NASA의 우주 레이저, 남극 대륙의 얼음 아래에서 새로운 호수 발견

2019 년 88 개 남부 탐험의 일환으로 남극 빙상 표면에 NASA 연구원들이 참여했습니다. 지구상에서 가장 황량한 지형 중 하나로 470 마일을 탐험하는 것은 위성이 우주에서 수집 한 데이터의 정확성을 평가하는 가장 좋은 방법을 제공합니다. 2 (ICESat-2). 출처 : NASA의 고다드 우주 비행 센터 / 박사. 켈리 브랜트

NASA의 ICESat-2 남극 해상 호수지도

위에서 볼 때 남극 빙상은 수백만 년 동안 남극을 덮고있는 조용하고 영구적 인 빙상처럼 보일 수 있습니다. 그러나 빙상은 가장 깊은 곳에서 수천 미터 깊이가 될 수 있으며 그 기반이 대륙의 기반암과 만나는 수백 개의 용융 호수를 숨 깁니다. 표면 깊숙한 곳에서 이러한 호수 중 일부는 결국 바다로 배수되는 수로 시스템을 통해 끊임없이 채워지고 배수됩니다.

이제 우주에서 수행 된 지구 관측을위한 NASA의 가장 진보 된 레이저 장비를 사용하여 과학자들은 서 남극 빙상 아래에 숨겨져있는 호수 시스템의지도를 개선했으며이 활동적인 빙하 하 호수 중 두 개를 발견했습니다.

이 새로운 연구는 우주에서 새로운 빙하 호수를 발견하는 데 대한 통찰력을 제공 할뿐만 아니라이 숨겨진 배관 시스템이 남극해에서 얼음이 미끄러지는 속도에 어떻게 영향을 미치는지 평가하여 순환과 생태계를 바꿀 수있는 담수를 추가합니다.

NASA의 얼음, 구름 및 지구 위성 2 또는 ICESat-2를 통해 과학자들은 빙하 아래 호수를 정확하게지도에 표시 할 수 있습니다. 위성은 엄청난 두께에도 불구하고 빙상 아래에 호수가 채워지거나 비워짐에 따라 상승하거나 하강하는 얼음 표면의 높이를 측정합니다.


수백 개의 녹은 호수가 남극 빙상 깊은 곳에 숨어 있습니다. 우주의 강력한 레이저 고도계 시스템 덕분에 NASA의 얼음 구름과 지구 고도 위성 2 (ICESat-2)는 과학자들이 얼음 아래를 “볼”수 있도록 도와줍니다. 출처 : NASA의 고다드 우주 비행 센터

2021 년 7 월 7 일에 발표 된이 연구는 지구 물리학 연구 편지, ICESat-2의 전임자 인 ICESat-2의 고도 데이터와 극지방의 얼음 두께를 모니터링하는 데 전념하는 유럽 우주국의 위성 인 CryoSat-2를 통합합니다.

남극 빙상 아래의 수 문학 시스템은 수십 년 동안 수수께끼였습니다. 이는 2007 년 캘리포니아 샌디에이고 대학 스크립스 해양학 연구소의 빙하 학자 인 헬렌 아만다 프리커가 남극 대륙의 빙하 호수에 대한 고전적 이해를 업데이트하는 데 도움이되는 돌파구를 달성했을 때 바뀌기 시작했습니다.

Fricker는 2007 년 원래 ICES의 데이터를 사용하여 남극 대륙의 빠르게 흐르는 빙하 흐름에서 전체 호수 네트워크가 서로 통신하여 시간이 지남에 따라 적극적으로 물을 채우고 배수한다는 사실을 발견했습니다. 이전에이 호수는 물을 채우고 배수하지 않고 지속적으로 녹은 물을 보유하는 것으로 생각되었습니다.

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부교수 인 Matthew Siegfried는 “빙하, 미생물학 및 해양학에 미치는 이러한 모든 영향과 함께 물을 이동시키는 빙하 경계면에서 상호 연결된 호수 시스템을 발견 한 것은 ICESat 임무의 주요 발견이었습니다.”라고 말했습니다. 콜로라도 주 골든에있는 콜로라도 광산 학교의 지구 물리학과 새로운 연구에 대한 수석 연구원. “ICESat-2는 ICESat를 사용한 후 안경을 쓰는 것과 같습니다. 데이터가 매우 고해상도이므로 표면에서 호수 경계를 매핑 할 수 있습니다.”

과학자들은 남극 대륙에서 빙하 아래 물의 교환이 위의 엄청난 무게의 얼음에 의해 가해지는 압력의 변동, 빙상 층과 아래의 암석 사이의 마찰, 단열재 아래의 땅에서 발생하는 열을 포함한 여러 요인의 조합으로 인해 발생한다고 가정했습니다. 얼음의 두께에 따라. 이것은 빙상의 호수가 표면의 균열과 구멍을 통해 배수되는 용융물로 가득 차있는 그린란드 빙상과 완전히 대조적입니다.

빙하 아래 호수가 위성 데이터로 가득 차고 자주 배수되는 지역을 연구하기 위해 Siegfried는 ICESat-2 임무가 우주에서 극지방의 얼음을 모니터링하는 방식을 설계하는 데 핵심적인 역할을 한 Fricker와 협력했습니다.

Siegfried와 Fricker의 새로운 연구에 따르면 원래 ICESat 임무가 얼음 표면의 고도 변화를 측정하기 시작한 이후로 서 남극의 Mercer 및 Whillans 빙류 아래에있는 Conway 및 Mercer 호수를 포함한 호수 그룹이 건조 기간을 겪고 있음을 보여줍니다. 새로 발견 된 두 개의 호수가이 지역에 위치해 있습니다.

이 연구는 중요한 데이터를 제공하는 것 외에도 물이 저수지에 들어오고 나갈 때 호수의 윤곽이나 경계가 점차적으로 바뀔 수 있음을 밝혀 냈습니다.

Siegfried는 “우리는이 시점에 존재하는 모든 고도 차이를 실제로 매핑합니다.”라고 말했습니다. “만약하고 배수하는 호수가 있다면 ICESat-2로 찾을 수 있습니다.”

얼음 덮개 아래 “우리가 지켜 볼 수 있도록 도와주세요”الغطاء

과학자들이 남극 대륙의 빙하 아래 배관 시스템에 대해 더 잘 이해하고 모든 담수가 위의 빙상 속도 나 결국 흐르는 바다의 순환을 어떻게 변화시킬 수 있는지에 대해 더 잘 이해하려면 기저 용융 수의 정확한 측정이 중요합니다.

대륙의 대부분을 덮고있는 거대한 돔 모양의 빙상 인 남극 빙상은 매우 두꺼운 벌집처럼 대륙의 중앙 지역에서 천천히 바깥쪽으로 흐릅니다. 그러나 얼음이 해안에 접근함에 따라 속도가 급격히 변하여 하루에 몇 미터의 속도로 얼음을 바다로 빠르게 이동시키는 강과 같은 빙하 흐름으로 변합니다. 얼음 이동의 속도 또는 느린 속도는 부분적으로 녹은 물이 밑에있는 기반암 위로 미끄러질 때 빙상을 윤활하는 방식에 달려 있습니다.

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빙상이 움직일 때 균열, 균열 및 기타 결함이 있습니다. 얼음 아래의 호수가 물을 얻거나 잃으면 위의 얼어 붙은 표면도 왜곡됩니다. 크든 작든 ICESat-2는 전례없는 세부 사항으로 지구 표면을 측정 할 수있는 레이저 고도계 시스템을 사용하여 고도의 이러한 변화를 불과 몇 인치의 정확도로 매핑합니다.


ICESat-2는 과학자들에게 빙하, 해빙, 숲 등을 포함한 지형의 변화를 정확하게 추적 할 수있는 데이터를 수집하여 지구 3 차원의 전체적인 그림을 만드는 고도 측정을 제공합니다. ICESat-2의 유일한 장비는 첨단 지형 레이저 고도계 시스템 인 ATLAS이며 빙상 용융을 측정하고 해수면이 어떻게 상승하는지 연구하고 빙상과 빙하의 질량 변화를 확인하고 해빙 두께를 추정 및 연구합니다. , 전 세계 산림 및 기타 생태계의 초목 높이를 측정합니다. 크레딧 : NASA / Ryan Fitzgibbons

장거리 위성 임무로 이러한 복잡한 과정을 추적하면 빙상의 운명에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 빙하 학자들이 지난 20 년 동안 빙상에 대해 발견 한 것의 중요한 부분은 온난화 대기와 해양에 대한 반응으로 극지방 얼음이 어떻게 변했는지 관찰 한 것에서 비롯되지만 호수 시스템이 얼음 아래에서 물을 운반하는 방식과 같은 미묘한 과정도 연구의 핵심이라고 Fricker는 말했다.

Fricker는 2007 년 발견을 통해 빙하 학자들이 남극 대륙의 숨겨진 배관 시스템이 물을 더 빨리 전송하는지 확인할 수 있었던 방법을 강조하면서 “이는 남극 아래에서 진행되는 과정으로 위성 데이터가 없었다면 단서가 없었습니다.”라고 말했습니다. 이전에 생각했던 것보다. “우리는 남극 대륙의 미래에 대한 좋은 예측을 얻기 위해 고군분투 해 왔으며 ICESat-2와 같은 도구가 운영 규모 모니터링을 지원하고 있습니다.”

“전체 지구 시스템에 연결된 물 시스템”

빙상의 담수가 남극해와 해양 생태계의 순환에 어떤 영향을 미칠 수 있는지는 남극 대륙에서 가장 잘 보존 된 비밀 중 하나입니다. 대륙의 빙하 아래 수 문학이 그 물을 이동시키는 데 중요한 역할을하기 때문에 지그프리드는 빙상과 행성의 나머지 부분과의 연결을 강조했습니다.

“우리는 빙상에 대해서만 이야기하는 것이 아닙니다.”Siegfried가 말했다. “우리는 정말로 지구 전체에 연결된 물 시스템에 대해 이야기하고 있습니다.”

최근 Fricker와 다른 과학자 팀은 담수와 남 해양 사이의 연결을 발견했습니다. 그러나 이번에는 빙상의 연장선으로 바다에 떠 다니는 큰 빙상 인 빙붕 표면 근처의 호수를 살펴 보았습니다. . 그들의 연구에 따르면 2019 년에 얼음으로 덮인 큰 호수가 호수 바닥에서 동 남극 대륙의 아메리 빙붕 바닥까지 갈라 지거나 갈라진 후 갑자기 붕괴 된 것으로 나타났습니다.

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ICESat-2의 데이터를 사용하여 팀은 빙붕 지형의 거친 변화를 분석했습니다. 이 사건은 돌린, 즉 가라 앉은 곳을 떠나 약 4 제곱 마일 (약 10 제곱 킬로미터) 또는 뉴욕시 센트럴 파크 크기의 3 배 이상에 달하는 극적인 우울증을 남겼습니다. 이 균열은 3 일 만에 거의 2 천억 갤런의 담수를 빙붕 표면에서 아래 바다로 전환했습니다.

여름에는 수천 개의 청록색 녹은 호수가 남극 대륙 빙붕의 반짝이는 흰색 표면을 장식합니다. 그러나이 갑작스런 사건은 과학자들이 빙붕 표면의 물이 완전히 얼었을 것으로 예상했던 한겨울에 발생했습니다. ICESat-2는 완벽하게 반복되는 지상 궤적을 가지고 지구를 공전하기 때문에 레이저는 북극 겨울의 어둠 속에서도 호수가 배수되기 전과 후에 지형의 극적인 변화를 보여줄 수 있습니다.

ICESat-2 ATLAS Amery Ice Shelf 2019

위의 고도 프로필은 ATLAS (Advanced Laser Topographic Altimeter System)를 사용하여 NASA의 얼음, 구름 및 지구 위성 2 (ICESat-2)에서 얻은 것입니다. 이 이미지는 인공위성이 얼음으로 뒤덮인 호수를지나 가면서 2019 년 남극 대륙의 Amery Ice Shelf 표면으로 갑자기 무너진 위성이 3 개의 다른 ATLAS 레이저로 얻은 고도 데이터를 보여줍니다. Credit : NASA의 Earth Observatory

태즈 매니아 대학의 호주 남극 프로그램 파트너십의 빙하 학자 인 롤랜드 워너 (Roland Warner)는이 연구의 주 저자이며 NASA와 미국 지질 조사국 간의 공동 임무 인 Landsat 8의 이미지에서 흩어진 빙붕을 발견했습니다. Warner는 배수 사건이 호수의 물 덩어리가 빙붕을 통해 아래 바다로 직접 표면 균열을 생성하는 수압 파쇄 과정 때문일 가능성이 있다고 말했다.

“떠 다니는 빙붕 표면의 물로 인한 이러한 무게 감소로 인해 모든 것이 호수 한가운데 위로 휘어집니다.”라고 Warner는 말했습니다. “위성 이미지를 응시하는 것만으로는 감지하기 어려웠습니다.”

남극 대륙의 빙붕을 흐르는 호수와 개울은 따뜻한 계절에 흔히 볼 수 있습니다. 과학자들은 기온이 상승함에 따라 이러한 용융 수 호수가 더 흔할 것으로 예상하기 때문에 향후 수십 년 동안 수압 파쇄 위험도 증가 할 수 있습니다. 그러나 연구팀은 남극 대륙 기후의 온난화가 아메리카 빙붕에서 관측 된 호수를 멸망시키는 원인인지 여부를 결정하기에는 너무 이르다고 결론지었습니다.

고도계 데이터로 돌린 형성을 관찰하는 것은 드문 기회 였지만, 남극 모델과 관련된 모든 얼음 역학을 연구하기 위해 빙하 학자가 분석해야하는 종류의 사건이기도합니다.

Fricker는 “우리는 위성 고도계로부터 빙상의 동적 과정에 대해 많은 것을 배웠으며,이 기록을 계속하기 위해 차세대 고도계 위성을 계획하는 것이 필수적입니다.”라고 말했습니다.

참조 : M.R. Siegfried 및 H.A. Fricker의 “ICESat-2 레이저 고도계로 활성 아빙 호수의 과정 조명”, 2021 년 7 월 7 일, 지구 물리학 연구 편지.
도이 : 2020.10.10.29.

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