Forscher verwenden Laser, um einen neuen Blick auf die Gletscher von Oregon zu bekommen

Die neueste Technologie zur Erforschung von Gletschern passt in einen Rucksack und kann steile Berge hinauf getragen werden.

Forscher der University of Oregon haben ein tragbares Werkzeug entwickelt, das Laser verwendet, um die Zusammensetzung von Gletschereis zu messen, Daten, die helfen können, festzustellen, wie schnell dieses Eis schmilzt. Das Instrument kann zur Untersuchung von Gletschern in abgelegenen Wildnisgebieten wie denen in den Cascade Mountains in Oregon verwendet werden. Und es kann helfen, Satellitendaten zu verifizieren, die über größere Gletscher wie die in Grönland und der Antarktis gesammelt wurden.

Oregons Gletscher speisen Gebirgsbäche und schützen im Spätsommer vor Dürre, sobald die jährliche Schneedecke geschmolzen ist. Ihr kaltes Schmelzwasser ist ein wichtiger Lebensraum für Lachse und Forellen. Aber die Gletscher schrumpfen jetzt rapide, ein weiteres Opfer des globalen Klimawandels.

„Die Untersuchung, wie diese Gletscher auf den Klimawandel reagieren, ist wichtig, um jetzt und in Zukunft Informationen über das Flussmanagement zu erhalten“, sagte Johnny Ryan, ein Geograph an der UO, der das neue Instrument in seiner Forschung einsetzt. Außerdem: „Viele der Prozesse, die wir auf den Gletschern von Oregon beobachten, treten auch auf den Eisschilden von Grönland und der Antarktis auf. Die Gletscher von Oregon bieten ein großartiges Testgelände für neue Instrumente und Hypothesen.“

Die Gletscher von Oregon sitzen hoch an Berghängen in ausgewiesenen Wildnisgebieten, in denen motorisierte Fahrzeuge verboten sind. Wissenschaftler können nicht mit schwerem Gerät per Hubschrauber und Schneemobil reisen, wie sie es sonst oft tun, um Eisproben zur Analyse zu sammeln. Das neue Tool ist eine Möglichkeit, Daten in Wildnisgebieten zu sammeln, sagte Markus Allgaier, ein Postdoc-Physiker, der das Design des Tools leitete. Er und seine Kollegen beschreiben die Entwicklung in einem aktuellen Papier in der Zeitschrift für Glaziologie.

Allgaiers Instrument misst die Art und Weise, wie Licht von Gletschereis zurückgestreut wird. Das Gerät schießt einen Laserstrahl ins Eis. Photonen, winzige Lichtteilchen, prallen zurück, wenn sie auf Luftblasen im Eis treffen. Indem sie messen, wie lange Photonen brauchen, die auf das Eis treffen, um einen wenige Meter entfernten Detektor zu erreichen, können Wissenschaftler die Zusammensetzung des Eises abschätzen.

Und das wiederum kann Aufschluss darüber geben, wie viel Sonnenlicht der Gletscher absorbiert und wie viel es reflektiert. Anhand dieser Daten lässt sich abschätzen, wie schnell das Eis schmilzt.

Allgaier baut normalerweise Geräte, die in einem Labor verwendet werden. Wenn etwas nicht funktioniert, kann er sich vor Ort anpassen. Etwas zu entwerfen, das in entfernten Umgebungen verwendet werden würde, sei eine neue Herausforderung, sagte er.

„Mit der Feldforschung muss es klappen“, sagte Allgaier. „Du bekommst vielleicht keine weitere Chance, zurückzukommen und es noch einmal zu versuchen.“

Er und seine Kollegen mussten auf das perfekte Wetterfenster warten, um das Instrument in den Bergen zu testen: spät genug im Sommer, als der Schnee von der Oberfläche des Gletschers geschmolzen war, um das blanke Eis freizulegen, aber bevor neuer Schnee fiel. Also führten sie zuerst viele Tests im Labor und in der Stadt durch, um das Instrument zu verfeinern.

Als die Bedingungen stimmten, schleppten Allgaier und seine Kollegen das Gerät zum Crook Glacier auf Broken Top, etwa 3 Meilen Fußmarsch entfernt. Das Hauptgerät selbst passt in einen Hartschalen-Plastikkoffer von der Größe einer kleinen Aktentasche. Die gesamte Ausrüstung, die für den Betrieb erforderlich ist, wie Batterien und zusätzliche Kabel, kann von ein paar Leuten mit Rucksäcken hochgezogen werden.

Tagsüber bauen sie sich in der Nähe des Gletscherrandes auf. Umgebungslicht stört die Datenerfassung, also warteten sie, bis die Sonne unterging, um die Laser einzuschalten und vorsichtig mit Messungen auf dem kalten Eis zu beginnen.

Auf einer zweiten, längeren Reise wanderten sie zum Collier-Gletscher von North Sister, der seit fast 100 Jahren von UO-Forschern untersucht wird. Es ist nach George H. Collier benannt, einem ehemaligen Professor für Physik und Chemie an der UO und einem der ersten Fakultätsmitglieder der Universität.

Das Team verwendete Mittel aus der Renee James Seed Grant Initiative des Büros des Vizepräsidenten für Forschung und Innovation, um den Prototyp des Geräts zu entwickeln. Nun wollen sie weiter voranschreiten.

„Wir hoffen, das Instrument nach Alaska zu bringen und das, was wir gelernt haben, für die Bodenvermessung von Satellitendaten zu verwenden“, sagte Allgaier, was bedeutet, dass es sicherstellen würde, dass die von Satelliten über Gletscher gesammelten Daten mit den am Boden aufgezeichneten Daten übereinstimmen .

Ryan und die UO-Geographin Sarah Cooley arbeiten mit Daten des NASA-Satelliten ICESat-2, der Höhenänderungen von Eisschilden und Meereis misst.

„Es gibt einige Unsicherheiten darüber, wie weit der Laser in Schnee und Eis eindringt“, sagte Ryan. „Mit unserem bodengestützten Instrument können wir die Eindringtiefe des grünen Lasers in Schnee und Eis messen und sehen, wie sie sich über Raum und Zeit hinweg verändert.“

Dadurch können sie Ungenauigkeiten in diesen Satellitendaten korrigieren und letztendlich die darauf basierenden Klima- und Umweltvorhersagen verbessern.