Peta ICESat-2 NASA dari danau air Antartika dalam resolusi yang menakjubkan stunning

Dari atas, Lapisan Es Antartika mungkin terlihat seperti lapisan es yang tenang dan permanen yang menutupi Antartika selama jutaan tahun. Tapi lapisan es bisa mencapai kedalaman ribuan meter di bagian terdalamnya, dan menyembunyikan ratusan danau air lelehan di mana dasarnya bertemu dengan batuan dasar benua. Jauh di bawah permukaan, beberapa danau ini terisi dan mengalir terus-menerus melalui sistem saluran air yang akhirnya mengalir ke laut.

Sekarang, dengan instrumen laser pengamatan Bumi tercanggih NASA yang pernah dilakukan di luar angkasa, para ilmuwan telah meningkatkan peta sistem danau mereka yang tersembunyi di bawah lapisan es Antartika Barat — dan telah menemukan dua danau subglasial aktif ini.

Studi baru ini memberikan wawasan untuk menemukan danau glasial baru dari luar angkasa, serta untuk menilai bagaimana sistem pipa tersembunyi ini memengaruhi kecepatan es meluncur di Samudra Selatan, menambahkan air tawar yang dapat mengubah sirkulasi dan ekosistemnya.

Ice, Cloud and Earth Satellite 2, atau ICESat-2 milik NASA, telah memungkinkan para ilmuwan untuk secara akurat memetakan danau subglasial. Satelit mengukur ketinggian permukaan es, yang meskipun ketebalannya sangat besar, naik atau turun saat danau terisi atau kosong di bawah lapisan es.

Ratusan danau air lelehan bersembunyi di kedalaman lapisan es Antartika. Berkat sistem altimeter laser yang kuat di luar angkasa, Awan Es NASA dan Satelit Ketinggian Bumi 2 (ICESat-2) membantu para ilmuwan “melihat” di bawah es. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA

Studi tersebut, diterbitkan pada 7 Juli 2021, di Surat Penelitian Geofisika, mengintegrasikan data ketinggian dari pendahulu ICESat-2, misi asli ICESat, serta satelit Badan Antariksa Eropa yang didedikasikan untuk memantau ketebalan es kutub, CryoSat-2.

Sistem hidrologi di bawah lapisan es Antartika telah menjadi misteri selama beberapa dekade. Itu mulai berubah pada tahun 2007, ketika Helen Amanda Fricker, ahli glasiologi di Scripps Institution of Oceanography di University of California San Diego, mencapai terobosan yang membantu memperbarui pemahaman klasik tentang danau subglasial di Antartika.

Menggunakan data dari ICESat asli pada tahun 2007, Fricker pertama kali menemukan bahwa di bawah aliran glasial yang mengalir cepat di Antartika, seluruh jaringan danau berkomunikasi satu sama lain, secara aktif mengisi dan mengalirkan air dari waktu ke waktu. Sebelumnya, danau-danau ini dianggap menampung air yang meleleh dengan mantap, tanpa mengisi dan mengalirkan air.

“Menemukan sistem danau yang saling berhubungan ini di antarmuka glasial yang menggerakkan air, dengan semua dampak pada glasiologi, mikrobiologi, dan oseanografi – ini adalah penemuan besar dari misi ICESat,” kata Matthew Siegfried, Associate Professor. Geofisika di Colorado School of Mines, Golden, Colorado, dan peneliti utama pada studi baru. “ICESat-2 seperti memakai kacamata setelah menggunakan ICESat, datanya sangat beresolusi tinggi sehingga kami benar-benar dapat mulai memetakan batas-batas danau di permukaan.”

Para ilmuwan berhipotesis bahwa pertukaran air subglasial di Antartika disebabkan oleh kombinasi faktor, termasuk fluktuasi tekanan yang disebabkan oleh berat es yang sangat besar di atas, gesekan antara lapisan lapisan es dan batuan di bawahnya, dan panas dari tanah di bawah yang terisolasi. oleh ketebalan es. Ini sangat kontras dengan lapisan es Greenland, di mana danau di lapisan es dipenuhi dengan air lelehan yang mengalir melalui retakan dan lubang di permukaan.

Untuk mempelajari area di mana danau subglasial terisi dan sering terkuras dengan data satelit, Siegfried bekerja dengan Fricker, yang memainkan peran kunci dalam merancang cara misi ICESat-2 memantau es kutub dari luar angkasa.

Penelitian baru Siegfried dan Fricker menunjukkan bahwa sekelompok danau termasuk danau Conway dan Mercer di bawah aliran es Mercer dan Whillans di Antartika Barat mengalami periode pengeringan untuk ketiga kalinya sejak misi awal ICESat mulai mengukur perubahan ketinggian di permukaan es. lembar pada tahun 2003. Dua danau yang baru ditemukan terletak di daerah ini.

Selain menyediakan data vital, penelitian juga mengungkapkan bahwa garis besar atau batas danau dapat berubah secara bertahap saat air masuk dan keluar dari waduk.

“Kami benar-benar memetakan perbedaan ketinggian yang ada pada titik ini,” kata Siegfried. “Jika ada danau yang mengisi dan mengalir, kami akan menemukannya dengan ICESat-2.”

“Bantu kami menonton” di bawah lapisan es الغطاء

Pengukuran yang akurat dari air lelehan basal sangat penting jika para ilmuwan ingin mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang sistem pipa subglasial Antartika, dan bagaimana semua air tawar itu dapat mengubah kecepatan lapisan es di atas atau sirkulasi laut yang akhirnya mengalir.

Lapisan es berbentuk kubah besar menutupi sebagian besar benua, lapisan es Antartika perlahan mengalir keluar dari wilayah tengah benua seperti sarang lebah yang sangat tebal. Tetapi saat es mendekati pantai, kecepatannya berubah secara dramatis, berubah menjadi arus glasial seperti sungai yang dengan cepat memindahkan es ke laut dengan kecepatan hingga beberapa meter per hari. Kecepatan atau kelambatan pergerakan es sebagian tergantung pada cara air lelehan melumasi lapisan es saat meluncur di atas batuan dasar yang mendasarinya.

Ketika lapisan es bergerak, ia mengalami retakan, retakan, dan cacat lainnya. Ketika danau di bawah es mendapatkan atau kehilangan air, mereka juga mendistorsi permukaan beku di atas. Besar atau kecil, ICESat-2 memetakan perubahan ketinggian ini hingga akurasi hanya beberapa inci menggunakan sistem altimeter laser yang dapat mengukur permukaan bumi dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya.

ICESat-2 akan memberi para ilmuwan pengukuran altimetri yang menciptakan gambaran global tentang dimensi ketiga Bumi, mengumpulkan data yang dapat secara akurat melacak perubahan di medan termasuk gletser, es laut, hutan, dan banyak lagi. Satu-satunya instrumen di ICESat-2 adalah ATLAS, sistem laser altimeter topografi canggih, dan itu akan mengukur pencairan lapisan es dan meneliti bagaimana permukaan laut naik, melihat perubahan massa lapisan es dan gletser, memperkirakan dan mempelajari ketebalan es laut , dan mengukur tinggi tutupan Vegetasi di hutan dan ekosistem lain di seluruh dunia. Kredit: NASA/Ryan Fitzgibbons

Melacak proses kompleks ini dengan misi satelit jarak jauh akan memberikan wawasan penting tentang nasib lapisan es. Bagian penting dari apa yang telah ditemukan oleh para ahli glasiologi tentang lapisan es dalam 20 tahun terakhir berasal dari pengamatan tentang bagaimana es kutub telah berubah sebagai respons terhadap pemanasan atmosfer dan lautan, tetapi proses halus seperti cara sistem danau mengangkut air di bawah es juga mungkin terjadi. kunci dalam penelitian, kata Fricker, lapisan es Antartika di masa depan.

“Ini adalah proses yang terjadi di bawah Antartika yang tidak akan kita ketahui jika kita tidak memiliki data satelit,” kata Fricker, menekankan bagaimana penemuannya pada tahun 2007 memungkinkan ahli glasiologi untuk mengkonfirmasi bahwa sistem pipa tersembunyi Antartika mentransmisikan Air lebih cepat. dari yang diperkirakan sebelumnya. “Kami telah berjuang untuk mendapatkan prediksi yang baik tentang masa depan Antartika, dan alat seperti ICESat-2 membantu kami dengan pemantauan skala operasional.”

“Sebuah sistem air yang terhubung ke seluruh sistem Bumi”

Bagaimana air tawar dari lapisan es dapat mempengaruhi sirkulasi Samudra Selatan dan ekosistem lautnya adalah salah satu rahasia terbaik Antartika. Karena hidrologi subglasial benua memainkan peran utama dalam memindahkan air itu, Siegfried juga menekankan hubungan lapisan es dengan bagian planet lainnya.

“Kami tidak hanya berbicara tentang lapisan es,” kata Siegfried. “Kita benar-benar berbicara tentang sistem air yang terhubung ke seluruh sistem Bumi.”

Baru-baru ini, Fricker dan tim ilmuwan lain menemukan hubungan antara air tawar dan Samudra Selatan – tetapi kali ini dengan melihat danau di dekat permukaan lapisan es, lapisan es besar yang mengapung di laut sebagai perpanjangan lapisan es. . Studi mereka melaporkan bahwa sebuah danau besar yang tertutup es tiba-tiba runtuh pada 2019 setelah retakan terbuka atau retak dari dasar danau ke dasar Lapisan Es Ameri di Antartika Timur.

Menggunakan data dari ICESat-2, tim menganalisis perubahan kasar pada lanskap lapisan es. Peristiwa itu meninggalkan dolin, atau tenggelam, depresi dramatis sekitar empat mil persegi (sekitar 10 kilometer persegi), atau lebih dari tiga kali ukuran Central Park di New York City. Retakan itu mengalihkan hampir 200 miliar galon air tawar dari permukaan lapisan es ke laut di bawahnya dalam waktu tiga hari.

Selama musim panas, ribuan danau air lelehan berwarna pirus menghiasi permukaan putih berkilauan lapisan es Antartika. Tetapi peristiwa yang tiba-tiba ini terjadi di tengah musim dingin, ketika para ilmuwan memperkirakan bahwa air di permukaan lapisan es telah benar-benar membeku. Karena ICESat-2 mengorbit Bumi dengan lintasan Bumi yang berulang dengan sempurna, lasernya dapat menunjukkan perubahan dramatis di medan sebelum dan sesudah danau mengering, bahkan selama kegelapan musim dingin Arktik.

Profil ketinggian di atas diperoleh oleh Ice, Cloud, and Earth Satellite 2 (ICESat-2) NASA menggunakan Advanced Laser Topographic Altimeter System (ATLAS). Gambar tersebut menunjukkan data ketinggian yang diperoleh oleh tiga laser ATLAS yang berbeda saat satelit melewati danau yang tertutup es yang tiba-tiba dan tiba-tiba runtuh ke permukaan Lapisan Es Amery di Antartika pada tahun 2019. Kredit: Observatorium Bumi NASA

Roland Warner, ahli glasiologi di Australian Antarctic Program Partnership University of Tasmania, dan penulis utama studi tersebut menemukan lapisan es yang tersebar dalam gambar dari Landsat 8, misi bersama antara NASA dan US Geological Survey. Warner mengatakan peristiwa drainase kemungkinan besar disebabkan oleh proses hydrofracking di mana massa air danau menciptakan keretakan permukaan melalui lapisan es langsung ke laut di bawahnya.

“Karena penurunan berat dari air di permukaan lapisan es yang mengambang, semuanya melengkung ke atas di tengah danau,” kata Warner. “Ini adalah sesuatu yang sulit dideteksi hanya dengan menatap gambar satelit.”

Danau dan sungai yang mengalir di lapisan es Antartika biasa terjadi selama bulan-bulan hangat. Karena para ilmuwan mengharapkan danau air lelehan ini menjadi lebih umum karena suhu udara meningkat, risiko rekahan hidrolik juga dapat meningkat dalam beberapa dekade mendatang. Namun, tim menyimpulkan bahwa masih terlalu dini untuk menentukan apakah pemanasan di iklim Antartika menyebabkan kematian danau yang diamati di Lapisan Es Ameri.

Menonton formasi dolin dengan data altimetri adalah kesempatan langka, tetapi juga jenis peristiwa yang perlu dianalisis oleh ahli glasiologi untuk mempelajari semua dinamika es yang relevan dengan model Antartika.

“Kami telah belajar banyak tentang proses dinamis lapisan es dari altimetri satelit, dan sangat penting bagi kami untuk merencanakan generasi berikutnya dari satelit altimetri untuk melanjutkan rekor ini,” kata Fricker.

Referensi: “Menerangi proses danau subglasial aktif dengan altimeter laser ICESat-2” oleh M.R. Siegfried dan H.A. Fricker, 7 Juli 2021, Surat Penelitian Geofisika.
doi: 10.1029/ 2020GL091089