laboratory facilities is assured through an EU Hydralab+ grant), and in idealized, process-oriented numerical simulations. The knowledge obtained from the idealized activities will be brought on to the real world; as the results will be combined with and compared to field observations and regional modelling. TOBACO will synthesize the data legacy from ongoing NFR-funded projects with concurrent records from international collaborators - France, Germany and Sweden - in two climatically important locations where the processes studied in the laboratory are central: the opening of the Filchner Trough in the Weddell Sea and the Getz ice shelf front in the Amundsen Sea. TOBACO will guarantee that data records complementing international monitoring efforts are continued. TOBACO will strengthen Norway as a leading polar nation and integrate the Norwegian research in larger international collaborations; it will assure that results from the EU-financed experiments are processed, analyzed and published and it will advertise Norwegian Antarctic Research to the public through extended outreach activities. TOBACO will promote the career of a young, female scientist and allow a recruited PhD-student to actively be part of a large, international network.