Il laser spaziale della NASA scopre nuovi laghi sotto il ghiaccio in Antartide

Ricercatori della NASA sulla superficie della calotta glaciale antartica come parte della spedizione 88-Sud nel 2019. La spedizione di 470 miglia in uno dei paesaggi più aridi della Terra fornisce il modo migliore per valutare l’accuratezza dei dati raccolti dallo spazio via satellite 2 (ICESat-2). Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Dr. Kelly Brant

La mappa ICESat-2 della NASA dei laghi d’acqua antartici con una risoluzione straordinaria

Dall’alto, la calotta glaciale antartica può sembrare una calotta glaciale calma e permanente che ha coperto l’Antartide per milioni di anni. Ma la calotta glaciale può essere profonda migliaia di metri nel punto più profondo e nasconde centinaia di laghi di acqua di disgelo dove la sua base incontra il substrato roccioso del continente. In profondità sotto la superficie, alcuni di questi laghi si riempiono e drenano costantemente attraverso un sistema di corsi d’acqua che alla fine sfociano nell’oceano.

Ora, con lo strumento laser più avanzato della NASA per l’osservazione della Terra mai realizzato nello spazio, gli scienziati hanno migliorato le loro mappe dei sistemi lacustri nascosti sotto la calotta glaciale dell’Antartico occidentale e hanno scoperto due di questi laghi subglaciali attivi.

Il nuovo studio fornisce informazioni sulla scoperta di nuovi laghi glaciali dallo spazio, oltre a valutare come questo sistema idraulico nascosto influenzi la velocità con cui il ghiaccio scivola nell’Oceano Antartico, aggiungendo acqua dolce che potrebbe alterarne la circolazione e gli ecosistemi.

Ice, Cloud and Earth Satellite 2 della NASA, o ICESat-2, ha permesso agli scienziati di mappare con precisione i laghi subglaciali. Il satellite misura l’altezza della superficie del ghiaccio, che, nonostante il suo enorme spessore, sale o scende quando i laghi si riempiono o si svuotano sotto la calotta glaciale.

Centinaia di laghi di acqua di fusione si nascondono nelle profondità della calotta glaciale antartica. Grazie a un potente sistema laser altimetro nello spazio, Ice Cloud e Earth Elevation Satellite 2 (ICESat-2) della NASA aiutano gli scienziati a «vedere» sotto il ghiaccio. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA

Lo studio, pubblicato il 7 luglio 2021, in Lettere di ricerca geofisica, integra i dati di altitudine del predecessore di ICESat-2, la missione ICESat originale, nonché il satellite dell’Agenzia spaziale europea dedicato al monitoraggio dello spessore del ghiaccio polare, CryoSat-2.

I sistemi idrologici sotto la calotta glaciale antartica sono stati un mistero per decenni. Le cose hanno iniziato a cambiare nel 2007, quando Helen Amanda Fricker, glaciologa presso la Scripps Institution of Oceanography presso l’Università della California a San Diego, ha ottenuto una svolta che ha contribuito ad aggiornare la comprensione classica dei laghi subglaciali in Antartide.

Utilizzando i dati dell’ICESat originale nel 2007, Fricker ha scoperto per la prima volta che sotto i flussi glaciali dell’Antartide, un’intera rete di laghi comunica tra loro, riempiendo e drenando attivamente l’acqua nel tempo. In precedenza, si pensava che questi laghi contenessero costantemente l’acqua di fusione, senza riempirsi e drenare.

«Scoprire questi sistemi interconnessi di laghi all’interfaccia glaciale che muovono l’acqua, con tutti questi impatti su glaciologia, microbiologia e oceanografia – questa è stata una scoperta importante dalla missione ICESat», ha affermato Matthew Siegfried, professore associato. Geofisica presso la Colorado School of Mines, Golden, Colorado, e ricercatore principale del nuovo studio. «ICESat-2 è come indossare gli occhiali dopo aver usato ICESat, i dati sono così ad alta risoluzione che possiamo davvero iniziare a mappare i confini del lago in superficie».

Gli scienziati hanno ipotizzato che lo scambio di acqua subglaciale in Antartide sia causato da una combinazione di fattori, tra cui le fluttuazioni di pressione esercitate dall’enorme peso del ghiaccio sopra, l’attrito tra lo strato di ghiaccio e la roccia sottostante e il calore del terreno sottostante isolato dallo spessore del ghiaccio. Questo è un netto contrasto con la calotta glaciale della Groenlandia, dove i laghi sul letto di ghiaccio sono pieni di acqua di fusione che defluiva attraverso crepe e buchi sulla superficie.

Per studiare le aree in cui i laghi subglaciali si riempiono e si drenano frequentemente con dati satellitari, Siegfried ha lavorato con Fricker, che ha svolto un ruolo chiave nella progettazione del modo in cui la missione ICESat-2 monitora il ghiaccio polare dallo spazio.

La nuova ricerca di Siegfried e Fricker mostra che un gruppo di laghi tra cui i laghi Conway e Mercer sotto i flussi di ghiaccio Mercer e Whillans nell’Antartide occidentale stanno vivendo un periodo di prosciugamento per la terza volta da quando la missione originale ICESat ha iniziato a misurare i cambiamenti di elevazione sulla superficie del ghiaccio foglio nel 2003. I due laghi appena scoperti si trovano in questa zona.

Oltre a fornire dati vitali, lo studio ha anche rivelato che i contorni oi confini dei laghi possono cambiare gradualmente man mano che l’acqua entra ed esce dai bacini idrici.

«Mappiamo davvero tutte le differenze di elevazione che esistono a questo punto», ha detto Siegfried. «Se ci sono laghi che si riempiono e drenano, li troveremo con ICESat-2».

«Aiutaci a guardare» sotto la copertura di ghiaccio

Misurazioni accurate dell’acqua di disgelo basale sono fondamentali se gli scienziati vogliono comprendere meglio il sistema idraulico subglaciale dell’Antartide e come tutta quell’acqua dolce potrebbe alterare la velocità della calotta glaciale sopra o la circolazione dell’oceano in cui alla fine scorre.

Un’enorme calotta glaciale a forma di cupola che copre la maggior parte del continente, la calotta antartica scorre lentamente verso l’esterno dalla regione centrale del continente come un favo molto spesso. Ma quando il ghiaccio si avvicina alla costa, la sua velocità cambia drasticamente, trasformandosi in correnti glaciali simili a fiumi che spostano rapidamente il ghiaccio verso l’oceano a velocità di diversi metri al giorno. La velocità o lentezza del movimento del ghiaccio dipende in parte dal modo in cui l’acqua di disgelo lubrifica la calotta di ghiaccio mentre scivola sulla roccia sottostante.

Quando la calotta di ghiaccio si muove, soffre di crepe, fessure e altri difetti. Quando i laghi sotto il ghiaccio guadagnano o perdono acqua, distorcono anche la superficie ghiacciata sopra. Grande o piccolo, ICESat-2 mappa questi cambiamenti di elevazione con una precisione di pochi pollici utilizzando un sistema di altimetro laser in grado di misurare la superficie terrestre con dettagli senza precedenti.

ICESat-2 fornirà agli scienziati misurazioni dell’altimetria che creano un’immagine globale della terza dimensione della Terra, raccogliendo dati in grado di monitorare con precisione i cambiamenti del terreno, inclusi ghiacciai, ghiaccio marino, foreste e altro ancora. L’unico strumento su ICESat-2 è ATLAS, il sistema laser altimetro topografico avanzato, che misurerà lo scioglimento della calotta glaciale e studierà l’innalzamento del livello del mare, osserverà i cambiamenti nella massa delle calotte glaciali e dei ghiacciai, stimerà e studierà lo spessore del ghiaccio marino e misurare l’altezza della copertura Vegetazione nelle foreste e in altri ecosistemi in tutto il mondo. Credito: NASA/Ryan Fitzgibbons

Il monitoraggio di questi processi complessi con missioni satellitari a lungo raggio fornirà importanti informazioni sul destino della calotta glaciale. Una parte importante di ciò che i glaciologi hanno scoperto sulle calotte glaciali negli ultimi 20 anni deriva dalle osservazioni di come il ghiaccio polare è cambiato in risposta al riscaldamento atmosferico e degli oceani, ma anche processi sottili come il modo in cui i sistemi lacustri trasportano l’acqua sotto il ghiaccio chiave negli studi, ha detto Fricker, le future calotte glaciali antartiche.

«Questi sono processi in corso sotto l’Antartide di cui non avremmo la più pallida idea se non avessimo i dati satellitari», ha detto Fricker, sottolineando come la sua scoperta nel 2007 abbia permesso ai glaciologi di confermare che il sistema idraulico nascosto dell’Antartide trasmette acqua più rapidamente. di quanto si pensasse in precedenza. «Abbiamo faticato a ottenere buone previsioni sul futuro dell’Antartide e strumenti come ICESat-2 ci stanno aiutando con il monitoraggio su scala operativa».

«Un sistema idrico connesso a tutto il sistema Terra»

Il modo in cui l’acqua dolce della calotta glaciale può influenzare la circolazione dell’Oceano Antartico e dei suoi ecosistemi marini è uno dei segreti meglio custoditi dell’Antartide. Poiché l’idrologia subglaciale del continente svolge un ruolo importante nello spostamento di quell’acqua, Siegfried ha anche sottolineato il collegamento della calotta glaciale al resto del pianeta.

«Non stiamo parlando solo della calotta glaciale», ha detto Siegfried. «Stiamo davvero parlando di un sistema idrico collegato all’intero sistema Terra».

Recentemente, Fricker e un altro team di scienziati hanno scoperto questa connessione tra l’acqua dolce e l’Oceano Antartico, ma questa volta osservando i laghi vicino alla superficie della piattaforma di ghiaccio, una grande calotta di ghiaccio che galleggia sull’oceano come un’estensione della calotta glaciale. . Il loro studio ha riportato che un grande lago coperto di ghiaccio è crollato improvvisamente nel 2019 dopo che una fessura si è aperta o fratturata dal fondo del lago alla base della piattaforma di ghiaccio Ameri nell’Antartide orientale.

Utilizzando i dati di ICESat-2, il team ha analizzato il robusto cambiamento nei paesaggi della piattaforma di ghiaccio. L’evento ha lasciato il dolin, o sink, una drammatica depressione che misura circa quattro miglia quadrate (circa 10 chilometri quadrati), o più di tre volte la dimensione di Central Park a New York City. La crepa ha deviato quasi 200 miliardi di galloni di acqua dolce dalla superficie della piattaforma di ghiaccio all’oceano sottostante in tre giorni.

Durante l’estate, migliaia di laghi turchesi di acqua di fusione decorano la scintillante superficie bianca delle piattaforme di ghiaccio dell’Antartide. Ma questo evento improvviso si è verificato in pieno inverno, quando gli scienziati si aspettavano che l’acqua sulla superficie della piattaforma di ghiaccio si fosse completamente congelata. Poiché ICESat-2 orbita attorno alla Terra con traiettorie del terreno perfettamente ripetitive, i suoi laser possono mostrare il drammatico cambiamento del terreno prima e dopo il drenaggio del lago, anche durante l’oscurità dell’inverno artico.

Il profilo di altitudine sopra è stato ottenuto da Ice, Cloud e Earth Satellite 2 (ICESat-2) della NASA utilizzando l’Advanced Laser Topographic Altimeter System (ATLAS). L’immagine mostra i dati di elevazione ottenuti da tre diversi laser ATLAS mentre il satellite passava su un lago coperto di ghiaccio che improvvisamente e improvvisamente è crollato sulla superficie della banchisa di Amery in Antartide nel 2019. Credito: Osservatorio della Terra della NASA

Roland Warner, un glaciologo della partnership con l’Australian Antarctic Program dell’Università della Tasmania, e autore principale dello studio, ha scoperto la piattaforma di ghiaccio sparsa nelle immagini di Landsat 8, una missione congiunta tra la NASA e l’US Geological Survey. Warner ha affermato che l’evento di drenaggio è stato molto probabilmente dovuto al processo di hydrofracking in cui la massa d’acqua del lago ha creato una spaccatura superficiale attraverso la piattaforma di ghiaccio direttamente nell’oceano sottostante.

«A causa di questa perdita di peso dall’acqua sulla superficie della piattaforma di ghiaccio galleggiante, tutto curva verso l’alto nel mezzo del lago», ha detto Warner. «Questo è qualcosa che era difficile da rilevare semplicemente fissando le immagini satellitari».

Laghi e ruscelli che scorrono sulle piattaforme di ghiaccio dell’Antartide sono comuni durante i mesi più caldi. Poiché gli scienziati si aspettano che questi laghi di acqua di fusione diventino più comuni con l’aumento della temperatura dell’aria, anche il rischio di fratturazione idraulica potrebbe aumentare nei prossimi decenni. Tuttavia, il team ha concluso che era troppo presto per determinare se il riscaldamento del clima dell’Antartide stesse causando la scomparsa del lago osservato sulla piattaforma di ghiaccio Ameri.

Osservare la formazione dei dolini con i dati dell’altimetria è stata un’opportunità rara, ma è anche il tipo di evento che i glaciologi devono analizzare per studiare tutte le dinamiche del ghiaccio rilevanti per i modelli dell’Antartide.

«Abbiamo imparato molto sui processi dinamici della calotta glaciale dall’altimetria satellitare, ed è imperativo che pianifichiamo la prossima generazione di satelliti per l’altimetria per continuare questo record», ha affermato Fricker.

Riferimento: «Illuminare i processi dei laghi subglaciali attivi con l’altimetro laser ICESat-2» di M.R. Siegfried e H.A. Fricker, 7 luglio 2021, Lettere di ricerca geofisica.
doi: 10.1029/ 2020GL091089