Το διαστημικό λέιζερ της NASA ανακαλύπτει νέες λίμνες κάτω από τον πάγο στην Ανταρκτική

Ο χάρτης ICESat-2 της NASA για τις λίμνες πάγου της Ανταρκτικής σε εκπληκτική ανάλυση

Από ψηλά, το Ανταρκτικό Φύλλο Πάγου μπορεί να μοιάζει με ένα ήρεμο και μόνιμο φύλλο πάγου που κάλυπτε την Ανταρκτική για εκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, το πάγο μπορεί να έχει βάθος χιλιάδων μέτρων και κρύβει εκατοντάδες λίμνες λειωμένου νερού, όπου η βάση του συναντά τη βάση της ηπείρου. Βαθιά κάτω από την επιφάνεια, μερικές από αυτές τις λίμνες γεμίζουν και στραγγίζουν συνεχώς μέσω ενός συστήματος υδάτινων οδών που τελικά αποστραγγίζονται στον ωκεανό.

Τώρα, με το πιο προηγμένο όργανο λέιζερ που παρατηρεί τη Γη της NASA που έχει γίνει ποτέ στο διάστημα, οι επιστήμονες έχουν βελτιώσει τους χάρτες τους για τα συστήματα λιμνών που κρύβονται κάτω από το πάγο της Δυτικής Ανταρκτικής – και έχουν ανακαλύψει δύο από αυτές τις δραστικές υπογεγραμμένες λίμνες.

Η νέα μελέτη παρέχει πληροφορίες για την ανακάλυψη νέων παγετώνων λιμνών από το διάστημα, καθώς και για την αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο αυτό το λεπτό υδραυλικό σύστημα επηρεάζει την ταχύτητα με την οποία ο πάγος γλιστρά στον Νότιο Ωκεανό, προσθέτοντας γλυκό νερό που μπορεί να αλλάξει την κυκλοφορία και τα οικοσυστήματα του.

Ο δορυφόρος πάγου, σύννεφων και γης 2 της NASA, ή ICESat-2, επέτρεψε στους επιστήμονες να χαρτογραφήσουν με ακρίβεια τις υπογείες λίμνες. Ο δορυφόρος μετρά το ύψος της επιφάνειας του πάγου, ο οποίος, παρά το τεράστιο πάχος του, ανεβαίνει ή πέφτει καθώς οι λίμνες γεμίζουν ή αδειάζονται κάτω από το φύλλο πάγου.

Εκατοντάδες λίμνες λιωμένων υδάτων κρύβονται στα βάθη του πάγου της Ανταρκτικής. Χάρη σε ένα ισχυρό σύστημα υψομέτρου λέιζερ στο διάστημα, το Ice Cloud και το Earth Elevation Satellite 2 της ICASA (ICESat-2) βοηθούν τους επιστήμονες να «δουν» κάτω από τον πάγο. Πίστωση: Το διαστημικό κέντρο πτήσης Goddard της NASA

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 7 Ιουλίου 2021, στο Γεωφυσικές Ερευνητικές Επιστολές, ενσωματώνει δεδομένα υψομέτρου από τον προκάτοχο του ICESat-2, την αρχική αποστολή ICESat, καθώς και τον δορυφόρο της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος αφιερωμένο στην παρακολούθηση του πάχους πολικού πάγου, CryoSat-2.

Τα συστήματα υδρολογίας κάτω από την πάγο της Ανταρκτικής αποτελούν μυστήριο εδώ και δεκαετίες. Αυτό άρχισε να αλλάζει το 2007, όταν η Ελένη Αμάντα Φρίκερ, μια παγετώδης παθογένεια στο Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Scripps στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, πέτυχε μια σημαντική ανακάλυψη που βοήθησε στην ενημέρωση της κλασικής κατανόησης των υπογειακών λιμνών στην Ανταρκτική.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το αρχικό ICESat το 2007, ο Fricker ανακάλυψε για πρώτη φορά ότι κάτω από τις ταχείες ροές παγετώνων της Ανταρκτικής, ένα ολόκληρο δίκτυο λιμνών επικοινωνεί μεταξύ τους, γεμίζοντας ενεργά και στραγγίζοντας νερό με την πάροδο του χρόνου. Πριν, αυτές οι λίμνες θεωρούνταν ότι συγκρατούν σταθερά το λιωμένο νερό, χωρίς γέμιση και αποστράγγιση.

“Ανακαλύπτοντας αυτά τα διασυνδεδεμένα συστήματα λιμνών στην παγετώδη διεπαφή που μετακινούν το νερό, με όλες αυτές τις επιπτώσεις στην παγετώδη, μικροβιολογία και ωκεανογραφία – αυτή ήταν μια σημαντική ανακάλυψη από την αποστολή ICESat”, δήλωσε ο Matthew Siegfried, Αναπληρωτής Καθηγητής. γεωφυσική στο Colorado School of Mines, Golden, Colorado, και ο κύριος ερευνητής στη νέα μελέτη. “Το ICESat-2 είναι σαν να φοράς γυαλιά μετά τη χρήση του ICESat, τα δεδομένα είναι τόσο υψηλής ανάλυσης που μπορούμε πραγματικά να αρχίσουμε να χαρτογραφούμε τα όρια της λίμνης στην επιφάνεια.”

Οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι η ανταλλαγή υπογειακού νερού στην Ανταρκτική προκαλείται από ένα συνδυασμό παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων των διακυμάνσεων της πίεσης που ασκείται από το τεράστιο βάρος του παραπάνω πάγου, της τριβής μεταξύ του στρώματος πάγου και του βράχου από κάτω και της θερμότητας από το έδαφος κάτω από τη μόνωση από το πάχος του πάγου. Αυτό είναι μια έντονη αντίθεση με το φύλλο πάγου της Γροιλανδίας, όπου οι λίμνες στον πάγο γεμίζουν με λειωμένο νερό που στραγγίζεται μέσα από ρωγμές και τρύπες στην επιφάνεια.

Για να μελετήσει τις περιοχές όπου οι υπογεγραμμένες λίμνες γεμίζουν και συχνά αποστραγγίζονται με δορυφορικά δεδομένα, ο Siegfried συνεργάστηκε με τον Fricker, ο οποίος έπαιξε βασικό ρόλο στο σχεδιασμό του τρόπου με τον οποίο η αποστολή ICESat-2 παρακολουθεί τον πολικό πάγο από το διάστημα.

Η νέα έρευνα των Siegfried και Fricker δείχνει ότι μια ομάδα λιμνών, συμπεριλαμβανομένων των λιμνών Conway και Mercer κάτω από τις ροές πάγου Mercer και Whillans στη Δυτική Ανταρκτική, βιώνουν μια περίοδο στεγνώματος για τρίτη φορά από την αρχική αποστολή ICESat που άρχισε να μετρά τις αλλαγές υψομέτρου στην επιφάνεια του πάγου 2003. Οι δύο λίμνες που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα βρίσκονται σε αυτήν την περιοχή.

Εκτός από την παροχή ζωτικών δεδομένων, η μελέτη αποκάλυψε επίσης ότι τα περιγράμματα ή τα όρια των λιμνών μπορούν σταδιακά να αλλάξουν καθώς το νερό εισέρχεται και φεύγει από τις δεξαμενές.

«Πραγματικά χαρτογραφούμε τυχόν υψομετρικές διαφορές που υπάρχουν σε αυτό το σημείο», είπε ο Siegfried. “Αν υπάρχουν λίμνες που γεμίζουν και στραγγίζουν, θα τις βρούμε με το ICESat-2.”

“Βοηθήστε μας να παρακολουθήσουμε” κάτω από το κάλυμμα πάγου الغطاء

Οι ακριβείς μετρήσεις του βασικού λιωμένου νερού είναι κρίσιμες εάν οι επιστήμονες θα αποκτήσουν καλύτερη κατανόηση του υπογειακού υδραυλικού συστήματος της Ανταρκτικής και πώς όλα αυτά τα γλυκά νερά θα μπορούσαν να αλλάξουν την ταχύτητα του φύλλου πάγου παραπάνω ή την κυκλοφορία του ωκεανού στον οποίο ρέει τελικά.

Ένα τεράστιο φύλλο πάγου σε σχήμα θόλου που καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος της ηπείρου, το φύλλο πάγου της Ανταρκτικής ρέει αργά προς τα έξω από την κεντρική περιοχή της ηπείρου σαν μια πολύ παχιά κηρήθρα. Αλλά καθώς ο πάγος πλησιάζει την ακτή, η ταχύτητά του αλλάζει δραματικά, μετατρέποντας σε παγετώδη ρεύματα σαν ποτάμια που μετακινούν γρήγορα τον πάγο προς τον ωκεανό με ταχύτητες έως και αρκετά μέτρα την ημέρα. Η ταχύτητα ή η βραδύτητα της κίνησης του πάγου εξαρτάται εν μέρει από τον τρόπο με τον οποίο το λειωμένο νερό λιπαίνει το φύλλο πάγου καθώς ολισθαίνει πάνω από την υποκείμενη βάση.

Όταν το φύλλο πάγου κινείται, πάσχει από ρωγμές, ρωγμές και άλλα ελαττώματα. Όταν λίμνες κάτω από τον πάγο κερδίζουν ή χάνουν νερό, παραμορφώνουν επίσης την παγωμένη επιφάνεια πάνω. Μεγάλο ή μικρό, το ICESat-2 χαρτογραφεί αυτές τις αλλαγές στο υψόμετρο με ακρίβεια μόλις μερικές ίντσες χρησιμοποιώντας ένα σύστημα υψομέτρου λέιζερ που μπορεί να μετρήσει την επιφάνεια της Γης με πρωτοφανείς λεπτομέρειες.

Το ICESat-2 θα παρέχει στους επιστήμονες μετρήσεις υψομετρίας που δημιουργούν μια παγκόσμια εικόνα της τρίτης διάστασης της Γης, συλλέγοντας δεδομένα που μπορούν να παρακολουθούν με ακρίβεια τις αλλαγές στο έδαφος, συμπεριλαμβανομένων των παγετώνων, του θαλάσσιου πάγου, των δασών και άλλων. Το μόνο όργανο στο ICESat-2 είναι το ATLAS, το προηγμένο σύστημα τοπογραφικών υψομέτρων λέιζερ και θα μετρήσει την τήξη των φύλλων πάγου και θα διερευνήσει πώς αυξάνονται τα επίπεδα της θάλασσας, θα εξετάσει τις αλλαγές στη μάζα των φύλλων πάγου και των παγετώνων, θα εκτιμήσει και θα μελετήσει το πάχος του θαλάσσιου πάγου και μετρήστε το ύψος κάλυψης Βλάστηση σε δάση και άλλα οικοσυστήματα σε όλο τον κόσμο. Πίστωση: NASA / Ryan Fitzgibbons

Η παρακολούθηση αυτών των πολύπλοκων διαδικασιών με δορυφορικές αποστολές μεγάλης εμβέλειας θα παρέχει σημαντικές πληροφορίες για την τύχη του πάγου. Ένα σημαντικό μέρος αυτού που ανακάλυψαν οι παγετώνες για τα φύλλα πάγου τα τελευταία 20 χρόνια προέρχεται από παρατηρήσεις για το πώς έχει αλλάξει ο πολικός πάγος ως απόκριση στη θέρμανση της ατμόσφαιρας και των ωκεανών, αλλά και οι λεπτές διαδικασίες όπως ο τρόπος με τον οποίο τα συστήματα λίμνης μεταφέρουν νερό κάτω από τον πάγο κλειδί στις μελέτες, είπε ο Φρίκερ, μελλοντικά φύλλα πάγου στην Ανταρκτική.

«Αυτές είναι διαδικασίες που συμβαίνουν κάτω από την Ανταρκτική για τις οποίες δεν θα έχουμε ιδέα αν δεν είχαμε δορυφορικά δεδομένα», δήλωσε ο Φρίκερ, τονίζοντας πώς η ανακάλυψή του το 2007 επέτρεψε στους παγετώνες να επιβεβαιώσουν ότι το κρυφό υδραυλικό σύστημα της Ανταρκτικής μεταδίδει το νερό πιο γρήγορα. από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως. «Παλεύουμε να βρούμε καλές προβλέψεις για το μέλλον της Ανταρκτικής και εργαλεία όπως το ICESat-2 μας βοηθούν στην παρακολούθηση επιχειρησιακής κλίμακας».

“Ένα σύστημα νερού συνδεδεμένο με ολόκληρο το σύστημα της Γης”

Το πόσο γλυκό νερό από το πάγο μπορεί να επηρεάσει την κυκλοφορία του Νότιου Ωκεανού και των θαλάσσιων οικοσυστημάτων του είναι ένα από τα καλύτερα διατηρημένα μυστικά της Ανταρκτικής. Δεδομένου ότι η υπογειακή υδρολογία της ηπείρου παίζει σημαντικό ρόλο στη μετακίνηση αυτού του νερού, ο Siegfried τόνισε επίσης τη σύνδεση του πάγου με τον υπόλοιπο πλανήτη.

“Δεν μιλάμε απλώς για το φύλλο πάγου”, είπε ο Siegfried. “Μιλάμε πραγματικά για ένα σύστημα νερού συνδεδεμένο με ολόκληρο το σύστημα της Γης.”

Πρόσφατα, ο Fricker και μια άλλη ομάδα επιστημόνων ανακάλυψαν αυτήν τη σύνδεση μεταξύ γλυκού νερού και Νότιου Ωκεανού – αλλά αυτή τη φορά κοιτάζοντας λίμνες κοντά στην επιφάνεια του πάγου, ένα μεγάλο φύλλο πάγου που επιπλέει στον ωκεανό ως προέκταση του πάγου . . Η μελέτη τους ανέφερε ότι μια μεγάλη λίμνη καλυμμένη με πάγο ξαφνικά κατέρρευσε το 2019 μετά από μια ρωγμή που άνοιξε ή έσπασε από τον πυθμένα της λίμνης στη βάση του ράφου πάγου Ameri στην Ανατολική Ανταρκτική.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το ICESat-2, η ομάδα ανέλυσε την τραχιά αλλαγή στα τοπία του πάγου. Η εκδήλωση άφησε το dolin, ή το νεροχύτη, μια δραματική κατάθλιψη που μετρά περίπου τέσσερα τετραγωνικά μίλια (περίπου 10 τετραγωνικά χιλιόμετρα) ή περισσότερο από τρεις φορές το μέγεθος του Central Park στη Νέα Υόρκη. Η ρωγμή έστρεψε σχεδόν 200 δισεκατομμύρια γαλόνια γλυκού νερού από την επιφάνεια του πάγου στον ωκεανό κάτω από τρεις μέρες.

Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, χιλιάδες τυρκουάζ λίμνες λιωμένων υδάτων διακοσμούν τη λευκή αστραφτερή επιφάνεια των παγοδρομίων της Ανταρκτικής. Αλλά αυτό το ξαφνικό συμβάν συνέβη στα μέσα του χειμώνα, όταν οι επιστήμονες περίμεναν ότι το νερό στην επιφάνεια του πάγου είχε παγώσει εντελώς. Επειδή το ICESat-2 περιστρέφεται γύρω από τη Γη με τέλεια επαναλαμβανόμενες τροχιές εδάφους, τα λέιζερ του μπορούν να δείξουν τη δραματική αλλαγή του εδάφους πριν και μετά την αποστράγγιση της λίμνης, ακόμη και κατά τη διάρκεια του σκότους του αρκτικού χειμώνα.

Το παραπάνω προφίλ υψομέτρου αποκτήθηκε από τους δορυφόρους Ice, Cloud και Earth Satellite 2 (ICESat-2) της NASA χρησιμοποιώντας το Advanced Laser Topographic Altimeter System (ATLAS). Η εικόνα δείχνει δεδομένα ανύψωσης που λαμβάνονται από τρία διαφορετικά λέιζερ ATLAS καθώς ο δορυφόρος πέρασε πάνω από μια λίμνη που καλύπτεται από πάγο που ξαφνικά και ξαφνικά κατέρρευσε στην επιφάνεια του Amery Ice Shelf στην Ανταρκτική το 2019. Credit: Παρατηρητήριο της Γης της NASA

Ο Roland Warner, ένας παγετώνας στο πανεπιστήμιο της Ανταρκτικής στο Πανεπιστήμιο της Τασμανίας και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης ανακάλυψε το διάσπαρτο πάγο σε εικόνες από το Landsat 8, μια κοινή αποστολή μεταξύ της NASA και της Γεωλογικής Έρευνας των ΗΠΑ. Ο Warner είπε ότι το συμβάν αποστράγγισης πιθανότατα οφείλεται στη διαδικασία υδροπυρόλυσης όπου η μάζα νερού της λίμνης δημιούργησε μια επιφανειακή ρήξη μέσω του πάγου πάγου κατευθείαν στον ωκεανό.

«Λόγω αυτής της απώλειας βάρους από το νερό στην επιφάνεια της πλωτής ράγας πάγου, όλα κυρτώνουν προς τα πάνω στη μέση της λίμνης», δήλωσε ο Warner. “Αυτό είναι κάτι που ήταν δύσκολο να εντοπιστεί απλώς κοιτάζοντας δορυφορικές εικόνες.”

Λίμνες και ρέματα που ρέουν στα ράφια πάγου στην Ανταρκτική είναι κοινά κατά τους θερμότερους μήνες. Επειδή οι επιστήμονες αναμένουν ότι αυτές οι λίμνες λιωμένων υδάτων θα είναι πιο συχνές καθώς αυξάνονται οι θερμοκρασίες του αέρα, ο κίνδυνος υδραυλικής θραύσης μπορεί επίσης να αυξηθεί τις επόμενες δεκαετίες. Ωστόσο, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ήταν πολύ νωρίς για να προσδιοριστεί εάν η αύξηση της θερμοκρασίας στο κλίμα της Ανταρκτικής προκάλεσε την κατάρρευση της παρατηρούμενης λίμνης στο υψόμετρο πάγου Ameri.

Η παρακολούθηση του σχηματισμού δολινών με δεδομένα υψομετρίας ήταν μια σπάνια ευκαιρία, αλλά είναι επίσης το είδος των γεγονότων που οι glaciologists πρέπει να αναλύσουν προκειμένου να μελετήσουν όλη τη δυναμική του πάγου που σχετίζεται με τα μοντέλα της Ανταρκτικής.

“Έχουμε μάθει πολλά για τις δυναμικές διεργασίες του φύλλου πάγου από τη δορυφορική υψομετρία, και είναι επιτακτική ανάγκη να σχεδιάσουμε για την επόμενη γενιά δορυφόρων altimetry να συνεχίσει αυτό το ρεκόρ”, δήλωσε ο Fricker.

Αναφορά: «Φωτισμός των διαδικασιών ενεργών υπογλωσσικών λιμνών με το υψόμετρο λέιζερ ICESat-2» των M.R. Siegfried και H.A. Fricker, 7 Ιουλίου 2021, Γεωφυσικές Ερευνητικές Επιστολές.
doi: 10.1029 / 2020GL091089