Fiberoptik plejede at måle temperaturen på Grønlands Indlandsis

Forskere har brugt fiberoptisk sensing til at opnå de mest detaljerede målinger af isegenskaber nogensinde taget på Grønlands Indlandsis. Deres resultater vil blive brugt til at lave mere nøjagtige modeller af den fremtidige bevægelse af verdens næststørste iskappe, efterhånden som virkningerne af klimaændringer fortsætter med at accelerere.

Forskerholdet, ledet af University of Cambridge, brugt en ny teknik, hvor laserimpulser transmitteres i et fiberoptisk kabel for at opnå meget detaljerede temperaturmålinger fra indlandsisens overflade og hele vejen til bunden, mere end 1000 meter under.

I modsætning til tidligere undersøgelser, som målte temperatur fra separate sensorer placeret ti eller endda hundreder af meter fra hinanden, den nye metode gør det muligt at måle temperaturen langs hele længden af ​​et fiberoptisk kabel installeret i et dybt borehul. Resultatet er en meget detaljeret profil af temperatur, som styrer hvor hurtigt isen deformeres og i sidste ende hvor hurtigt iskappen flyder.

Temperaturen af ​​iskapper mentes at variere som en jævn gradient, med de varmeste sektioner på overfladen, hvor solen rammer, og ved bunden, hvor det opvarmes af geotermisk energi og friktion, mens iskappen kværner hen over det subglaciale landskab mod havet.

Den nye undersøgelse fandt i stedet, at temperaturfordelingen er langt mere heterogen, med områder med stærkt lokaliseret deformation, der opvarmer isen yderligere. Denne deformation er koncentreret ved grænserne mellem is af forskellige aldre og typer. Selvom den nøjagtige årsag til denne deformation forbliver ukendt, det kan skyldes støv i isen fra tidligere vulkanudbrud eller store sprækker, som trænger flere hundrede meter ned under isens overflade. Resultaterne er rapporteret i journalen Videnskabens fremskridt .

Massetab fra Grønlands Indlandsis er seksdoblet siden 1980'erne og er nu den største enkeltstående bidragyder til den globale havniveaustigning. Omkring halvdelen af ​​dette massetab er fra afstrømning af overfladesmeltevand, mens den anden halvdel er drevet af udledning af is direkte i havet af hurtigt strømmende gletsjere, der når havet.

For at bestemme, hvordan isen bevæger sig, og de termodynamiske processer, der arbejder inden for en gletsjer, nøjagtige istemperaturmålinger er afgørende. Forholdene på overfladen kan detekteres af satellitter eller feltobservationer på en forholdsvis ligetil måde. Imidlertid, at bestemme, hvad der sker ved bunden af ​​den kilometertykke iskappe, er langt mere udfordrende at observere, og mangel på observationer er en væsentlig årsag til usikkerhed i fremskrivninger af global havniveaustigning.

RESPONDER projektet, finansieret af Det Europæiske Forskningsråd, løser dette problem ved hjælp af varmtvandsboreteknologi til at bore gennem Sermeq Kujalleq (Store Glacier) og direkte studere miljøet ved bunden af ​​en af ​​Grønlands største gletsjere.

"Vi tager normalt målinger i indlandsisen ved at fastgøre sensorer til et kabel, som vi sænker ned i et boret borehul, men de observationer, vi har lavet indtil videre, gav os ikke et fuldstændigt billede af, hvad der sker, " sagde medforfatter Dr. Poul Christoffersen fra Scott Polar Research Institute, der leder RESPONDER-projektet. "Jo mere præcise data vi er i stand til at indsamle, jo klarere kan vi gøre det billede, hvilket igen vil hjælpe os med at lave mere præcise forudsigelser for iskappens fremtid."

"Med typiske sansemetoder, vi kan kun fastgøre omkring et dusin sensorer på kablet, så målingerne er meget spredte, " sagde førsteforfatter Robert Law, en ph.d. kandidat ved Scott Polar Research Institute. "Men ved at bruge et fiberoptisk kabel i stedet, i det væsentlige bliver hele kablet en sensor, så vi kan få præcise mål fra overfladen hele vejen til basen."

For at installere kablet, forskerne skulle først bore gennem gletsjeren, en proces ledet af professor Bryn Hubbard og Dr. Samuel Doyle fra Aberystwyth University. Efter at have sænket kablet ned i borehullet, holdet sendte laserimpulser i kablet, og registrerede derefter forvrængningerne i spredningen af ​​lys i kablet, som varierer afhængigt af temperaturen på den omgivende is. Ingeniører ved Delft University of Technology i Holland og geofysikere ved University of Leeds hjalp med dataindsamling og analyse.

"Denne teknologi er et stort fremskridt i vores evne til at registrere rumlige variationer i istemperaturen over lange afstande og ved virkelig høj opløsning. Med nogle yderligere tilpasninger, teknikken kan også registrere andre egenskaber, såsom deformation, i tilsvarende høj opløsning, " sagde Hubbard.

"Samlet set, vores aflæsninger tegner et billede, der er langt mere varieret, end hvad nuværende teori og modeller forudsiger, ", sagde Christoffersen. "Vi fandt, at temperaturen var stærkt påvirket af deformationen af ​​is i bånd og ved grænserne mellem forskellige typer is. Og dette viser, at der er begrænsninger i mange modeller, inklusive vores egen."

Forskerne fandt tre lag is i gletsjeren. Det tykkeste lag består af kold og stiv is, som er dannet over de sidste 10, 000 år. Under, de fandt ældre is fra sidste istid, som er blødere og mere deformerbar på grund af støv fanget i isen. Hvad overraskede forskerne mest, imidlertid, var et lag af varm is mere end 70 meter tykt i bunden af ​​gletsjeren. "Vi kender denne type varm is fra langt varmere alpine miljøer, men her producerer gletsjeren varmen ved at deformere sig selv, sagde Law.

"Med disse observationer, vi begynder bedre at forstå, hvorfor indlandsisen i Grønland taber masse så hurtigt, og hvorfor udledning af is er en så fremtrædende mekanisme for istab, sagde Christoffersen.

En af de største begrænsninger i vores forståelse af klimaændringer er knyttet til gletsjeres og iskappers adfærd. De nye data vil give forskerne mulighed for at forbedre deres modeller af, hvordan indlandsisen i Grønland bevæger sig i øjeblikket, hvordan det kan bevæge sig i fremtiden, og hvad det vil betyde for den globale havniveaustigning.

Forskningen blev delvist finansieret af EU.