Jak po lodzie – nowe techniki dostarczają wiedzy na temat wpływu układu lądolodów na ruch lodowców
Znajomość właściwości materiałowych lodu lodowcowego jest niezbędna do dokładnego modelowania ruchów lądolodów na Grenlandii i Antarktydzie. Jednym ze sposobów analizy jest przyjrzenie się ogólnemu rozkładowi kryształów lodu. Rozkład ten, określany przez badaczy mianem struktury lodu, powstaje w wyniku skumulowanych naprężeń wywieranych na lód wraz z upływem kolejnych tysiącleci. Obok temperatury lodu jest zarazem jednym z czynników wpływających znacząco na jego lepkość, jednak w przeciwieństwie do niej jego wpływ jest zależny od kierunku. Co ważniejsze, efekt ten nie jest zazwyczaj uwzględniany w modelach przepływu lodu, w związku z czym brakuje nam wiedzy na temat ogólnego wpływu struktury lodu na rozwój lądolodu oraz przewidywany wzrost poziomu mórz i oceanów. Szczególną uwagę należy zwrócić w tym kontekście na strumienie lodowe – kanały, przez które płynie lód trafiający do oceanów. Korzystając z danych zgromadzonych przez British Antarctic Survey przy Strumieniu Lodowym Rutforda na terenie Zachodniej Antarktydy, badacze wspieranego przez działanie „Maria Skłodowska-Curie” projektu BRISRES opracowali nowatorskie metodologie pozwalające na badanie zmienności przestrzennej struktury i lepkości lodu. „Porównując te dane z satelitarnymi obserwacjami prędkości powierzchni lodu oceniliśmy, w jaki sposób mikrostruktura tkanki lodu wpływa na jego przepływ w skali makro”, twierdzi Tom Jordan, były pracownik naukowy Uniwersytetu w Bristolu, który jest gospodarzem projektu. Stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie” wykazał, że struktura lodu przyczynia się do jego zmiękczenia w wyniku oddziaływania sił ściskających i ścinających w strumieniu lodowym, co usprawnia jego przepływ.
Wprowadzanie nowych metod
Informacje na temat struktury lodu zwykle opierają się na próbkach rdzenia lodowego pobieranych z wolno płynącego wnętrza lądolodu. Badając ułożenie kryształów, badacze są w stanie docierać do informacji na temat przepływu lodu zarówno w przeszłości, jak i trwającego obecnie. Innym podejściem jest wykorzystanie technik geofizycznych takich jak sondowanie radarowe wykorzystujące zjawisko polaryzacji, badając kierunek drgań fal radiowych. Taka technika pozwala na dokonanie pomiarów pionowych i bocznych zmian w strukturze lodu, co stanowi klucz do zrozumienia ich wpływu na dynamikę jego przepływu. „Dane z pomiarów radarowych są szczególnie atrakcyjne, ponieważ mogą być szybko gromadzone zarówno z powierzchni lądolodu, jak i z samolotów, co umożliwia opracowywanie map w skali całego kontynentu”, wyjaśnia Jordan. „Dotychczas wykorzystywane metody skutkowały jednak otrzymywaniem niejednoznacznych danych, a dokonywane pomiary nie były uwzględniane w modelach przepływu lodu”. Badacze z projektu BRISRES opracowali nowatorską metodę pozyskiwania informacji o strukturze lodu ze spolaryzowanych danych radarowych w oparciu o technikę interferometrii wykorzystującą fazę fali do dokonywania precyzyjnych pomiarów ułożenia kryształów. Następnie powstał proces wprowadzania danych z pomiarów struktury do modeli przepływu lodu, uwzględniający zależność lepkości od kierunku. „Zespół terenowy pracujący na powierzchni lądolodu może teraz szybko oszacować wpływ struktury lodu pod ich nogami na jego lepkość”, zauważa Jordan. Metody te zostały opracowane na terenie wolno płynącego lądolodu w Grenlandii, gdzie ich wyniki mogły zostać porównane z danymi pozyskanymi z rdzenia lodowego przed ich zastosowaniem w szybko płynących regionach pokrywy lodowej Antarktydy. „Dużym zaskoczeniem była złożoność struktury lodu w Strumieniu Lodowym Rutforda, gdzie odkryliśmy szybkie zmiany struktury w ramach kolumny lodu – struktura na większej głębokości znacząco odbiegała od tej, którą znaleźliśmy bliżej powierzchni. Uważamy, że uproszczony model pionowy nie pozwoli na zrozumienie najważniejszych właściwości materiałowych lodu”, uważa Jordan.
Lepsze modele przepływu lodu
Dzięki ograniczeniu lepkości lodu, techniki opracowane w ramach projektu BRISRES pozwalają na dokładniejsze modelowanie przepływu lodu. Co więcej, lepsze zrozumienie krytycznych pod względem dynamiki regionów lądolodów takich jak strumienie lodowe pozwoli naukowcom dokładniej badać stabilność pokryw lodowych, co przyczyni się do usprawnienia strategii zapobiegania wzrostowi poziomu morza. Metodologie powstałe w ramach prac naukowców skupionych wokół projektu BRISRES są już teraz wykorzystywane przez zespoły glacjologów badające między innymi Lodowiec Thwaites, jeden z najbardziej niestabilnych lodowców Antarktydy Zachodniej.
Słowa kluczowe
BRISRES, przepływ lodu, struktura lodu, rdzeń, lądolód, Antarktyda, Grenlandia, wzrost poziomu mórz i oceanów, kryształ lodowy, lepkość lodu
