The impact of ice-ocean interaction on glacier stability

Abstract

Havnivåstigning på grunn av dagens klimaoppvarming krever handling fra samfunnet. Hovedusikkerheten i estimatene for havnivåbidraget fra Grønlandsisen grunner i de dy- namiske prosessene som finner sted i grensesnittet mellom is og hav. Bidraget fra hur- tigflytende marine isbreer til havnivåstigning er vanskelig å anslå siden de dynamiske prosessene som dominerer i skillet mellom is og hav er lite forstått. Observasjoner fra nylig oppvarming samsvarer med paleo-proxydata og indikerer at isbreer som utløper i havet kan respondere raskt på endringer i is-hav-grensesnittet.

I denne avhandlingen undersøker jeg innvirkningen av interaksjonen mellom is og hav på isbrestabilitet fra perspektivet til både isbreen og havet. Som hovedstudie bruker jeg den raskest bevegende isbreen på Grønland, Sermeq Kujalleq (Jakobshavn Isbræ) og mod- ellerer breens holocene utvikling for å bestemme driverne for den observerte evolusjonen over en tidskala på tusen år. Jeg gjenskaper både tilbaketrekning i midt-holocen og den lille istids fremrykning av breen. Jeg undersøker havsiden av is-hav-interaksjonen ved å karakterisere virkningen av den undersjøiske smeltingen av kalvede isfjell på vannsøylen i Ilulissat Isfjord på sesongskala. Jeg finner at subglasialt smeltevann driver sesongvari- asjonen av både fjordsirkulasjonen, smeltingen av brefronten, samt isfjellsmeltingen.

Samlet sett finner jeg at endringer i is-hav-grensesnittet kan utløse både rask tilbake- trekning og fremrykning av Sermeq Kujalleq. Fordi kalving er en stor del av mass bal- ansen av isbreen, vil redusert kalving utløse en fremrykning av breen. Tilbaketrekking og fremrykning styres av batymetrien. Jeg finner at subglasialutslipp er nøkkeldriveren for dynamikken til is-hav-grensesnittet og fordeler varmen fra Atlanterhavsvannet opp langs brefronten og isfjellene. Dermed er rollen til Atlantisk vann å sørge for en varmek- ilde som er tilgjengelig for smelting, mens subglasiale utslipp er nødvendige for både å fordele varmen og å drive den dynamiske responsen vi observerer.

Sea-level rise due to the current climate warming is an important issue that requires action from society. The main uncertainty in the estimates of the sea-level contribution from the Greenland Ice Sheet arises from the dynamic processes taking place at the ice- ocean interface. The contribution of fast-flowing marine-terminating glaciers to sea-level rise is difficult to estimate, since the dynamic processes governing the changes at the ice-ocean interface are poorly understood. Observations from the recent warming, as well as paleo proxy data, indicate that marine-terminating glaciers can respond rapidly to changes at the ice-ocean interface.

In this thesis I approach the impact of the ice-ocean interaction to glacier stability from the perspective of both the glacier and the ocean. I use the fastest flowing glacier in Greenland, Sermeq Kujalleq (Jakobshavn Isbræ) as a case study, and model the Holocene evolution of Sermeq Kujalleq, in order to determine the drivers of the observed millennial- scale evolution. I recreate both the Mid Holocene retreat and the Little Ice Age advance of the glacier. I approach the ocean side of ice-ocean interaction by characterising the impact of the submarine melt of calved icebergs to the water column of Ilulissat Icefjord on a seasonal scale. I find that subglacial discharge drives the seasonality of the circula- tion of the fjord, seasonality of the melt of the glacier front and seasonality of the iceberg melt.

Overall, I find that changes at the ice-ocean interface can trigger both rapid retreat and advance of Sermeq Kujalleq. Since calving is such a large component of mass loss for the glacier, reduced calving can drive thickening and advance of the glacier and increased calving retreat, while the patterns of retreat and advance are controlled by the bathymetry. I find that subglacial discharge is the key driver of the dynamics of the ice-ocean interface that distributes the heat of the warm Atlantic Water up along the glacier front and into the iceberg mélange. Thus, the role of Atlantic Water temperature is to provide a source of heat available for melting, while subglacial discharge is needed to distribute the heat and to drive the dynamic response we observe.