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Le fibre ottiche vengono utilizzate per misurare la temperatura della calotta glaciale della Groenlandia

Un cavo in fibra ottica (rosso) è stato installato in un pozzo profondo un chilometro perforato a Store Glacier, Groenlandia. Credito: Paul Kristofferson e Responder Team

Gli scienziati hanno utilizzato un sensore a fibra ottica per ottenere le misurazioni più dettagliate delle proprietà del ghiaccio mai effettuate su una calotta glaciale della Groenlandia. Le loro scoperte verranno utilizzate per realizzare modelli più accurati del futuro movimento della seconda calotta glaciale più grande del mondo, poiché gli effetti del cambiamento climatico continuano ad accelerare.


Il team di ricerca, guidato dall’Università di Cambridge, ha utilizzato nuove tecnologie al suo interno Impulsi laser Sono trasportati in un cavo in fibra ottica per misurazioni di temperatura estremamente dettagliate dalla superficie della calotta glaciale fino alla base, più di 1000 metri sotto.

A differenza di studi precedenti, che misuravano la temperatura da sensori separati a decine o addirittura a centinaia di metri di distanza, il nuovo approccio consente la misurazione della temperatura lungo un cavo in fibra ottica installato in un foro profondo. Il risultato è un’immagine molto dettagliata della temperatura, che controlla la velocità con cui si deforma il ghiaccio e, in ultima analisi, la velocità con cui scorre la calotta glaciale.

Si pensava che la temperatura delle calotte glaciali variava come un gradiente regolare, con le parti più calde sulla superficie dove il sole colpisce e alla base quando sono riscaldate dall’energia geotermica e dall’attrito mentre la calotta glaciale si frantuma attraverso paesaggi subglaciali oceano.

Invece, il nuovo studio rileva che la distribuzione della temperatura è più eterogenea, con regioni altamente deformate che riscaldano ulteriormente il ghiaccio. Questa deformazione è concentrata ai confini tra i ghiacci di diverse età e tipi. Sebbene la causa esatta di questa deformazione sia ancora sconosciuta, potrebbe essere dovuta alla polvere nel ghiaccio derivante da precedenti eruzioni vulcaniche o da grandi fratture penetrate a diverse centinaia di metri sotto la superficie del ghiaccio. I risultati sono riportati sulla rivista I progressi della scienza.

La perdita di massa dalla calotta glaciale della Groenlandia è aumentata di sei volte dagli anni ’80 e ora è il maggior contributo all’innalzamento del livello del mare nel mondo. Circa la metà di questa perdita di massa è causata dal deflusso dell’acqua di fusione superficiale, mentre l’altra metà è causata dagli scarichi di ghiaccio direttamente nell’oceano da ghiacciai a flusso rapido che raggiungono il mare.

Le fibre ottiche vengono utilizzate per misurare la temperatura della calotta glaciale della Groenlandia

Turno di notte: installazione di un cavo in fibra ottica in un pozzo alle 3 del mattino dopo una lunga giornata di perforazione. Credito: Adam Booth e Team Responder

Per determinare come si muove il ghiaccio e quali sono i processi termodinamici che operano all’interno di un ghiacciaio, è necessario effettuare misurazioni accurate della temperatura del ghiaccio. Le condizioni sulla superficie possono essere rilevate dai satelliti o dalle osservazioni sul campo in modo relativamente semplice. Tuttavia, determinare cosa sta accadendo alla base della calotta glaciale spessa un chilometro è più difficile da osservare e la mancanza di osservazioni è una delle principali cause di incertezza nelle proiezioni dell’innalzamento del livello del mare globale.

Il progetto RESPONDER, finanziato dall’European Research Council, affronta questo problema utilizzando la tecnologia di perforazione dell’acqua calda per perforare il Sermeq Kujalleq (Store Glacier) e studiare direttamente l’ambiente alla base di uno dei più grandi ghiacciai della Groenlandia.

Il co-autore Dr. ha detto. Paul Kristofferson dello Scott Polar Research Institute che guida il progetto Responder. “Più accurati sono i dati che possiamo raccogliere, meglio possiamo chiarire quel quadro, che a sua volta ci aiuterà a fare previsioni più accurate sul futuro della calotta glaciale”.

“Utilizzando metodi di rilevamento tipici, possiamo collegare solo una decina di sensori al cavo, quindi le misurazioni sono molto distanti”, ha detto il primo autore Robert Lowe, PhD. Candidato allo Scott Polar Research Institute. “Ma utilizzando invece il cavo in fibra ottica, l’intero cavo diventa essenzialmente un sensore, quindi possiamo ottenere misurazioni accurate dalla superficie fino alla base.”

Per installare il cavo, gli scienziati hanno prima dovuto perforare il ghiacciaio, un processo guidato dal professor Brian Hubbard e dal dottor Samuel Doyle dell’Università di Aberystwyth. Dopo che il cavo è stato calato nel pozzo, il team ha inviato impulsi laser nel cavo e quindi ha registrato distorsioni nella diffusione della luce nel cavo, che varia a seconda della temperatura del ghiaccio circostante. Gli ingegneri della Delft University of Technology nei Paesi Bassi e i geofisici dell’Università di Leeds hanno contribuito a raccogliere e analizzare i dati.

“Questa tecnologia rappresenta un importante passo avanti nella nostra capacità di registrare le differenze spaziali nella temperatura del ghiaccio su lunghe distanze e con una risoluzione davvero elevata. Con alcune regolazioni aggiuntive, la tecnologia può anche registrare altre proprietà, come la deformazione, a una risoluzione simile”, egli disse. è freddo.

“In generale, le nostre letture dipingono un quadro molto più diversificato di quanto previsto dalla teoria e dai modelli attuali”, ha detto Kristofferson. “Abbiamo scoperto che la temperatura è fortemente influenzata dalla deformazione del ghiaccio nelle bande e ai confini tra i diversi tipi di ghiaccio. Questo dimostra che ci sono limitazioni in molti modelli, compreso il nostro”.

I ricercatori hanno trovato tre strati di ghiaccio nel ghiacciaio. Lo strato più spesso è costituito da ghiaccio freddo e duro che si è formato negli ultimi 10.000 anni. Sotto, trovano ghiaccio più antico dell’ultima era glaciale, che è molto più morbido e distorto a causa della polvere intrappolata nel ghiaccio. Ciò che più ha sorpreso i ricercatori è stato uno strato di ghiaccio caldo spesso più di 70 metri sul fondo del ghiacciaio. “Conosciamo questo tipo di ghiaccio caldo dagli ambienti alpini più caldi, ma qui il ghiacciaio produce calore deformandosi”, ha detto Luo.

“Con queste osservazioni, stiamo iniziando a capire meglio perché la calotta glaciale della Groenlandia sta perdendo massa così rapidamente e perché il drenaggio del ghiaccio è un meccanismo importante per la perdita di ghiaccio”, ha detto Kristofferson.

Uno dei principali limiti nella nostra comprensione del cambiamento climatico è legato al comportamento dei ghiacciai e delle calotte glaciali. I nuovi dati consentiranno ai ricercatori di migliorare i loro modelli di come si sta attualmente muovendo la calotta glaciale della Groenlandia, come potrebbe muoversi in futuro e cosa significherà per l’innalzamento del livello del mare globale.

La ricerca è stata parzialmente finanziata dall’Unione Europea.


Cosa rivela un ghiacciaio sulla calotta glaciale della Groenlandia


maggiori informazioni:
La termodinamica di un ghiacciaio in rapido movimento in Groenlandia viene rivelata attraverso un sensore di temperatura distribuito con fibre ottiche. I progressi della scienza (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abe7136

Introduzione di
università di Cambridge

la citazione: Le fibre ottiche utilizzate per misurare la temperatura della calotta glaciale della Groenlandia (2021, 14 maggio) Estratto il 14 maggio 2021 da https://phys.org/news/2021-05-fibre-optics-temperature-greenland-ice- foglio. linguaggio di programmazione

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