NASAs Operation IceBridge afslutter 11 års polarundersøgelser

I elleve år fra 2009 til 2019, flyene fra NASAs Operation IceBridge fløj over Arktis, Antarktis og Alaska, indsamle data om højden, dybde, tykkelse, strømning og forandring af havisen, gletsjere og iskapper. Designet til at indsamle data i årene mellem NASAs to is, Sky, og jordhøjdesatellitter, ICESat og ICESat-2, IceBridge foretog sin sidste polarflyvning i november 2019, et år efter ICESat-2's succesfulde lancering.

Når holdet og flyene går videre til deres næste opgaver, videnskabsmændene og ingeniørerne reflekterede over et årti af IceBridges mest betydningsfulde bedrifter.

2009:IceBridges lancering og første flyvninger

NASAs første is, Sky, og landhøjdesatellit (ICESat) overvåget is, skyer, atmosfæriske partikler og vegetation globalt begyndende i 2003. Da ICESat nærmede sig slutningen af ​​sin levetid, NASA lavede planer om at blive ved med at måle ishøjde med fly indtil ICESat-2's lancering. ICESat afsluttede sin tjeneste i august 2009, og IceBridge overtog land- og havismålinger for det næste årti.

Antallet og modellerne af IceBridge-fly ændrede sig fra år til år, og de bar mere end et dusin instrumenter:fra højdekortlægningslasere og isgennemtrængende radarer, til optiske og infrarøde kameraer, til gravimetre og magnetometre, der afslører information om grundfjeldet under isen. Ud over blot at bygge bro over højdemålingsgabet, missionens omfattende pakke af instrumenter gjorde det muligt for den at dokumentere hurtige og langsomme ændringer af iskapperne, forstå de geofysiske årsager til disse ændringer, spore årlige udsving i havisens tykkelse og forbedre beregnings- og modelleringsværktøjer til forskning.

Før IceBridge, NASA overvågede årligt sårbare områder på Grønlands Indlandsis via Arctic Ice Mapping Project (AIM). Men IceBridge overgik langt tidligere kampagner i størrelse og omfang, med årlige undersøgelser af begge poler, flere instrumenter og en længere tidsramme, der gjorde det muligt at spore ændringer på tværs af og endda inden for år.

Et af IceBridges første vigtige bidrag var at kortlægge hundredvis af miles af jordforbindelseslinjer i både Antarktis og Grønland. Jordingslinjer er, hvor en gletsjers bund mister kontakten med grundfjeldet og begynder at flyde på havvand - en jordingslinje, der er højere end sten, som isen bag den hviler på, øger muligheden for fremtidig ustabil tilbagetrækning.

"Før IceBridge, vi havde en masse gletsjere, hvor vi ikke havde information om deres jordingslinjer, hvilket gjorde det udfordrende at modellere dem og udvikle pålidelige fremskrivninger af havniveaustigning, " sagde Michael Studinger, teamleder for Airborne Topographic Mapper (ATM) instrumentet og IceBridges projektforsker fra 2010 til 2015.

Holdet kortlagde 200 gletsjere langs Grønlands kystområder i løbet af deres årti af arbejde, samt kystområder, det indre af Grønlands Indlandsis og højt prioriterede områder i Antarktis. "Vi spurgte, "Hvordan vil det se ud i 2030 eller hundrede år fra nu?" sagde Studinger.

2011:Antarktiske gletsjerkløfter og kælvningsbegivenheder

Holdets ekspertise og tilpasningsevne gjorde det muligt for dem hurtigt at ændre flyruter efter behov. Under deres antarktiske undersøgelse i 2011, IceBridge-forskere så en massiv revne i Pine Island Glacier, en af ​​de hurtigst skiftende gletsjere på kontinentet. De vendte senere tilbage for at studere det nærmere, og revnen producerede en ny gletsjer den oktober. Denne smidighed gjorde IceBridge unikt alsidig og lydhør over for videnskabssamfundets behov, muliggør mere videnskab end deres baseline-opgaver.

Pine Island er blevet tyndere og mere ustabil i de seneste årtier, genererer nu nye isbjerge næsten hvert år. IceBridge overvågede Pine Island og andre antarktiske gletsjere hvert år, at se efter revner, der kan føre til isbjerge, og bruge radar og gravimetre til at kortlægge funktioner som dybvandskanalen under Pine Island Glacier, hvilket kan bringe varmt vand til undersiden og få det til at smelte hurtigere.

"Vi har brug for målinger for at forstå Antarktis is i dag og modeller for at forstå dens fremtid, som i sidste ende påvirker os alle via havniveauændringer, " sagde IceBridge-projektets videnskabsmand Joe MacGregor. "Nøjagtigt at måle, hvilke antarktiske gletsjere der bliver tyndere lige nu – og se hvordan de udvikler sig over flere år – hjælper os med at forbedre disse modeller. De fleste af de største ændringer i Antarktis is sker i Vestantarktis, og desværre, at isen med stor sandsynlighed vil fortsætte med at blive tyndere i en overskuelig fremtid."

2013:Ser under isen - på begge poler

I 2013 forskere fra British Antarctic Survey udgav et opdateret kort over grundfjeldet under det antarktiske indlandsis. Modellen inkluderede overflade elevation, istykkelse og grundfjeldstopografidata fra ICESat, IceBridge og missioner fra internationale partnere.

At forstå, hvilken slags sten der ligger under en indlandsis, kan give vigtige fingerpeg om, hvordan isen på toppen kan flyde og ændre sig, sagde Studinger.

"Tyngekraft og magnetiske målinger giver dig begrænsninger for at udlede, hvilken slags sten du har under en iskappe, " sagde han. "Det betyder noget for den måde og hastighed isen flyder på. Hvis du har blød sedimentsten, det og smeltevand kan være et smøremiddel til en indlandsis. Krystallinsk sten, som granit, er sværere at omdanne til et smøremiddel, gør det mere udfordrende for en indlandsis at udvikle et hurtigt flow."

Båret af sin egen vægt og dynamikken i jorden eller vandet under det, is flyder mod havet, til sidst flyder offshore og potentielt brækker ud i isbjerge, som dem fra Pine Island Glacier. Jo bedre videnskabsmænd forstår denne strøm, jo bedre kan de modellere, hvordan det kan udvikle sig i fremtiden. IceBridges udvalg af instrumenter, der måler toppen, midten og bunden af ​​det antarktiske indlandsis er unikt egnet til at studere denne proces, sagde Studinger.

"At have alle disse oplysninger sammen er utrolig værdifuldt, og vi gentager målingerne år efter år, så vi kan se, hvordan tingene ændrer sig over tid, " sagde han. "Det er et enormt dataaktiv og noget, vi ikke kan gøre fra rummet."

Nogle gange hjælper måling af det usete grundfjeld ikke kun med at forklare kendte processer, men giver også nye overraskelser. Forskere fra University of Bristol brugte årtiers luftbårne radardata, meget af det fra IceBridge, at kortlægge grundfjeldet under Grønlands Indlandsis. De fandt en hidtil ukendt canyon, der var mere end 400 miles lang og op til en halv mil dyb, der skærer gennem den nordlige halvdel af landet.

Forskerne mener, at kløften - kaldet Grønlands "grand canyon" - engang kan have været et flodsystem, og transporterer i dag sandsynligvis subglacialt smeltevand fra Grønlands indre til det arktiske hav.

2015:Det er, hvad der er indeni (indlandsisen), der tæller

Efter at have kortlagt grundfjeldet under Grønlands Indlandsis, videnskabsmænd vendte deres opmærksomhed mod de midterste lag af isen. Ved at bruge både isgennemtrængende radar og isprøver taget i marken, MacGregor og hans team skabte det første kort over indlandsisens mange lag, dannet, da tusinder af års sne blev komprimeret nedad og dannede is.

Som med alle modeller, en bedre forståelse af fortiden betyder mere robuste forudsigelser om fremtiden. Måling af tidligere smeltning, akkumulering og flow hjælper glaciologer med at forfine deres modeller af Grønlands Indlandsis fremtid.

"At få en fornemmelse af, hvor gammel Grønlands is er på forskellige dybder på tværs af øen, gav os mulighed for at kigge ind i dens fortid, " sagde MacGregor. "Ved at lave 3-D-kortet over Grønlands islag har vi fundet ud af, at indlandsisen er blevet langsommere i løbet af de sidste flere tusinde år. Det gav os også fingerpeg om, hvordan indlandsisen er blevet varmet tidligere, og hvor det kan fryses til grundfjeldet eller langsomt smelte i stedet."

2018:Færdiggørelse af databroen

ICESat-2 blev opsendt fra Californiens Vandenburg Air Force Base den 15. september, 2018, raketerer IceBridge ind i den sidste fase af sin mission:Forbindelse af ICESat og ICESat-2.

IceBridge fortsatte med at indsamle data efter ICESat-2's lancering, dens primære funktion er at validere den nye satellits målinger. Ved at udføre præcise underflyvninger, hvor fly sporede satellittens kredsløbslinjer og tog de samme målinger på næsten samme tid, videnskabsholdene kunne sammenligne resultater og sikre sig, at ICESat-2's instrumenter fungerede korrekt.

Normalt, IceBridge-flyvninger blev udført i fuldt dagslys, for maksimal synlighed. Men under satellitunderflyvningerne, flyene tog også målinger i skumringen, at se efter ændringer i nøjagtigheden med lavere lys. De målte også såkaldt "blå is, "eller is, der ikke er dækket af sne, for bedre at forstå, hvordan laserne trængte ind i is.

IceBridge underfløj en række europæiske satellitter i løbet af de ti år, ligesom ESA's CryoSat-2 og Sentinel-3 satellitter, og fløj over jordkampagner som ESA's CryoVEx-kampagne og de danske PROMICE vejrstationer. Den er præcis, reliable measurements provided a standard to help other missions ensure high-quality measurements of their own.

2019:The end of an era

I 2019, IceBridge continued flying in support of ICESat-2 for its Arctic and Antarctic campaigns. The hundreds of terabytes of data the team collected over the decade will fuel science for years to come.

"This data doesn't get old, " Studinger said. "This data set we have right now will be incredibly valuable going into the future. It's basically the only data set of its kind that we have."

"Our data is freely available to anyone, " said project manager Eugenia De Marco. "I believe that, as humans, we are stewards of this planet, and as such, it is our responsibility to take care of it. The first step in that process is to find out what's going on with the physical world so we can better address the challenges facing our planet. I believe IceBridge and the data it has collected helps answer the question of what's going on, and that is one of the biggest contributions IceBridge has provided over the years."

The campaign completed more than 900 flights between Greenland and Antarctica, and more than 150 in Alaska. While some members of the team changed over the decade, some have been with the project since its beginning.

"We had this incredible can-do attitude on both the instrument teams and the aircraft teams, " said Studinger, who was the project's first lead scientist in 2009 and worked with the mission throughout the decade. "We might have been working really long days for 11 weeks straight in Greenland, but still, at 5 in the morning, people step on the airplane and say hello with a big smile on their face. It really speaks to the people, who for me, were the most enjoyable part—the IceBridge family."

IceBridge finished its last polar flight on November 20, 2019. The team will complete one more set of Alaska flights in 2020.

"Operation IceBridge took what NASA had already learned how to do with planes at the poles and supersized it, with consistently successful airborne campaigns across the Arctic and Antarctic for eleven years straight, " said MacGregor. "While IceBridge was laser-focused on its primary objective—bridging the gap between ICESat and ICESat-2—it was sufficiently big and broad in scope that it generated a momentum all its own, også. IceBridge opened the door to new ways of thinking about monitoring the polar regions and enabled numerous unexpected discoveries, and brought new scientists and new data types into the fold."