Alles op onze planeet - het land, het water, de lucht, mensen – is verbonden door de verschillende chemische, fysieke en biologische processen die deel uitmaken van wat we het aardesysteem noemen.

Een van de belangrijkste componenten van dat enorme systeem is de cryosfeer, of al het bevroren water van de aarde. Deze belangrijke "bol" omvat bevroren bodems in Alaska, de sneeuw op de top van de Himalaya, evenals al het ijs in de poolgebieden.

Nergens is de rol van de cryosfeer zo duidelijk als op hoge breedtegraden, waar de Groenlandse en Antarctische ijskappen het grootste deel van het land bedekken, en waar zee-ijs enorme delen van de poolwateren bedekt. De uitgestrektheid van dat heldere, wit ijs - naast de enorme gebieden bedekt met wintersneeuw buiten de poolgebieden - helpt het wereldwijde klimaat te beheersen door een deel van de straling van de zon terug in de ruimte te reflecteren.

Vanwege het belang van de cryosfeer, NASA zet zich in om het ijs op aarde uitgebreid te bestuderen. Met de onlangs ontmantelde satellietmissie Gravity Recovery and Climate Experiment, en zijn opvolger, GRACE vervolg, wetenschappers hebben veranderingen in de massabalans van de ijskap bestudeerd. De missies hebben variaties in de zwaartekracht van de aarde gemeten als reactie op oppervlaktemassa en waterveranderingen.

Al meer dan een decennium, Operatie IceBridge ging de lucht in om het noordpoolgebied te onderzoeken, Antartica en Alaska. Met meer dan 1, 000 vluchten voltooid, wetenschappers en ingenieurs verzamelden gegevens over de hoogte, diepte, dikte, en stroom van zee-ijs, gletsjers en ijskappen.

IceBridge eindigde officieel in 2021, maar zijn erfenis zal leven door de honderden terabytes aan gegevens over land- en zee-ijs die sinds 2009 zijn verzameld. De missie verzamelde een reeks gegevens om de gegevenskloof te overbruggen tussen NASA's twee laserhoogtemeters in de ruimte die zijn gebouwd voor het bestuderen van de cryosfeer, het ijs, Wolk, en landhoogtesatellieten, of ICESat en ICESat-2.

Vorig jaar, wetenschappers die ICESat-2 gebruiken, meldden dramatische ijskapverliezen in Groenland en Antarctica. Uitgerust met de meest geavanceerde laserhoogtemeters die ooit in de ruimte zijn gevlogen, het ruimtevaartuig stelde wetenschappers in staat om hoogtekaarten te maken om het verlies van ijs met ongekend detail te meten.

Tussen 2003 en 2019, de Groenlandse ijskap verloor gemiddeld 200 gigaton ijs per jaar, concludeerden de onderzoekers. De ijskap van Antarctica verloor gemiddeld 118 gigaton ijs per jaar. De gecombineerde ijsverliezen zorgden ervoor dat de zeespiegel in die 16 jaar met 14 millimeter steeg.

Door de veranderingen te bestuderen die zijn waargenomen tussen de ICESat- en ICESat-2-missies, wetenschappers rapporteerden ook een aanzienlijke verdunning van de kustgletsjers van Groenland - een ander belangrijk aspect van de cryosfeer dat NASA-wetenschappers onderzoeken.

Als onderdeel van NASA's Oceans Melting Greenland-missie, die gletsjers onderzoekt met vliegtuigen en schepen, wetenschappers willen beter begrijpen hoe de opwarming van de oceaan de gletsjers aan de kust beïnvloedt. De smeltende gletsjers van Groenland dragen in belangrijke mate bij aan de stijgende zeespiegel die al zorgen baren voor kustgemeenschappen over de hele wereld.

in 2020, de wetenschappers van de missie hebben een uitgebreid onderzoek gedaan naar de Groenlandse fjorden en gletsjers, meer licht werpen op de manieren waarop opwarmende zeeën het terugtrekken van gletsjers versnellen. Hun onderzoek toonde aan dat opwarmend oceaanwater in fjorden de basis van gletsjers erodeert, waardoor het ijs erboven afbreekt. Grotere gletsjers smelten sneller door dat onderbiedingsproces, concludeerden de wetenschappers.

Wetenschappers verwachten dat klimaatverandering de opwarming van de oceaan en de ondermijning van die Groenlandse gletsjers zal versterken. Maar de interactie tussen de oceaan en andere soorten poolijs reikt verder dan gletsjers.

Bijvoorbeeld, vorig jaar ontdekten NASA-wetenschappers dat het snelle smelten van zee-ijs leidde tot een meer turbulente oceaanstroom in het noordpoolgebied, de Beaufort Gyre. Net als andere stromingen in de wereldzeeën, de Beaufort Gyre speelt een belangrijke rol bij het reguleren van massale uitwisselingen van water over de hele wereld met verschillende temperaturen en zoutgehalte. Door dit proces, bekend als de thermohaliene circulatie, oceaanstromingen interageren met de vele andere componenten van het aardsysteem om de temperatuur over de hele wereld te regelen.

De NASA-studie, waaronder 12 jaar satellietgegevens, toonde aan dat de gyre sinds de jaren negentig een enorme hoeveelheid koud zoet water heeft gewonnen. Omdat een deel van dat zoete water langzaam wordt opgepikt door een ander systeem van stromingen dat bekend staat als de Atlantische Meridional Overturning Circulation, de verstrekkende effecten van de veranderende stromingen kunnen ook het klimaat van West-Europa en Noord-Amerika beïnvloeden.

Ook al bevatten de poolgebieden het grootste deel van het ijs op aarde, snowpacks en alpiene gletsjers op lagere breedtegraden zijn belangrijke onderdelen van ecosystemen over de hele wereld. In bergketens zoals de Sierra Nevada in Californië, snowpacks die tijdens de warmere maanden geleidelijk water afgeven, dienen als de primaire bron van drink- en irrigatiewater. Dit water vormt ook een belangrijke bron van waterkracht.

Alpensneeuw kan moeilijk te bestuderen zijn met satellieten vanuit de ruimte, omdat sneeuwbedekking zich vaak verbergt onder het bladerdak en andere soorten complexe terreinen. Als aanvulling op satellietwaarnemingen van sneeuw in de westelijke Amerikaanse staten, NASA's SnowEx-campagne onderzoekt sinds 2017 snowpacks. De campagne is een poging om de sneeuwdiepte te karakteriseren, dichtheid en andere gedetailleerde eigenschappen van sneeuw die wetenschappers nodig hebben om nauwkeurig in te schatten hoeveel water zal smelten en in bergstromen zal stromen, rivieren en stuwmeren.

Om deze lokale metingen uit te breiden tot wereldwijde waarnemingen, wetenschappers moeten een aantal complexe berekeningen uitvoeren om lucht- en grondobservaties van sneeuw te combineren met satellietgegevens. NASA financiert inspanningen die helpen bij het bepalen van de beste manieren om observaties van verschillende satellieten te combineren en sneeuw te bestuderen, afhankelijk van de grondomstandigheden.

Klimaatverandering kan ook van invloed zijn op de hoeveelheid zoet water die beschikbaar is door smeltende wintersneeuw. Waar klimaatverandering resulteert in minder sneeuwval, in de warmere maanden kunnen droogtes volgen. Aanvullend, veranderingen in alpiene gletsjers en sneeuw kunnen ook leiden tot natuurlijke gevaren. Omdat opwarming meer neerslag veroorzaakt in de vorm van regen in plaats van sneeuw, water kan rivieren overspoelen en overstromingen veroorzaken.

Om de kwetsbaarheid voor overstromingen te bestuderen, aardverschuivingen en andere soorten natuurlijke gevaren, NASA's High Mountain Asia Team voltooit het meest uitgebreide ijs- en sneeuwonderzoek ooit gemaakt van de regio waar bergketens zoals de Himalaya, Karakoram en Hindu Kush zorgen voor zoet water voor miljoenen mensen. Daar, glaciale smelt en veranderingen in neerslagpatronen komen vaker voor. Terwijl smeltwatermeren zich bovenop deze gletsjers vormen, de omringende gletsjers kunnen onstabiel worden en uiteindelijk leiden tot het barsten van het meer, overstromingen en puin stroomt stroomafwaarts.

Door expertise over de cryosfeer te combineren met veldcampagnes en een uitgebreide vloot van operationele en toekomstige satellieten, NASA en haar partners kunnen gemeenschappen over de hele wereld helpen de effecten van klimaatverandering te voorspellen en mogelijk natuurlijke gevaren en rampen te verminderen die nauw verbonden zijn met de cryosfeer van onze planeet.