Tecnologia Científica

Fibra a³tica usada para medir a temperatura da camada de gelo da Groenla¢ndia
Os cientistas usaram sensores de fibra a³ptica para obter as media§aµes mais detalhadas das propriedades do gelo já feitas na camada de gelo da Groenla¢ndia.
Por Sarah Collins - 15/05/2021


Cientista instala cabo de fibra a³ptica na manta de gelo da Groenla¢ndia. Crédito: Poul Christoffersen e equipe RESPONDER

Os cientistas usaram sensores de fibra a³ptica para obter as medições mais detalhadas das propriedades do gelo já feitas na camada de gelo da Groenla¢ndia. Suas descobertas sera£o usadas para fazer modelos mais precisos do movimento futuro da segunda maior camada de gelo do mundo, a  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 a³ptica para obter medições de temperatura altamente detalhadas dasuperfÍcie da camada de gelo atéa base, mais de 1.000 metros abaixo.

Em contraste com estudos anteriores, que mediam a temperatura de sensores separados localizados a dezenas ou atécentenas de metros de distância, a nova abordagem permite que a temperatura seja medida ao longo de todo o comprimento de um cabo de fibra a³ptica instalado em um poa§o profundo. O resultado éum 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 nasuperfÍcie onde o sol bate e na base onde éaquecido pela energia geotanãrmica 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 émuito mais heterogaªnea, com áreas de deformação altamente localizada aquecendo ainda mais o gelo. Esta deformação estãoconcentrada nas fronteiras entre gelos de diferentes idades e tipos. Embora a causa exata dessa deformação permanea§a desconhecida, pode ser devido a  poeira no gelo de erupções vulcânica s anteriores ou grandes fraturas que penetram várias centenas de metros abaixo dasuperfÍcie do gelo. Os resultados são publicados na revista Science Advances .

A perda de massa da camada de gelo da Groenla¢ndia aumentou seis vezes desde os anos 1980 e agora éo maior contribuinte individual para o aumento doníveldo mar global. Cerca de metade dessa perda de massa édecorrente do escoamento superficial da águado degelo, enquanto a outra metade éimpulsionada pela descarga de gelo diretamente no oceano por geleiras de fluxo rápido que atingem o mar.

Para determinar como o gelo estãose movendo e os processos termodina¢micos em funcionamento dentro de uma geleira, medições precisas da temperatura do gelo são essenciais. As condições nasuperfÍcie podem ser detectadas por satanãlites ou observações de campo de uma maneira relativamente direta. No entanto, determinar o que estãoacontecendo na base da camada de gelo com quila´metros de espessura émuito mais difa­cil de observar, e a falta de observações éa principal causa da incerteza nas projeções de aumento doníveldo mar global.

O projeto RESPONDER , financiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa, estãoabordando esse problema usando tecnologia de perfuração de águaquente para perfurar Sermeq Kujalleq (Store Glacier) e estudar diretamente o ambiente na base de uma das maiores geleiras da Groenla¢ndia.

“Normalmente fazemos medições dentro do manto de gelo anexando sensores a um cabo que baixamos em um poa§o perfurado, mas as observações que fizemos atéagora não nos deram uma imagem completa do que estãoacontecendo”, 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 ajudara¡ a fazer previsaµes mais precisas para o futuro do manto de gelo.”

“Com manãtodos de detecção ta­picos, podemos conectar apenas cerca de uma daºzia de sensores ao cabo, então as medições são muito espaa§adas”, disse o primeiro autor Robert Law , candidato a doutorado no Scott Polar Research Institute. “Mas, ao usar um cabo de fibra a³ptica, basicamente todo o cabo se torna um sensor, para que possamos obter medições precisas dasuperfÍcie atéa 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. Apa³s baixar o cabo no poa§o, 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 geofa­sicos da University of Leeds ajudaram na coleta e análise de dados.

“Esta tecnologia éum 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 émuito mais variado do que a teoria e os modelos atuais prevaªem”, disse Christoffersen. “Descobrimos que a temperatura éfortemente 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 ra­gido que se formou nos últimos 10.000 anos. Abaixo, eles encontraram gelo mais antigo da última era do gelo, que émais macio e deforma¡vel devido a  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 estãoproduzindo calor ao se deformar”, disse Law.

“Com essas observações, estamos comea§ando a entender melhor por que a camada de gelo da Groenla¢ndia estãoperdendo massa tão rapidamente e por que a descarga de gelo éum mecanismo tão importante de perda de gelo”, disse Christoffersen.

Uma das principais limitações em nossa compreensão dasmudanças climáticas estãoligada ao comportamento das geleiras e mantos de gelo. Os novos dados permitira£o aos pesquisadores aprimorar seus modelos de como a camada de gelo da Groenla¢ndia estãose movendo atualmente, como pode se mover no futuro e o que isso significara¡ para a elevação doníveldo mar global.

A pesquisa foi financiada em parte pela Unia£o Europeia.

Referaªncia: Robert Law et al. ' Termodina¢mica de uma geleira de saa­da da Groenla¢ndia em rápido movimento revelada por sensoriamento de temperatura distribua­do por fibra a³tica .' Science Advances (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abe7136

 

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