Tecnologia Científica

Fibra ótica usada para medir a temperatura da camada de gelo da Groenlândia
Os cientistas usaram sensores de fibra óptica para obter as medições mais detalhadas das propriedades do gelo já feitas na camada de gelo da Groenlândia.
Por Sarah Collins - 15/05/2021


Cientista instala cabo de fibra óptica na manta de gelo da Groenlândia. Crédito: Poul Christoffersen e equipe RESPONDER

Os cientistas usaram sensores de fibra óptica para obter as medições mais detalhadas das propriedades do gelo já feitas na camada de gelo da Groenlândia. Suas descobertas serão usadas para fazer modelos mais precisos do movimento futuro da segunda maior camada de gelo do mundo, à medida que os efeitos da mudança climática continuam a se acelerar.

A equipe de pesquisa, liderada pela Universidade de Cambridge, usou uma nova técnica em que os pulsos de laser são transmitidos em um cabo de fibra óptica para obter medições de temperatura altamente detalhadas da superfície da camada de gelo até a base, mais de 1.000 metros abaixo.

Em contraste com estudos anteriores, que mediam a temperatura de sensores separados localizados a dezenas ou até centenas de metros de distância, a nova abordagem permite que a temperatura seja medida ao longo de todo o comprimento de um cabo de fibra óptica instalado em um poço profundo. O resultado é um perfil de temperatura altamente detalhado, que controla a velocidade com que o gelo se deforma e, em última análise, a velocidade com que o manto de gelo flui.

A temperatura dos mantos de gelo foi pensada para variar como um gradiente suave, com as seções mais quentes na superfície onde o sol bate e na base onde é aquecido pela energia geotérmica e atrito enquanto o manto de gelo atravessa a paisagem subglacial em direção ao oceano .

O novo estudo descobriu, em vez disso, que a distribuição da temperatura é muito mais heterogênea, com áreas de deformação altamente localizada aquecendo ainda mais o gelo. Esta deformação está concentrada nas fronteiras entre gelos de diferentes idades e tipos. Embora a causa exata dessa deformação permaneça desconhecida, pode ser devido à poeira no gelo de erupções vulcânicas anteriores ou grandes fraturas que penetram várias centenas de metros abaixo da superfície do gelo. Os resultados são publicados na revista Science Advances .

A perda de massa da camada de gelo da Groenlândia aumentou seis vezes desde os anos 1980 e agora é o maior contribuinte individual para o aumento do nível do mar global. Cerca de metade dessa perda de massa é decorrente do escoamento superficial da água do degelo, enquanto a outra metade é impulsionada pela descarga de gelo diretamente no oceano por geleiras de fluxo rápido que atingem o mar.

Para determinar como o gelo está se movendo e os processos termodinâmicos em funcionamento dentro de uma geleira, medições precisas da temperatura do gelo são essenciais. As condições na superfície podem ser detectadas por satélites ou observações de campo de uma maneira relativamente direta. No entanto, determinar o que está acontecendo na base da camada de gelo com quilômetros de espessura é muito mais difícil de observar, e a falta de observações é a principal causa da incerteza nas projeções de aumento do nível do mar global.

O projeto RESPONDER , financiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa, está abordando esse problema usando tecnologia de perfuração de água quente para perfurar Sermeq Kujalleq (Store Glacier) e estudar diretamente o ambiente na base de uma das maiores geleiras da Groenlândia.

“Normalmente fazemos medições dentro do manto de gelo anexando sensores a um cabo que baixamos em um poço perfurado, mas as observações que fizemos até agora não nos deram uma imagem completa do que está acontecendo”, disse o coautor Dr Poul Christoffersen do Scott Polar Research Institute , que lidera o projeto RESPONDER. “Quanto mais dados precisos somos capazes de coletar, mais claro podemos ter essa imagem, o que por sua vez nos ajudará a fazer previsões mais precisas para o futuro do manto de gelo.”

“Com métodos de detecção típicos, podemos conectar apenas cerca de uma dúzia de sensores ao cabo, então as medições são muito espaçadas”, disse o primeiro autor Robert Law , candidato a doutorado no Scott Polar Research Institute. “Mas, ao usar um cabo de fibra óptica, basicamente todo o cabo se torna um sensor, para que possamos obter medições precisas da superfície até a base.”

Para instalar o cabo, os cientistas tiveram que primeiro perfurar a geleira, um processo liderado pelo professor Bryn Hubbard e pelo Dr. Samuel Doyle da Universidade de Aberystwyth. Após baixar o cabo no poço, a equipe transmitiu pulsos de laser no cabo e, em seguida, registrou as distorções no espalhamento da luz no cabo, que variam dependendo da temperatura do gelo circundante. Engenheiros da Delft University of Technology na Holanda e geofísicos da University of Leeds ajudaram na coleta e análise de dados.

“Esta tecnologia é um grande avanço em nossa capacidade de registrar variações espaciais na temperatura do gelo em longas distâncias e em resolução realmente alta. Com algumas adaptações adicionais, a técnica também pode registrar outras propriedades, como deformação, em alta resolução semelhante ”, disse Hubbard.

“No geral, nossas leituras pintam um quadro que é muito mais variado do que a teoria e os modelos atuais prevêem”, disse Christoffersen. “Descobrimos que a temperatura é fortemente influenciada pela deformação do gelo nas faixas e nas fronteiras entre os diferentes tipos de gelo. E isso mostra que existem limitações em muitos modelos, incluindo o nosso. ”

Os pesquisadores encontraram três camadas de gelo na geleira. A camada mais espessa consiste em gelo frio e rígido que se formou nos últimos 10.000 anos. Abaixo, eles encontraram gelo mais antigo da última era do gelo, que é mais macio e deformável devido à poeira presa no gelo. O que mais surpreendeu os pesquisadores, no entanto, foi uma camada de gelo quente com mais de 70 metros de espessura no fundo da geleira. “Conhecemos esse tipo de gelo quente de ambientes alpinos muito mais quentes, mas aqui a geleira está produzindo calor ao se deformar”, disse Law.

“Com essas observações, estamos começando a entender melhor por que a camada de gelo da Groenlândia está perdendo massa tão rapidamente e por que a descarga de gelo é um mecanismo tão importante de perda de gelo”, disse Christoffersen.

Uma das principais limitações em nossa compreensão das mudanças climáticas está ligada ao comportamento das geleiras e mantos de gelo. Os novos dados permitirão aos pesquisadores aprimorar seus modelos de como a camada de gelo da Groenlândia está se movendo atualmente, como pode se mover no futuro e o que isso significará para a elevação do nível do mar global.

A pesquisa foi financiada em parte pela União Europeia.

Referência: Robert Law et al. ' Termodinâmica de uma geleira de saída da Groenlândia em rápido movimento revelada por sensoriamento de temperatura distribuído por fibra ótica .' Science Advances (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abe7136

 

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