Wissenschaftler haben die faseroptische Abtastung verwendet, um die detailliertesten Messungen der Eiseigenschaften zu erhalten, die jemals auf dem grönländischen Eisschild durchgeführt wurden. Ihre Ergebnisse werden verwendet, um genauere Modelle der zukünftigen Bewegung der zweitgrößten Eisdecke der Welt zu erstellen, da sich die Auswirkungen des Klimawandels weiter beschleunigen.
Das von der Universität Cambridge geleitete Forschungsteam verwendete eine neue Technik, bei der Laserpulse in einem Glasfaserkabel übertragen werden, um hochdetaillierte Temperaturmessungen von der Oberfläche der Eisdecke bis zur Basis zu erhalten, mehr als 1000 Meter unter.
Im Gegensatz zu früheren Studien, bei denen die Temperatur von separaten Sensoren gemessen wurde, die sich in einem Abstand von zehn oder sogar Hunderten von Metern befinden, ermöglicht der neue Ansatz die Messung der Temperatur über die gesamte Länge eines in einem tiefen Bohrloch installierten Glasfaserkabels. Das Ergebnis ist ein sehr detailliertes Temperaturprofil, das steuert, wie schnell sich das Eis verformt und wie schnell die Eisdecke fließt.
Es wurde angenommen, dass die Temperatur der Eisdecke als gleichmäßiger Gradient variiert, wobei die wärmsten Abschnitte auf der Oberfläche, auf die die Sonne trifft, und an der Basis, an der sie durch geothermische Energie und Reibung erwärmt wird, wenn die Eisdecke über die subglaziale Landschaft in Richtung Ozean schleift .
Die neue Studie ergab stattdessen, dass die Temperaturverteilung weitaus heterogener ist und Bereiche mit stark lokalisierter Verformung das Eis weiter erwärmen. Diese Verformung konzentriert sich auf die Grenzen zwischen Eis unterschiedlichen Alters und Typs. Obwohl die genaue Ursache dieser Verformung unbekannt ist, kann dies auf Staub im Eis von früheren Vulkanausbrüchen oder großen Brüchen zurückzuführen sein, die mehrere hundert Meter unter die Eisoberfläche eindringen. Die Ergebnisse werden im Journal veröffentlicht Fortschritte in der Wissenschaft.
Der Massenverlust durch die grönländische Eisdecke hat sich seit den 1980er Jahren versechsfacht und trägt heute am meisten zum globalen Anstieg des Meeresspiegels bei. Etwa die Hälfte dieses Massenverlusts ist auf das Abfließen von Oberflächenschmelzwasser zurückzuführen, während die andere Hälfte durch die Ableitung von Eis direkt in den Ozean durch schnell fließende Gletscher, die das Meer erreichen, angetrieben wird.
Um festzustellen, wie sich das Eis bewegt und welche thermodynamischen Prozesse innerhalb eines Gletschers ablaufen, sind genaue Eistemperaturmessungen unerlässlich. Bedingungen auf der Oberfläche können durch Satelliten oder Feldbeobachtungen auf relativ einfache Weise erfasst werden. Es ist jedoch weitaus schwieriger zu bestimmen, was an der Basis der kilometerdicken Eisdecke passiert, und ein Mangel an Beobachtungen ist eine Hauptursache für die Unsicherheit bei den Prognosen des globalen Anstiegs des Meeresspiegels.
Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte RESPONDER-Projekt befasst sich mit diesem Problem mithilfe der Heißwasserbohrtechnologie, um Sermeq Kujalleq (Store Glacier) zu durchbohren und die Umwelt am Fuße eines der größten Gletscher Grönlands direkt zu untersuchen.
“Normalerweise nehmen wir Messungen innerhalb der Eisdecke vor, indem wir Sensoren an einem Kabel anbringen, das wir in ein gebohrtes Bohrloch absenken. Die Beobachtungen, die wir bisher gemacht haben, gaben uns jedoch kein vollständiges Bild davon, was passiert”, sagte Co-Autor Dr. Poul Christoffersen vom Scott Polar Research Institute, der das RESPONDER-Projekt leitet. “Je genauer die Daten sind, die wir erfassen können, desto klarer können wir dieses Bild erstellen, was uns wiederum dabei hilft, genauere Vorhersagen für die Zukunft der Eisdecke zu treffen.”
“Mit typischen Erfassungsmethoden können wir nur etwa ein Dutzend Sensoren an das Kabel anschließen, sodass die Messungen sehr weit auseinander liegen”, sagte der Erstautor Robert Law, Doktorand am Scott Polar Research Institute. “Durch die Verwendung eines Glasfaserkabels wird im Wesentlichen das gesamte Kabel zu einem Sensor, sodass wir präzise Messungen von der Oberfläche bis zur Basis erhalten können.”
Um das Kabel zu installieren, mussten die Wissenschaftler zunächst den Gletscher durchbohren, ein Prozess, der von Professor Bryn Hubbard und Dr. Samuel Doyle von der Aberystwyth University geleitet wurde. Nach dem Absenken des Kabels in das Bohrloch sendete das Team Laserpulse im Kabel und zeichnete dann die Verzerrungen der Lichtstreuung im Kabel auf, die je nach Temperatur des umgebenden Eises variieren. Ingenieure der Technischen Universität Delft in den Niederlanden und Geophysiker der Universität Leeds halfen bei der Datenerfassung und -analyse.
“Diese Technologie ist ein großer Fortschritt in unserer Fähigkeit, räumliche Schwankungen der Eistemperatur über große Entfernungen und mit sehr hoher Auflösung aufzuzeichnen. Mit einigen weiteren Anpassungen kann die Technik auch andere Eigenschaften wie Verformungen mit ähnlich hoher Auflösung aufzeichnen”, sagte er Hubbard.
“Insgesamt zeichnen unsere Lesungen ein Bild, das weitaus vielfältiger ist als die aktuellen Theorien und Modelle vorhersagen”, sagte Christoffersen. “Wir haben festgestellt, dass die Temperatur stark von der Verformung des Eises in Bändern und an den Grenzen zwischen verschiedenen Eistypen beeinflusst wird. Dies zeigt, dass viele Modelle, einschließlich unserer eigenen, Einschränkungen aufweisen.”
Die Forscher fanden drei Eisschichten im Gletscher. Die dickste Schicht besteht aus kaltem und steifem Eis, das sich in den letzten 10.000 Jahren gebildet hat. Unten fanden sie älteres Eis aus der letzten Eiszeit, das aufgrund des im Eis eingeschlossenen Staubes weicher und verformbarer ist. Was die Forscher jedoch am meisten überraschte, war eine mehr als 70 Meter dicke warme Eisschicht am Grund des Gletschers. “Wir kennen diese Art von warmem Eis aus weitaus wärmeren alpinen Umgebungen, aber hier erzeugt der Gletscher die Wärme, indem er sich selbst verformt”, sagte Law.
“Mit diesen Beobachtungen beginnen wir besser zu verstehen, warum die grönländische Eisdecke so schnell an Masse verliert und warum die Abgabe von Eis ein so wichtiger Mechanismus für den Eisverlust ist”, sagte Christoffersen.
Eine der Hauptbeschränkungen in unserem Verständnis des Klimawandels hängt mit dem Verhalten von Gletschern und Eisplatten zusammen. Die neuen Daten werden es den Forschern ermöglichen, ihre Modelle zu verbessern, wie sich die grönländische Eisdecke derzeit bewegt, wie sie sich in Zukunft bewegen könnte und was dies für den globalen Anstieg des Meeresspiegels bedeuten wird.
Die Forschung wurde teilweise von der Europäischen Union finanziert.
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