O laser espacial da NASA descobre novos lagos sob o gelo na Antártica

Pesquisadores da NASA na superfície do manto de gelo da Antártica como parte da expedição 88-Southern em 2019. A expedição de 470 milhas em uma das paisagens mais áridas da Terra fornece a melhor maneira de avaliar a precisão dos dados coletados do espaço por satélite . 2 (ICESat-2). Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA / Dr. Kelly Brant

Mapa ICESat-2 da NASA dos lagos de água da Antártica em resolução impressionante

Vista de cima, o manto de gelo da Antártica pode parecer um manto de gelo calmo e permanente que cobriu a Antártica por milhões de anos. Mas a camada de gelo pode ter milhares de metros de profundidade em sua parte mais profunda e esconde centenas de lagos de água derretida onde sua base encontra o leito rochoso do continente. Bem abaixo da superfície, alguns desses lagos se enchem e drenam constantemente através de um sistema de cursos d’água que eventualmente drenam para o oceano.

Agora, com o instrumento a laser mais avançado da NASA para observação da Terra já feito no espaço, os cientistas melhoraram seus mapas de sistemas de lagos escondidos sob a camada de gelo da Antártica Ocidental – e descobriram dois desses lagos subglaciais ativos.

O novo estudo fornece uma visão sobre a descoberta de novos lagos glaciais do espaço, bem como para avaliar como esse sistema de encanamento oculto afeta a velocidade com que o gelo está deslizando no Oceano Antártico, adicionando água doce que pode alterar sua circulação e ecossistemas.

O satélite de gelo, nuvem e terra 2 da NASA, ou ICESat-2, permitiu aos cientistas mapear lagos subglaciais com precisão. O satélite mede a altura da superfície do gelo, que, apesar de sua enorme espessura, sobe ou desce à medida que os lagos se enchem ou se esvaziam sob o manto de gelo.

Centenas de lagos de água derretida se escondem nas profundezas do manto de gelo da Antártica. Graças a um poderoso sistema de altímetro a laser no espaço, a Nuvem de Gelo e o Satélite de Elevação da Terra 2 (ICESat-2) da NASA ajudam os cientistas a “ver” abaixo do gelo. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

O estudo, publicado em 7 de julho de 2021, em Cartas de pesquisa geofísica, integra dados de altitude do predecessor do ICESat-2, a missão original do ICESat, bem como o satélite da Agência Espacial Europeia dedicado ao monitoramento da espessura do gelo polar, CryoSat-2.

Os sistemas hidrológicos sob a camada de gelo da Antártica são um mistério há décadas. Isso começou a mudar em 2007, quando Helen Amanda Fricker, uma glacióloga do Scripps Institution of Oceanography da University of California San Diego, fez um avanço que ajudou a atualizar a compreensão clássica dos lagos subglaciais na Antártica.

Usando dados do ICESat original em 2007, Fricker descobriu pela primeira vez que, sob os fluxos glaciais de fluxo rápido da Antártica, toda uma rede de lagos se comunica entre si, enchendo e drenando água ativamente ao longo do tempo. Antes, pensava-se que esses lagos retinham a água do derretimento de maneira constante, sem encher e drenar.

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“Descobrir esses sistemas interconectados de lagos na interface glacial que movem a água, com todos esses impactos na glaciologia, microbiologia e oceanografia – esta foi uma grande descoberta da missão ICESat”, disse Matthew Siegfried, professor associado. Geofísica na Escola de Minas do Colorado, Golden, Colorado, e principal investigador do novo estudo. “ICESat-2 é como colocar óculos depois de usar o ICESat, os dados são tão de alta resolução que podemos realmente começar a mapear os limites do lago na superfície.”

Os cientistas levantaram a hipótese de que a troca de água subglacial na Antártica é causada por uma combinação de fatores, incluindo flutuações na pressão exercida pelo enorme peso do gelo acima, atrito entre a camada de gelo e a rocha abaixo, e calor do solo abaixo isolado pela espessura do gelo. Este é um contraste gritante com o manto de gelo da Groenlândia, onde os lagos na camada de gelo são preenchidos com água derretida que drena por rachaduras e buracos na superfície.

Para estudar áreas onde os lagos subglaciais se enchem e frequentemente drenam com dados de satélite, Siegfried trabalhou com Fricker, que desempenhou um papel fundamental no projeto de como a missão ICESat-2 monitora o gelo polar do espaço.

A nova pesquisa de Siegfried e Fricker mostra que um grupo de lagos incluindo os lagos Conway e Mercer sob os fluxos de gelo Mercer e Whillans na Antártida Ocidental estão passando por um período de secagem pela terceira vez desde que a missão ICESat original começou a medir as mudanças de elevação na superfície do gelo folha em 2003. Os dois lagos recém-descobertos estão localizados nesta área.

Além de fornecer dados vitais, o estudo também revelou que os contornos ou limites dos lagos podem mudar gradualmente conforme a água entra e sai dos reservatórios.

“Nós realmente mapeamos quaisquer diferenças de elevação que existam neste ponto”, disse Siegfried. “Se houver lagos que enchem e drenam, vamos encontrá-los com o ICESat-2.”

“Ajude-nos a assistir” sob a cobertura de gelo.

Medições precisas da água derretida basal são cruciais para que os cientistas entendam melhor o sistema de encanamento subglacial da Antártica e como toda essa água doce pode alterar a velocidade da camada de gelo acima ou a circulação do oceano para o qual eventualmente flui.

Um enorme manto de gelo em forma de cúpula cobrindo a maior parte do continente, o manto de gelo da Antártica flui lentamente para fora da região central do continente como um favo de mel muito espesso. Mas, à medida que o gelo se aproxima da costa, sua velocidade muda drasticamente, transformando-se em correntes glaciais semelhantes a rios que movem rapidamente o gelo em direção ao oceano a velocidades de vários metros por dia. A velocidade ou lentidão do movimento do gelo depende em parte da maneira como a água derretida lubrifica o manto de gelo ao deslizar sobre a rocha subjacente.

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Quando o manto de gelo se move, ele apresenta rachaduras, fissuras e outros defeitos. Quando os lagos sob o gelo ganham ou perdem água, também distorcem a superfície congelada acima. Grande ou pequeno, o ICESat-2 mapeia essas mudanças na elevação com uma precisão de apenas alguns centímetros, usando um sistema de altímetro a laser que pode medir a superfície da Terra com detalhes sem precedentes.

O ICESat-2 fornecerá aos cientistas medições de altimetria que criam uma imagem global da terceira dimensão da Terra, reunindo dados que podem rastrear com precisão as mudanças no terreno, incluindo geleiras, gelo marinho, florestas e muito mais. O único instrumento no ICESat-2 é o ATLAS, o avançado sistema de altímetro topográfico a laser, que medirá o derretimento das camadas de gelo e pesquisará como os níveis do mar estão subindo, observará as mudanças na massa das camadas de gelo e geleiras, estimará e estudará a espessura do gelo marinho , e medir a altura da cobertura Vegetação em florestas e outros ecossistemas ao redor do mundo. Crédito: NASA / Ryan Fitzgibbons

Rastrear esses processos complexos com missões de satélite de longo alcance fornecerá informações importantes sobre o destino do manto de gelo. Uma parte importante do que os glaciologistas descobriram sobre mantos de gelo nos últimos 20 anos vem de observações de como o gelo polar mudou em resposta ao aquecimento da atmosfera e dos oceanos, mas processos sutis como a forma como os sistemas de lagos transportam água sob o gelo também podem ser chave nos estudos, disse Fricker, futuras camadas de gelo da Antártica.

“Esses são processos acontecendo sob a Antártica que não teríamos ideia se não tivéssemos dados de satélite”, disse Fricker, enfatizando como sua descoberta em 2007 permitiu aos glaciologistas confirmar que o sistema de encanamento oculto da Antártica transmite Água mais rapidamente. do que se pensava anteriormente. “Temos lutado para obter boas previsões sobre o futuro da Antártica, e ferramentas como o ICESat-2 estão nos ajudando com o monitoramento em escala operacional.”

“Um sistema de água conectado a todo o sistema terrestre”

Como a água doce do manto de gelo pode afetar a circulação do Oceano Antártico e seus ecossistemas marinhos é um dos segredos mais bem guardados da Antártica. Visto que a hidrologia subglacial do continente desempenha um papel importante na movimentação dessa água, Siegfried também enfatizou a conexão do manto de gelo com o resto do planeta.

“Não estamos falando apenas sobre o manto de gelo”, disse Siegfried. “Estamos realmente falando sobre um sistema de água conectado a todo o sistema terrestre.”

Recentemente, Fricker e outra equipe de cientistas descobriram essa conexão entre a água doce e o Oceano Antártico – mas desta vez olhando para lagos próximos à superfície da plataforma de gelo, uma grande camada de gelo que flutua no oceano como uma extensão da camada de gelo. . O estudo relatou que um grande lago coberto de gelo desmoronou repentinamente em 2019 depois que uma rachadura se abriu ou fraturou do fundo do lago até a base da plataforma de gelo Ameri, no leste da Antártica.

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Usando dados do ICESat-2, a equipe analisou a mudança brusca nas paisagens da plataforma de gelo. O evento deixou o dolin, ou afundamento, uma depressão dramática medindo cerca de quatro milhas quadradas (cerca de 10 quilômetros quadrados), ou mais de três vezes o tamanho do Central Park na cidade de Nova York. A rachadura desviou quase 200 bilhões de galões de água doce da superfície da plataforma de gelo para o oceano em três dias.

Durante o verão, milhares de lagos turquesas de água derretida decoram a superfície branca e brilhante das plataformas de gelo da Antártica. Mas esse evento repentino ocorreu no meio do inverno, quando os cientistas esperavam que a água na superfície da plataforma de gelo tivesse congelado completamente. Como o ICESat-2 orbita a Terra com trajetórias terrestres perfeitamente repetidas, seus lasers podem mostrar a mudança dramática no terreno antes e depois da drenagem do lago, mesmo durante a escuridão do inverno ártico.

ICESat-2 ATLAS Amery Ice Shelf 2019

O perfil de altitude acima foi obtido pelo Ice, Cloud e Earth Satellite 2 da NASA (ICESat-2) usando o Advanced Laser Topographic Altimeter System (ATLAS). A imagem mostra dados de elevação obtidos por três diferentes lasers ATLAS conforme o satélite passava sobre um lago coberto de gelo que repentinamente colapsou na superfície da plataforma de gelo Amery na Antártica em 2019. Crédito: NASA’s Earth Observatory

Roland Warner, um glaciologista da parceria com o Programa Antártico Australiano da Universidade da Tasmânia e principal autor do estudo, descobriu a plataforma de gelo espalhada em imagens do Landsat 8, uma missão conjunta entre a NASA e o US Geological Survey. Warner disse que o evento de drenagem foi provavelmente devido ao processo de hydrofracking, onde a massa de água do lago criou uma fenda na superfície da plataforma de gelo diretamente para o oceano abaixo.

“Por causa dessa perda de peso da água na superfície da plataforma de gelo flutuante, tudo se curva para cima no meio do lago”, disse Warner. “Isso é algo difícil de detectar apenas olhando para as imagens de satélite.”

Lagos e riachos que fluem nas plataformas de gelo da Antártica são comuns durante os meses mais quentes. Como os cientistas esperam que esses lagos de água derretida sejam mais comuns com o aumento da temperatura do ar, o risco de fraturamento hidráulico também pode aumentar nas próximas décadas. No entanto, a equipe concluiu que era muito cedo para determinar se o aquecimento no clima da Antártica estava causando o desaparecimento do lago observado na Plataforma de Gelo Ameri.

Observar a formação de dolin com dados de altimetria foi uma oportunidade rara, mas também é o tipo de evento que os glaciologistas precisam analisar para estudar toda a dinâmica do gelo relevante para os modelos da Antártica.

“Aprendemos muito sobre os processos dinâmicos do manto de gelo com a altimetria de satélite e é imperativo que planejemos a próxima geração de satélites de altimetria para continuar este registro”, disse Fricker.

Referência: “Iluminando os processos de lagos subglaciais ativos com o altímetro a laser ICESat-2” por M.R. Siegfried e H.A. Fricker, 7 de julho de 2021, Cartas de pesquisa geofísica.
doi: 10.1029 / 2020GL091089

Annaliese Franke

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