Блог

Jul 03, 2023

Понимание льда с помощью лазеров: новый инструмент помогает исследователям изучать удаленные ледники

Поскольку потепление атмосферных температур приводит к истончению и отступлению ледников по всему миру, необходимо понять, как ледники реагируют на изменение климата, рост водорослей и примеси, такие как пыль и сажа.

Поскольку повышение температуры атмосферы приводит к истончению и отступлению ледников по всему миру, жизненно важно понять, как ледники реагируют на изменение климата, рост водорослей и примеси, такие как пыль и черный углерод. Понимание ответных мер помогает ученым, политикам и сообществам смягчить ущерб и защитить водоразделы и сообщества, которые полагаются на эти ледники. Однако многие ледники расположены в отдаленных местах, к которым может быть трудно получить доступ и изучить их. В статье, опубликованной в Журнале гляциологии в мае 2022 года, физик Маркус Аллгайер в сотрудничестве с геологами и географами разработал портативный инструмент, который можно легко поместить в рюкзак и переносить на отдаленные ледники для измерения оптических свойств и состава их льда.

Сбор данных о составе льда и отступлении ледников важен для оценки того, как ледники реагируют на изменение климата. Эти данные также помогают ученым предсказать, как их отступление может повлиять на сообщества, расположенные ниже по течению от ледников. В настоящее время многие гляциологи полагаются на методы моделирования для оценки состава льда ледников, особенно для более удаленных ледников, к которым сложно получить доступ и которые трудно исследовать. Однако, не находясь на леднике, может быть трудно точно измерить состав льда, рост водорослей, а также уровень пыли и черного углерода. Этот дефицит делает ранцевую гляциологию — походы в отдаленные места с портативным оборудованием для физических измерений на ледниках — жизненно важной для понимания льда и его поведения.

Удаленные ледники, такие как ледник Деминга в Вашингтоне, редко изучаются из-за сложности доступа, особенно с тяжелым оборудованием на буксире. Вместо этого исследователям приходится полагаться на спутниковые фотографии или наблюдения издалека, которые не всегда могут дать полную картину отступления ледника. (С разрешения Дженны Трэверс)

Однако рюкзачная гляциология имеет свой компромисс. Чтобы инструменты были портативными, они часто просты и не способны измерять такие переменные, как альбедо, что важно для понимания отступления. Например, климатический проект ледников Норт-Каскейдс, многолетний проект по измерению ледников на северо-западе Вашингтона, для проведения большей части исследований использует длинный металлический зонд со съемными сегментами, лазерный дальномер и маркированные веревки. Эти инструменты действительно помогают исследователям собирать важные данные о глубине снега, скорости абляции, местонахождении конечных точек и профилях ледников, но у ученых, надеющихся измерить альбедо или состав льда на удаленных ледниках, мало выбора.

Аллгайер, постдокторант физика из Университета Орегона, работает над решением проблемы отсутствия вариантов и улучшением инструментов измерения, доступных гляциологам во всем мире. Аллгайер объяснил в интервью GlacierHub, что, хотя его опыт работы связан с квантовой физикой, он хотел «применить эти области к наукам об окружающей среде и исследованиям климата», ссылаясь на свою любовь к горам и желание внести свой вклад в исследования, направленные на их понимание. Он начал с исследования того, какие оптические измерения используют гляциологи, и размышлений о том, как их можно улучшить и чего не хватает в используемых в настоящее время методах. Он пригласил гляциологов, географов и гидрологов для совместной разработки инструмента.

Кульминацией этого сотрудничества стала разработка устройства, которое измеряет состав и структуру ледникового льда с помощью фотонов или субатомных частиц света. Устройство посылает лазерный импульс в ледник и измеряет время, необходимое фотонам, чтобы отскочить от льда и попасть в приемник на расстоянии примерно двух метров. Пузырьки воздуха внутри ледника рассеивают лазерный импульс в случайных направлениях, изменяя как время, необходимое для попадания в приемник, так и форму импульса, когда он туда попадает. По словам Аллгайера, «форма импульса и продолжительность обнаруженного света уникальны, и они говорят нам, сколько света поглощается льдом и насколько сильно рассеивается». Эти данные, в свою очередь, позволяют исследователям определять состав и плотность льда, а также оптические свойства ледников. Их можно использовать для прогнозирования скорости отступления.