Vesmírný laser NASA objevuje nová jezera pod ledem v Antarktidě

Mapa antarktických vodních jezer NASA ICESat-2 v ohromujícím rozlišení

Antarktický ledový štít může seshora vypadat jako klidný a trvalý ledový příkrov, který po miliony let pokrýval Antarktidu. Ledový štít však může být v nejhlubší hloubce tisíce metrů hluboký a skrývá stovky jezer meltwater, kde se jeho základna setkává s podloží kontinentu. Hluboko pod povrchem se některá z těchto jezer neustále plní a odvádějí prostřednictvím systému vodních cest, které nakonec odtékají do oceánu.

Nyní, s nejpokročilejším laserovým nástrojem NASA pro pozorování Země, jaký kdy ve vesmíru provedli, vědci vylepšili své mapy jezerních systémů ukrytých pod ledovou vrstvou západního Antarktidy – a objevili dvě z těchto aktivních subglaciálních jezer.

Nová studie poskytuje pohled na objevování nových ledovcových jezer z vesmíru a také na posouzení toho, jak tento skrytý vodovodní systém ovlivňuje rychlost klouzání ledu v Jižním oceánu a přidává čerstvou vodu, která může změnit jeho cirkulaci a ekosystémy.

Satelitní satelit NASA Ice, Cloud and Earth 2 nebo ICESat-2 umožnil vědcům přesně mapovat subglaciální jezera. Družice měří výšku povrchu ledu, který navzdory své obrovské tloušťce stoupá nebo klesá, když se jezera naplní nebo vyprázdní pod ledovou vrstvou.

V hlubinách antarktického ledového příkrovu se ukrývají stovky jezer meltwater. Díky výkonnému laserovému výškoměru ve vesmíru pomáhá NASA Ice Cloud a Earth Elevation Satellite 2 (ICESat-2) vědcům „vidět“ pod led. Uznání: Goddard Space Flight Center NASA

Studie publikovaná 7. července 2021 v Dopisy o geofyzikálním výzkumu, integruje údaje o nadmořské výšce od předchůdce ICESat-2, původní mise ICESat, jakož i satelitu Evropské kosmické agentury věnovaného monitorování tloušťky polárního ledu, CryoSat-2.

Hydrologické systémy pod antarktickým ledovým příkrovem byly po celá desetiletí záhadou. To se začalo měnit v roce 2007, kdy Helen Amanda Fricker, glaciologička z Scripps Institution of Oceanography na Kalifornské univerzitě v San Diegu, dosáhla průlomu, který pomohl aktualizovat klasické chápání subglaciálních jezer v Antarktidě.

S využitím dat z původního ICESat v roce 2007 Fricker poprvé objevil, že pod rychle tekoucími ledovcovými toky Antarktidy navzájem komunikuje celá síť jezer, která časem aktivně plní a odvádí vodu. Předtím se o těchto jezerech myslelo, že zadržují roztavenou vodu stabilně, bez plnění a vypouštění.

„Objevení těchto vzájemně propojených systémů jezer na ledovcovém rozhraní, které pohybují vodou kolem, se všemi těmito dopady na glaciologii, mikrobiologii a oceánografii – to byl hlavní objev z mise ICESat,“ řekl docent Matthew Siegfried. Geofyzika na Colorado School of Mines, Golden, Colorado, a hlavní řešitel nové studie. „ICESat-2 je jako nasazování brýlí po použití ICESat, data jsou v tak vysokém rozlišení, že můžeme skutečně začít mapovat hranice jezera na povrchu.“

Vědci předpokládali, že výměna subglaciální vody v Antarktidě je způsobena kombinací faktorů, včetně kolísání tlaku vyvíjeného velkou hmotností ledu nahoře, tření mezi vrstvou ledového plátu a horninou pod ním a teplem ze země pod izolovanou o tloušťce ledu. To je výrazný kontrast k grónskému ledovému příkrovu, kde jsou jezera na ledovém lůžku naplněna vodou z taveniny, která odtéká trhlinami a otvory na povrchu.

Při studiu oblastí, kde se subglaciální jezera plní a často odčerpávají satelitní data, pracoval Siegfried s Frickerem, který hrál klíčovou roli při navrhování způsobu, jakým mise ICESat-2 sleduje polární led z vesmíru.

Nový výzkum Siegfrieda a Frickera ukazuje, že skupina jezer včetně jezer Conway a Mercer pod ledovými toky Mercer a Whillans v západní Antarktidě zažívá období sušení již potřetí od doby, kdy původní mise ICESat začala měřit změny nadmořské výšky na povrchu ledu list v roce 2003. V této oblasti se nacházejí dvě nově objevená jezera.

Kromě poskytnutí důležitých údajů studie také odhalila, že obrysy nebo hranice jezer se mohou postupně měnit, jak voda vstupuje a opouští nádrže.

„Opravdu zmapujeme veškeré výškové rozdíly, které v tomto bodě existují,“ řekl Siegfried. „Pokud jsou jezera, která se plní a odčerpávají, najdeme je pomocí ICESat-2.“

„Pomozte nám sledovat“ pod ledovou pokrývkou الغطاء

Přesné měření bazální taveniny je zásadní, pokud mají vědci lépe porozumět subglaciálnímu instalatérskému systému Antarktidy a tomu, jak by tato sladká voda mohla změnit rychlost ledového štítu nad nebo cirkulaci oceánu, do kterého nakonec proudí.

Antarktický ledový štít, obrovský dóm, který pokrývá většinu kontinentu, pomalu teče ven z centrální oblasti kontinentu jako velmi hustý plást. Jak se ale led přibližuje k pobřeží, jeho rychlost se dramaticky mění a mění se v říční ledovcové proudy, které rychle pohybují ledem k oceánu rychlostí až několika metrů za den. Rychlost nebo pomalost pohybu ledu částečně závisí na způsobu, jakým voda z taveniny maže ledovou desku, když klouže po podkladovém podloží.

Když se ledová vrstva pohybuje, trpí prasklinami, prasklinami a jinými vadami. Když jezera pod ledem získávají nebo ztrácejí vodu, narušují také zamrzlou hladinu nahoře. Velký nebo malý, ICESat-2 mapuje tyto změny výšky s přesností pouhých několika palců pomocí systému laserového výškoměru, který dokáže měřit zemský povrch v bezprecedentních detailech.

ICESat-2 poskytne vědcům altimetrická měření, která vytvoří globální obraz třetí dimenze Země a shromáždí data, která mohou přesně sledovat změny v terénu, včetně ledovců, mořského ledu, lesů a dalších. Jediným nástrojem na ICESat-2 je ATLAS, pokročilý systém topografického laserového výškoměru, který bude měřit tání ledových příkrovů a zkoumat, jak stoupají hladiny moří, zkoumat změny v množství ledových příkrovů a ledovců, odhadovat a studovat tloušťku mořského ledu a změřte výšku vegetace v lesích a dalších ekosystémech po celém světě. Uznání: NASA / Ryan Fitzgibbons

Sledování těchto složitých procesů pomocí satelitních misí dlouhého doletu poskytne důležité informace o osudu ledového příkrovu. Důležitá část toho, co glaciologové objevili o ledových štítech za posledních 20 let, pochází z pozorování toho, jak se polární led změnil v reakci na oteplování atmosféry a oceánů, ale mohou být také jemné procesy, jako je způsob, jakým systémy jezer přenášejí vodu pod ledem. klíč ve studiích, řekl Fricker. budoucí antarktické ledové příkrovy.

„Jedná se o procesy probíhající pod Antarktidou, o kterých bychom neměli ponětí, kdybychom neměli satelitní data,“ uvedl Fricker a zdůraznil, jak jeho objev v roce 2007 umožnil glaciologům potvrdit, že skrytý vodovodní systém Antarktidy přenáší vodu rychleji. než se dříve myslelo. „Snažili jsme se získat dobré předpovědi o budoucnosti Antarktidy a nástroje jako ICESat-2 nám pomáhají s monitorováním v provozním měřítku.“

„Vodní systém napojený na celý systém Země“

To, jak může sladká voda z ledového příkrovu ovlivnit oběh Jižního oceánu a jeho mořských ekosystémů, je jedním z nejlépe střežených tajemství Antarktidy. Vzhledem k tomu, že subglaciální hydrologie kontinentu hraje hlavní roli při pohybu této vody, Siegfried také zdůraznil spojení ledového příkrovu se zbytkem planety.

„Nemluvíme jen o ledové pokrývce,“ řekl Siegfried. „Opravdu mluvíme o vodním systému připojeném k celému systému Země.“

Nedávno Fricker a další tým vědců objevili toto spojení mezi sladkou vodou a jižním oceánem – ale tentokrát při pohledu na jezera poblíž povrchu ledového šelfu, velký ledový příkrov, který se vznáší nad oceánem jako prodloužení ledového příkrovu. . Jejich studie uvedla, že velké jezero pokryté ledem se v roce 2019 náhle zhroutilo poté, co se trhlina otevřela nebo praskla od dna jezera k základně Amerického ledového šelfu ve východní Antarktidě.

S využitím údajů z ICESat-2 tým analyzoval drsnou změnu v krajině ledových šelfů. Událost zanechala panenku nebo potopu, dramatickou depresi o rozměrech asi čtyři čtvereční míle (asi 10 čtverečních kilometrů) nebo více než trojnásobek velikosti Central Parku v New Yorku. Trhlina odklonila téměř 200 miliard galonů čerstvé vody z povrchu ledového šelfu do oceánu níže během tří dnů.

Během léta zdobí lesknoucí se bílý povrch ledových polí v Antarktidě tisíce tyrkysových jezer s tavnou vodou. K této náhlé události však došlo uprostřed zimy, kdy vědci očekávali, že voda na povrchu ledového šelfu úplně zmrzla. Protože ICESat-2 obíhá kolem Země s dokonale se opakujícími pozemními trajektoriemi, mohou její lasery ukázat dramatickou změnu terénu před a po odtoku jezera, dokonce i za tmy arktické zimy.

Výškový profil výše získal satelit NASA Ice, Cloud a Earth Satellite 2 (ICESat-2) pomocí Advanced Laser Topographic Altimeter System (ATLAS). Obrázek ukazuje údaje o nadmořské výšce získané třemi různými lasery ATLAS, když satelit prošel přes ledem pokryté jezero, které se v roce 2019 náhle a náhle zhroutilo na povrch Amerického ledového šelfu v Antarktidě. Uznání: Earth Earth Observatory NASA

Roland Warner, glaciolog z australského antarktického programu Partnerství University of Tasmania, a hlavní autor studie objevil rozptýlený ledový šelf na obrázcích z Landsat 8, společné mise mezi NASA a americkým geologickým průzkumem. Warner uvedl, že událost odvodnění byla s největší pravděpodobností způsobena hydrofrackingovým procesem, kdy vodní hmota jezera vytvořila povrchovou trhlinu skrz ledový šelf přímo do oceánu pod ním.

„Kvůli tomuto úbytku hmotnosti z vody na povrchu plovoucího ledového šelfu se vše uprostřed jezera zakřivilo vzhůru,“ řekl Warner. „To je něco, co bylo obtížné zjistit pouhým pohledem na satelitní snímky.“

Jezera a potoky tekoucí po ledových šelfech Antarktidy jsou v teplejších měsících běžné. Vzhledem k tomu, že vědci očekávají, že tato jezera s tavnou vodou budou častější s rostoucí teplotou vzduchu, může se v příštích desetiletích také zvýšit riziko hydraulického štěpení. Tým však dospěl k závěru, že je příliš brzy na to, aby určil, zda oteplování v podnebí Antarktidy způsobuje zánik pozorovaného jezera na ledové štole Ameri.

Sledování formování dolin pomocí dat z altimetrie bylo vzácnou příležitostí, ale je to také druh události, kterou musí glaciologové analyzovat, aby mohli studovat veškerou dynamiku ledu relevantní pro modely v Antarktidě.

„Dozvěděli jsme se hodně o dynamických procesech ledového příkrovu ze satelitní altimetrie a je bezpodmínečně nutné, abychom v plánu pokračovali v další generaci altimetrických satelitů,“ řekl Fricker.

Odkaz: „Osvětlení procesů aktivních subglaciálních jezer laserovým výškoměrem ICESat-2“ M.R. Siegfrieda a H.A.Frickera, 7. července 2021, Dopisy o geofyzikálním výzkumu.
doi: 10.1029 / 2020GL091089