Likt Alaskas mäktiga Yukon flöt en gång en bred flod genom Antarktis och följde en mjuk dal som formades av tektoniska krafter vid en tidpunkt innan kontinenten blev omsluten av is. Att förstå vad som hände när floder av is senare fyllde dalen skulle kunna lösa vissa klimat- och geologiska gåtor om den sydligaste kontinenten.

Dalen är Lambert Graben i östra Antarktis, som nu är hemvist för världens största glaciär. Graben, som är instängd under isen, är en fantastisk, djup ravin. Men innan Antarktis djupfrysning för 34 miljoner år sedan var dalen relativt platt och fylldes av en lat flod, vilket lämnade en gåta för geologerna att tyda: Hur blev Lambert Graben så brant och när skapades den?

Nyckeln till Lambert Grabens historia hittades i lager av sediment strax utanför kusten, i Prydzbukten. I en ny studie har Stuart Thomson, geolog vid University of Arizona (UA) i Tucson, tittat in i det förflutna genom att avkoda sand som avsatts av floden och de röriga högar som glaciären lämnat kvar. Flodsanden toppas av ett tjockt lager av grövre sediment som signalerar början av glacial erosion i dalen, konstaterade forskarna. Erosionshastigheten mer än fördubblades när glaciärerna flyttade in, sade Thomson.

”Det enda sättet som detta kan hända är från glaciärer”, sade han. ”De började slipa och bilda djupa dalar.”

Förståelsen av när glaciärerna först vävde sig fram över Antarktis kommer att hjälpa forskarna att bättre modellera inlandsisens reaktion på jordens klimatförändringar, säger forskarna.

”Det görs stora ansträngningar för att modellera hur glaciärerna flödar i Antarktis och dessa modeller behöver ett landskap som glaciärerna kan flyta över”, säger Thomson till OurAmazingPlanet. ”När dessa modeller kan förutsäga tidigare förändringar kan de mer exakt förutsäga vad som kommer att hända med framtida klimatförändringar.”

Sedimenten innehåller också ledtrådar till den tektoniska utvecklingen av östra Antarktis och en bergskedja som ligger begravd under det stora, tjocka istäcket.

Fyndigheterna beskrivs i mars 2013 i tidskriften Nature Geoscience.

Isens historia

Lambert Graben bildades under upplösningen av Gondwana, en gammal superkontinent, en process som skedde i etapper. Antarktis, Indien och Afrika slets isär i slutet av kritaperioden (för cirka 80 miljoner år sedan). Splittringen skapade långa, linjära dalar som är orienterade vinkelrätt mot kontinenternas kustlinjer. Vid den tiden var jordens klimat varmare än i dag, och när Antarktis rörde sig söderut och slog sig ner i sitt hem över sydpolen kryllade kontinenten av växter och djur.

Forskare kan delvis rekonstruera denna tidigare miljö med hjälp av fossiler och med hjälp av radar som tittar under isen för att kartlägga formerna i berget under isen. En 3D-karta över Antarktis i dag visar klyftor som huggits av glaciärer, karga berg och andra rester av dess varmare tillvaro.

Men undersökningarna säger ingenting om hur landskapet såg ut innan isen högg ut alla dessa funktioner. ”Folk har spekulerat i när de stora fjordarna bildades under isen”, säger Thomson. ”Men ingen vet säkert förrän man tar prover på stenar eller sediment.”

Thomson och hans kollegor analyserade sediment som borrats från havsbotten strax utanför Lamberts glaciär, samt från moräner på land, de stenhögar som glaciärer trycker upp. Tester av mineraler i sanden och leran hjälpte dem att ta reda på när och hur snabbt ytan eroderade.

Här är vad sedimenten säger: Från cirka 250 miljoner till 34 miljoner år sedan var området runt Lambert-glaciären relativt platt och dränerades av långsamt rinnande floder, säger Thomson. För cirka 34 miljoner år sedan, vilket sammanfaller med en nedkylning av jordens klimat, dök stora glaciärer upp och formade den spektakulära dal som nu är dold under tjock is.

”Det verkar som om det skedde mycket tidigt, för 34 till 24 miljoner år sedan”, säger Thomson. Erosionen avtog dramatiskt när inlandsisen stabiliserades för cirka 15 miljoner år sedan, sade han.

En bit mellan 1,6 och 2,5 kilometer sten har sedan dess försvunnit, slipad av glaciärer och bortförd av isen, enligt studien.

”Glaciärer kan snabbt skapa djupa dalar – och det gjorde de på Antarktis innan det blev så kallt att större delen av Antarktis täcktes av en eller två kilometer tjock, stationär is”, säger Peter Reiners, geolog vid Förenade Arabemiraten och medförfattare till studien, i ett uttalande.

Klyftor till begravd bergskedja

Lambert Graben sträcker sig ungefär 600 km inåt landet och slutar vid ett av Antarktis mest gåtfulla inslag – en begravd bergskedja som kallas Gamburtsevbergen. Bergen, som ligger begravda under isen, uppstod under Gondwanas sprickbildning. Geologiska bevis tyder på att två upphöjningspulser från sprickbildning för cirka 250 miljoner år sedan och 100 miljoner år sedan drev upp de kuperade topparna.

Men Thomson och hans kollegor hittade inga bevis i sedimenten för att en andra upphöjningsfas ägde rum för 100 miljoner år sedan. Flodsanden innehåller mineraler från Gamburtsevbergen, och de små kornen tyder på att bergen fick sin höjd genom ett enda tektoniskt tryck.

”Detta understryker både bergskedjans anmärkningsvärda ålder och den extraordinära graden av bevarande av det subglaciala landskapet”, skriver Darrel Swift i en tillhörande artikel i Nature Geoscience. Swift, som är geolog vid University of Sheffield i Storbritannien, var inte inblandad i studien.

Emaila Becky Oskin eller följ henne @beckyoskin. Följ oss på @OAPlanet, Facebook eller Google+. Originalartikel på LiveScience’s OurAmazingPlanet.