Дослідники розробили новий метод аналізу кам’яних льодовиків

Стоячи на кам’яному льодовику, Тайлер Менг уявляє, що це було б як стояти на поверхні Марса. Безплідний і зморшкуватий ландшафт льодовика схожий на Дурну Замазку, яка опустилася під дією сили тяжіння, пропонуючи кілька підказок про те, що під поверхнею ховається замерзлий, завалений сміттям гігант. Скелясті льодовики названі так тому, що на відміну від чистих льодовикових льодовиків, вони являють собою суміш замерзлої води, піску та каменів. Зазвичай вони знаходяться біля підніжжя крутих схилів гір або скель, з яких повільно скидаються уламки скель, які потім змішуються з льодовиковим льодом і замерзлим талим снігом. Кам’яні льодовики також існують на Марсі.

Мен, який здобуває докторський ступінь із планетарології в Університеті Арізони, а також спеціалізується на науках про Землю, є провідним автором дослідження в Journal of Glaciology, яке описує новий метод визначення товщини льоду кам’яних льодовиків і співвідношення лід до уламків, дозволяючи проводити більш точні вимірювання цих льодовиків, ніж це було можливо раніше. Менг і його радник і співавтор Джек Холт, професор планетарних наук і геонаук з університету Аризони, використали цю інформацію для створення карт чотирьох кам’яних льодовиків у Колорадо, Вайомінгу та на Алясці. Їхня робота та майбутня робота, яка використовує цей метод, дозволить вченим краще зрозуміти водні ресурси як на Землі, так і на Марсі, а також те, наскільки цей тип похованого льоду буде стійким до зміни клімату на обох планетах.

Більше ніж лід

Скелясті льодовики приховані та ізольовані уламками поверх льоду, і на їхній рух впливає каміння, що потрапило всередину.

«Ви можете думати про каміння як про ізоляційну ковдру», — сказав Менг. «Понад певною товщиною ізоляція в основному припиняє танення, дозволяючи льоду зберігатися та повільно рухатися або текти вниз по долині на висотах і температурах, де чистий лід може повністю розтанути».

Як чисті льодовики, так і кам’яні льодовики можуть пересуватися ландшафтами — дуже повільно. Однак уламки кам’яних льодовиків спричиняють їх течію навіть повільніше, ніж крижані льодовики, оскільки включення каменів робить їх набагато жорсткішими. Крім того, зазвичай вони менші й тонші за льодовики з чистим льодом, мають лише пару миль у довжину, кілька сотень або тисяч футів у ширину та від 50 до 200 футів у товщину. Крижані льодовики, навпаки, можуть мати багато миль у довжину та тисячі футів завтовшки.

Щоб зібрати інформацію, необхідну для картографування та характеристики цих прихованих гігантів, Менг, Холт, інші студенти Університету Аризони та їхні співробітники вирушили в похід по перетнутий гірській місцевості на заході США, тягнучи на своїх спинах комп’ютери, акумуляторні батареї та антени радарів. Вони долали круті ландшафти з пухкими каменями розміром від піщинок до будинків.

«Стояти на вкритому сміттям льодовику досить сюрреалістично, тому що це безплідна місцевість на схилі гори, і здається, що кожен кам’яний льодовик має свою індивідуальність», — сказав Менг. «Кожна з них має дещо інший тип корінної породи, що постачає сміття, і геометрія долини визначає її форму та зовнішній вигляд».

Використовуючи дві різні конфігурації антен, дослідники використали георадар для вимірювання як швидкості радіолокаційної хвилі, так і кута, під яким хвиля відбивається від надр. Подібно до того, як люди мають два ока, щоб бачити тривимірне зображення, дві конфігурації антен дозволили дослідникам краще обчислити розміри кам’яного льодовика. Вони також оцінили співвідношення льоду та каміння в кожному місці дослідження, використовуючи швидкість радіолокаційної хвилі.

«У процесі ми зробили найточніші оцінки геометрії та складу кам’яного льодовика на сьогодні», — сказав Менг.

Від Землі до Марса

Розуміння кам’яних льодовиків на Землі є важливим, оскільки вони, по суті, є резервуарами води, сказав Менг.

«Наше дослідження дає нам краще уявлення про загальний водний баланс у гірських регіонах, де великі річки мають джерела», — сказав він. «Сніг — це накопичення щороку, яке покриває весь ландшафт, тоді як кам’яні льодовики — це більш локалізований, але постійний резервуар води, який насправді зберігає воду протягом сотень або кількох тисяч років».

Дослідники продовжують свій аналіз, щоб зрозуміти ознаки минулої зміни клімату в кам’яних льодовиках і те, як ці льодовики могли еволюціонувати через минулі зміни клімату.

«Маючи карту товщини сміття та концентрації льоду, ми можемо по суті схарактеризувати здатність кам’яних льодовиків протистояти впливу потепління клімату порівняно з чистими льодовиками», – сказав Менг.

Інші вчені також розпізнали кам’яні льодовики на Марсі за їхньою зморшкуватою структурою течії, схожою на замазку, ще до того, як їх виявили радіолокаційні дані. Марсіанські кам’яні льодовики все ще недостатньо вивчені, сказав Менг, але відомо, що вони зазвичай знаходяться між 30 і 60 градусами широти в обох півкулях планети й набагато старші за марсіанський полярний лід.

«Ці марсіанські кам’яні льодовики також є потенційними цілями для водних ресурсів на Марсі, тому що вони насправді дуже великі порівняно з земними, товщиною в сотні метрів», — сказав Менг. «Вони також більш доступні, ніж полярний лід, тому що космічним кораблям не доведеться змінювати свої орбіти так сильно, якби вони приземлилися на полюс, для досягнення якого потрібно набагато більше палива».

Однією з великих проблем для вчених є визначення товщини поверхневої породи, що покриває льодовики на Марсі. Якщо на нерівній місцевості Марса є 30 футів скелі та уламків, то, можливо, астронавтам не варто намагатися отримати доступ до льоду заради водних ресурсів, сказав Менг.

“Наша мета – використовувати ці кам’яні льодовики на Землі як аналог процесів на Марсі”, – сказав Менг. «Зображуючи моделі товщини сміття на Землі, ми намагаємося зрозуміти, як товщина сміття також може змінюватися на Марсі. Крім того, дізнавшись про відмінності в параметрах потоку між чистим льодом і льодом, багатим на сміття, це допоможе моделювати для марсіанського випадку також».

Рухаючись вперед, дослідницька група Холта продовжує проводити подібні вимірювання за допомогою наземного радара, одночасно збираючи нові дані за допомогою дронів. Цей збір даних за допомогою безпілотника допоможе групі отримати більш повне розуміння потоку льодовиків і характеристик підземних порід, а також випробовувати нові геофізичні методи, які можуть бути використані в майбутньому дослідженні Землі та Марса.