Космічний лазер NASA відкриває нові озера під льодом в Антарктиді

Карта водних озер Антарктики ICESat-2 NASA у приголомшливій роздільній здатності

Зверху Антарктичний крижаний лист може виглядати як спокійний і постійний крижаний покрив, який покривав Антарктиду мільйонами років. Але крижаний покрив може бути глибиною в тисячі метрів в глибині, і він ховає сотні талих озер там, де його основа відповідає породам материка. Глибоко під поверхнею деякі з цих озер постійно наповнюються і стікають через систему водних шляхів, які з часом стікають в океан.

Тепер, використовуючи найсучасніший лазерний прилад для спостереження за Землею, який коли-небудь робився в космосі, вчені вдосконалили свої карти озерних систем, захованих під крижаним покривом Західної Антарктики, і виявили два з цих активних підльодовикових озер.

Нове дослідження дає уявлення про відкриття нових льодовикових озер з космосу, а також про оцінку того, як ця прихована водопровідна система впливає на швидкість ковзання льоду в Південному океані, додаючи прісної води, яка може змінити її циркуляцію та екосистеми.

Крижаний, хмарний і земний супутник NASA 2, або ICESat-2, дозволив вченим точно картографувати підледнікові озера. Супутник вимірює висоту поверхні льоду, яка, незважаючи на величезну товщину, піднімається або опускається, коли озера заповнюються або спорожняються під крижаним покривом.

У глибинах крижаного шару Антарктики ховаються сотні талих озер. Завдяки потужній лазерній системі альтиметра в космосі, Крижана хмара і супутник висоти Землі 2 (ICESat-2) НАСА допомагає вченим “бачити” під льодом. Кредит: Центр космічних польотів НАСА Годдар

Дослідження, опубліковане 7 липня 2021 р. В Геофізичні дослідницькі листи, інтегрує дані про висоту від попередника ICESat-2, оригінальної місії ICESat, а також супутника Європейського космічного агентства, призначеного для моніторингу товщини полярного льоду, CryoSat-2.

Гідрологічні системи під крижаним покривом Антарктики були загадкою протягом десятиліть. Це почало змінюватися в 2007 році, коли Хелен Аманда Фрікер, гляціолог з Інституту океанографії Скріппса в Університеті Каліфорнії в Сан-Дієго, досягла прориву, який допоміг оновити класичне розуміння підльодовикових озер в Антарктиді.

Використовуючи дані оригінального ICESat у 2007 році, Фрікер вперше виявив, що під швидкоплинними льодовиковими потоками Антарктиди ціла мережа озер взаємодіє між собою, активно наповнюючи та зливаючи воду з часом. Раніше вважалося, що ці озера стабільно утримують талу воду, не заповнюючи та не зливаючи воду.

“Виявлення цих взаємопов’язаних систем озер на льодовиковій поверхні, що рухають воду навколо, з усіма цими наслідками для гляціології, мікробіології та океанографії – це було великим відкриттям від місії ICESat”, – сказав Метью Зігфрід, доцент. Геофізика в Колорадській школі шахт, Голден, штат Колорадо, і головний дослідник нового дослідження. “ICESat-2 – це все одно, що надягати окуляри після використання ICESat, дані настільки високої роздільної здатності, що ми дійсно можемо почати картографувати межі озера на поверхні”.

Вчені висунули гіпотезу, що обмін підльодовиковою водою в Антарктиді викликаний комбінацією факторів, включаючи коливання тиску, викликані величезною вагою льоду зверху, тертя між шаром льодовикового покриву та гірськими породами, а також тепло від землі під ізоляцією за товщиною льоду. Це різкий контраст із льодовиковим покривом Гренландії, де озера на крижаному руслі заповнені талою водою, яка стікала через тріщини та отвори на поверхні.

Для вивчення районів, де підльодовикові озера заповнюються і часто стікають супутниковими даними, Зігфрід працював із Фрікером, який зіграв ключову роль у розробці способу спостереження місії ICESat-2 з полярного льоду з космосу.

Нові дослідження Зігфріда та Фрікера показують, що група озер, включаючи озера Конвей та Мерсер під льодовиковими потоками Мерсер і Уілланс у Західній Антарктиді, переживає період висихання втретє, оскільки початкова місія ICESat почала вимірювати зміни висоти на поверхні льоду лист у 2003 році. У цій місцевості знаходяться два нещодавно відкриті озера.

На додаток до надання життєво важливих даних, дослідження також виявило, що обриси або межі озер можуть поступово змінюватися, коли вода надходить і виходить із водойм.

“Ми дійсно визначаємо будь-які перепади висот, які існують на даний момент”, – сказав Зігфрід. “Якщо є озера, які наповнюються та стікають, ми знайдемо їх за допомогою ICESat-2”.

“Допоможіть нам спостерігати” під крижаним покривом الغطاء

Точні вимірювання базальної талої води є критично важливими, якщо вчені хочуть краще зрозуміти підльодову систему водопроводу Антарктиди та те, як ця прісна вода може змінити швидкість крижаного покриву вище або циркуляцію океану, в який вона врешті-решт впадає.

Величезний куполоподібний крижаний покрив, що покриває більшу частину континенту, антарктичний льодовиковий покрив повільно витікає назовні з центральної області континенту, як дуже густа соти. Але коли лід наближається до узбережжя, його швидкість різко змінюється, перетворюючись на річкові льодовикові течії, які швидко рухають лід до океану зі швидкістю до декількох метрів на добу. Швидкість або повільність руху льоду частково залежить від способу змащення талою водою крижаного покриву, коли він ковзає по підстилаючій основі.

Коли крижаний покрив рухається, він страждає від тріщин, тріщин та інших дефектів. Коли озера під льодом набирають або втрачають воду, вони також спотворюють замерзлу поверхню зверху. Великий чи малий, ICESat-2 відображає ці зміни висоти з точністю до декількох дюймів за допомогою лазерної системи альтиметра, яка може виміряти поверхню Землі в безпрецедентних деталях.

ICESat-2 забезпечить вчених вимірами альтиметрії, які створюють глобальну картину третього виміру Землі, збираючи дані, які можуть точно відстежувати зміни місцевості, включаючи льодовики, морський лід, ліси тощо. Єдиним приладом на ICESat-2 є ATLAS, вдосконалена система топографічного лазерного альтиметра, яка вимірюватиме танення крижаного шару та досліджуватиме, як підвищується рівень моря, вивчати зміни маси крижаних покривів та льодовиків, оцінювати та вивчати товщину морського льоду , та виміряти висоту покриву Рослинність у лісах та інших екосистемах по всьому світу. Кредит: NASA / Райан Фіцгіббонс

Відстеження цих складних процесів за допомогою далеких супутникових місій дасть важливе розуміння долі крижаного покриву. Важлива частина того, що гляціологи виявили про льодовикові покриви за останні 20 років, походить від спостережень за тим, як полярний лід змінювався у відповідь на потепління атмосфери та океанів, але такі тонкі процеси, як спосіб озерних систем транспортування води під льодом, також можуть бути Ключовим у дослідженнях, сказав Фрікер, – майбутні крижані покриви Антарктики.

“Це процеси, що відбуваються під Антарктидою, про які ми не мали б уявлення, якби не мали супутникових даних”, – сказав Фрікер, підкреслюючи, як його відкриття в 2007 році дозволило гляціологам підтвердити, що прихована водопровідна система Антарктиди швидше передає воду. ніж раніше думали. “Ми намагаємось отримати хороші прогнози щодо майбутнього Антарктиди, і такі інструменти, як ICESat-2, допомагають нам у моніторингу в оперативному масштабі”.

“Водна система, підключена до всієї системи Землі”

Як прісна вода з крижаного покриву може вплинути на циркуляцію Південного океану та його морських екосистем – одна з найкраще зберігаються таємниць Антарктиди. Оскільки підльодова гідрологія континенту відіграє важливу роль у переміщенні цієї води, Зігфрід також наголосив на зв’язку льодовикового покриву з рештою планети.

“Ми говоримо не лише про крижаний покрив”, – сказав Зігфрід. “Ми справді говоримо про водну систему, підключену до всієї системи Землі”.

Нещодавно Фрікер та інша група вчених виявили цей зв’язок між прісною водою та Південним океаном – але цього разу, розглянувши озера біля поверхні крижаного шельфу, великого крижаного покриву, який плаває в океані як продовження крижаного покриву. . Їх дослідження повідомляло, що велике озеро, вкрите льодом, раптово впало в 2019 році після того, як тріщина відкрилася або зламалася від дна озера до основи крижаного шельфу Амери у Східній Антарктиді.

Використовуючи дані ICESat-2, команда проаналізувала важкі зміни ландшафтів льодовикових шельфів. Ця подія залишила у Доліна, або раковини, значну депресію близько чотирьох квадратних миль (близько 10 квадратних кілометрів) або більше, ніж утричі більша за Центральний парк у Нью-Йорку. Тріщина скерувала майже 200 мільярдів галонів прісної води з поверхні крижаного шельфу в океан нижче протягом трьох днів.

Влітку тисячі бірюзових талих озер прикрашають блискучу білу поверхню крижаних полиць Антарктиди. Але ця раптова подія сталася в середині зими, коли вчені очікували, що вода на поверхні крижаного шельфу повністю замерзла. Оскільки ICESat-2 обертається навколо Землі з ідеально повторюваними земними шляхами, його лазери можуть показати різкі зміни рельєфу місцевості до та після стікання озера, навіть під час темряви арктичної зими.

Висотний профіль вище було отримано супутником 2 льоду, хмари та Землі NASA (ICESat-2) за допомогою вдосконаленої системи лазерного топографічного альтиметра (ATLAS). Зображення показує дані про висоту, отримані трьома різними лазерами ATLAS, коли супутник проходив над покритим кригою озером, яке раптово і раптово впало на поверхню крижаного шельфу Амери в Антарктиді в 2019 році. Кредит: Обсерваторія Землі НАСА

Роланд Уорнер, гляціолог з Австралійського партнерства з Антарктичної програми університету Тасманії та провідний автор дослідження виявив розсіяний льодовий шельф на знімках з Landsat 8, спільної місії НАСА та Геологічної служби США. Уорнер зазначив, що дренажна подія, швидше за все, була пов’язана з процесом гідрофракції, де водна маса озера створила поверхневий розрив через льодовиковий шельф прямо в океан нижче.

“Через цю втрату ваги від води на поверхні плавучого льодовикового шельфу все вигинається вгору посеред озера”, – сказав Уорнер. “Це те, що важко було виявити, просто вдивляючись у супутникові знімки”.

Озера та струмки, що протікають на крижаних шельфах Антарктиди, поширені в теплі місяці. Оскільки вчені очікують, що ці озера з талою водою будуть частішими у міру підвищення температури повітря, ризик гідравлічного руйнування також може зрости в найближчі десятиліття. Однак команда дійшла висновку, що зарано визначати, чи не призвело потепління клімату Антарктиди до загибелі спостережуваного озера на крижаному шельфі Амери.

Спостереження за утворенням доліну за даними альтиметрії було рідкісною можливістю, але це також така подія, яку гляціологи повинні проаналізувати, щоб вивчити всю динаміку льоду, відповідну моделям Антарктиди.

“Ми багато чого дізналися про динамічні процеси крижаного покриву із супутникової альтиметрії, і вкрай важливо, щоб ми планували, щоб наступне покоління альтиметричних супутників продовжило цей запис”, – сказав Фрікер.

Довідково: “Висвітлення процесів активних підльодовикових озер за допомогою лазерного альтиметра ICESat-2” М.Р. Зігфріда та Х.А. Фрікера, 7 липня 2021 р., Геофізичні дослідницькі листи.
doi: 10.1029 / 2020GL091089