Wetenschappers hebben glasvezeldetectie gebruikt om de meest gedetailleerde metingen van ijseigenschappen ooit op de Groenlandse ijskap te verkrijgen. Hun bevindingen zullen worden gebruikt om nauwkeurigere modellen te maken van de toekomstige beweging van 's werelds op een na grootste ijskap, omdat de effecten van klimaatverandering steeds sneller worden.

Het onderzoeksteam, geleid door de Universiteit van Cambridge, een nieuwe techniek gebruikt waarbij laserpulsen worden verzonden in een glasvezelkabel om zeer gedetailleerde temperatuurmetingen te verkrijgen van het oppervlak van de ijskap tot aan de basis, meer dan 1000 meter lager.

In tegenstelling tot eerdere onderzoeken, die de temperatuur meet van afzonderlijke sensoren die zich op tientallen of zelfs honderden meters van elkaar bevinden, met de nieuwe aanpak kan de temperatuur worden gemeten over de hele lengte van een glasvezelkabel die in een diep boorgat is geïnstalleerd. Het resultaat is een zeer gedetailleerd temperatuurprofiel, die bepaalt hoe snel ijs vervormt en uiteindelijk hoe snel de ijskap stroomt.

Men dacht dat de temperatuur van ijskappen varieerde als een vloeiende gradiënt, met de warmste delen van het oppervlak waar de zon schijnt, en aan de basis waar het wordt opgewarmd door geothermische energie en wrijving terwijl de ijskap over het subglaciale landschap naar de oceaan maalt.

De nieuwe studie vond in plaats daarvan dat de temperatuurverdeling veel heterogener is, met gebieden met zeer lokale vervorming die het ijs verder opwarmen. Deze vervorming is geconcentreerd op de grenzen tussen ijs van verschillende leeftijden en soorten. Hoewel de exacte oorzaak van deze vervorming onbekend is, het kan te wijten zijn aan stof in het ijs van eerdere vulkaanuitbarstingen of grote breuken die honderden meters onder het oppervlak van het ijs doordringen. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Het massale verlies van de Groenlandse ijskap is sinds de jaren tachtig verzesvoudigd en levert nu de grootste bijdrage aan de wereldwijde zeespiegelstijging. Ongeveer de helft van dit massaverlies is afkomstig van afvloeiend smeltwater aan de oppervlakte, terwijl de andere helft wordt aangedreven door de lozing van ijs rechtstreeks in de oceaan door snelstromende gletsjers die de zee bereiken.

Om te bepalen hoe het ijs beweegt en de thermodynamische processen die in een gletsjer aan het werk zijn, nauwkeurige metingen van de ijstemperatuur zijn essentieel. De omstandigheden aan het oppervlak kunnen relatief eenvoudig worden gedetecteerd door satellieten of veldwaarnemingen. Echter, bepalen wat er gebeurt aan de voet van de kilometer dikke ijskap is veel uitdagender om waar te nemen, en een gebrek aan waarnemingen is een belangrijke oorzaak van onzekerheid in projecties van de wereldwijde zeespiegelstijging.

Het RESPONDER-project, gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad, pakt dit probleem aan met behulp van warmwaterboortechnologie om door Sermeq Kujalleq (winkelgletsjer) te boren en rechtstreeks de omgeving aan de voet van een van de grootste gletsjers van Groenland te bestuderen.

"Normaal doen we metingen in de ijskap door sensoren aan een kabel te bevestigen die we in een geboord boorgat laten zakken. maar de waarnemingen die we tot nu toe hebben gedaan, gaven ons geen volledig beeld van wat er gebeurt, " zei co-auteur Dr. Poul Christoffersen van het Scott Polar Research Institute die het RESPONDER-project leidt. "Hoe nauwkeuriger gegevens we kunnen verzamelen, hoe duidelijker we dat beeld kunnen maken, wat ons op zijn beurt zal helpen om nauwkeurigere voorspellingen te doen voor de toekomst van de ijskap."

"Met typische detectiemethoden, we kunnen maar een dozijn sensoren op de kabel bevestigen, dus de metingen zijn erg gespreid, " zei eerste auteur Robert Law, een doctoraat kandidaat bij het Scott Polar Research Institute. "Maar door in plaats daarvan een glasvezelkabel te gebruiken, in wezen wordt de hele kabel een sensor, zodat we nauwkeurige metingen kunnen krijgen van het oppervlak tot aan de basis."

Om de kabel te installeren, de wetenschappers moesten eerst door de gletsjer boren, een proces geleid door professor Bryn Hubbard en Dr. Samuel Doyle van de Aberystwyth University. Nadat u de kabel in het boorgat hebt laten zakken, het team zond laserpulsen in de kabel, en registreerde vervolgens de vervormingen in de verstrooiing van licht in de kabel, die variëren afhankelijk van de temperatuur van het omringende ijs. Ingenieurs van de Technische Universiteit Delft in Nederland en geofysici van de Universiteit van Leeds hielpen bij het verzamelen en analyseren van gegevens.

"Deze technologie is een grote vooruitgang in ons vermogen om ruimtelijke variaties in ijstemperatuur over lange afstanden en met een zeer hoge resolutie vast te leggen. Met enkele verdere aanpassingen, de techniek kan ook andere eigenschappen vastleggen, zoals vervorming, met een vergelijkbare hoge resolutie, ' zei Hubbard.

"Algemeen, onze metingen schetsen een beeld dat veel gevarieerder is dan wat de huidige theorie en modellen voorspellen, " zei Christoffersen. "We ontdekten dat de temperatuur sterk wordt beïnvloed door de vervorming van ijs in banden en aan de grenzen tussen verschillende soorten ijs. En dit toont aan dat er beperkingen zijn in veel modellen, inclusief die van ons."

De onderzoekers vonden drie lagen ijs in de gletsjer. De dikste laag bestaat uit koud en stijf ijs dat zich in de afgelopen 10 jaar heeft gevormd, 000 jaar. Onderstaand, ze vonden ouder ijs uit de laatste ijstijd, die zachter en meer vervormbaar is door stof dat in het ijs zit. Wat de onderzoekers het meest verraste, echter, was een laag warm ijs van meer dan 70 meter dik op de bodem van de gletsjer. "We kennen dit soort warm ijs uit veel warmere Alpenomgevingen, maar hier produceert de gletsjer de warmte door zichzelf te vervormen, " zei Wet.

"Met deze observaties we beginnen beter te begrijpen waarom de Groenlandse ijskap zo snel massa verliest en waarom ijsafvoer zo'n prominent mechanisme van ijsverlies is, zei Christoffersen.

Een van de belangrijkste beperkingen in ons begrip van klimaatverandering is gebonden aan het gedrag van gletsjers en ijskappen. Met de nieuwe gegevens kunnen de onderzoekers hun modellen verbeteren van hoe de Groenlandse ijskap momenteel beweegt, hoe het zich in de toekomst kan verplaatsen, en wat dat betekent voor de wereldwijde zeespiegelstijging.

Het onderzoek werd mede gefinancierd door de Europese Unie.