Arktik je udaljen, sa često teškim uslovima, a njegova klima se brzo menja – zagreva se četiri puta brže od ostatka Zemlje. Ovo čini proučavanje arktičke klime i izazovnim i vitalnim za razumevanje globalnih klimatskih promena.
Naučnici iz Nacionalne laboratorije Sandia koriste postojeći optički kabl kod tačke Oliktok na severnoj padini Aljaske da bi proučavali uslove arktičkog morskog dna do 20 milja od obale. Kristijan Stančiu, vođa projekta, predstaviće svoje najnovije nalaze u petak, 15. decembra na jesenjem sastanku AGU-a u San Francisku.
Njihov cilj je da odrede seizmičku strukturu milja arktičkog morskog dna. Koristeći novu tehniku, oni mogu uočiti delove morskog dna gde zvuk putuje brže nego na ostatku morskog dna, obično zbog više leda. Identifikovali su nekoliko oblasti sa puno leda, rekao je Stanciu, geofizičar iz Sandije.
Naučnici su takođe koristili kabl za određivanje temperature na delu morskog dna i pratili promene temperature tokom godišnjih doba. Ovi podaci, za razliku od bilo kojih ranije prikupljenih, ubačeni su u kompjuterski model kako bi se zaključila distribucija podmorskog permafrosta, rekla je Dženifer Frederik, geonaučnik za računarstvo.
„Jedna od inovacija ovog projekta je da sada možemo da koristimo jedno vlakno za dobijanje akustičkih i temperaturnih podataka“, rekao je Stanciu. „Razvili smo novi sistem za daljinsko prikupljanje oba tipa podataka pomoću jednog vlakna. Dobijamo zanimljive rezultate.“
Permafrost i odbijajuća svetlost
Poput ostataka pečene ćuretine koja sedi u zadnjem delu zamrzivača od Dana zahvalnosti, arktički permafrost je banket koji samo čeka da se odmrzne. Konkretno, kako se nekada živa materija koja je bila zamrznuta tokom poslednjeg ledenog doba otapa, mikrobi počinju da je vare i proizvode otpadne gasove kao što su metan i ugljen-dioksid, rekao je Frederik. Naučnici proučavaju koliko veliki mikrobni banket leži zamrznut na Arktiku i koliki bi uticaj ti gasovi mogli da imaju na globalnu klimu.
Da bi proučavali permafrost na arktičkom morskom dnu, istraživači su koristili impulse laserske svetlosti koji su oborili podmorski telekomunikacioni kabl sa optičkim vlaknima zakopan kod obale Aljaske, koji ide severno od tačke Oliktok. Male nesavršenosti u kablu su prouzrokovale da se svetlost odbije nazad do senzorskog sistema.
Uhvativši ovu svetlost na dve talasne dužine ili boje i upoređujući ih, istraživači su mogli da odrede temperaturu kabla na svaki metar, rekao je Frederik. Ovo se zove raspodeljeno detekciju temperature.
Posmatrajući svetlost različite talasne dužine, istraživači su mogli da otkriju kada je kabl bio napet usled zvučnog talasa koji je prolazio. Ovo takozvano distribuirano akustičko sensiranje pružilo je informacije o strukturi morskog dna do dubine od jedne do tri milje, rekao je Stanciu.
Koristeći ovu metodu, naučnici veruju da su identifikovali dno permafrosta morskog dna na dubini od oko četvrt milje. Takođe su pronašli još jedno područje sa neuobičajeno velikim količinama leda, verovatno u skladu sa pingom ili „ledenom bubuljicom“, kupolastim brdom koji se formirao ledom koji se gura prema gore, dodao je on. Analizu podataka za merenja uglavnom je uradio stažist Sandije Brandon Her.
„Činjenica da možemo kontinuirano pratiti temperaturu, sada možemo da pratimo promene iz godine u godinu i iz sezone u sezonu“, rekao je Frederik. „Mi posebno tražimo neobjašnjive tople tačke. Mislimo da ćemo moći da vidimo oblasti curenja morskog dna—nešto poput izvora koji izlaze iz zemlje, osim na morskom dnu. Zainteresovani smo za njih jer su nosioci dubljih tečnosti bogatih ugljenikom i pokazatelj su zagrevanja i promena.“
Istorija i inovacije
Sandia prikuplja klimatske podatke sa severa Aljaske više od 25 godina. Trenutni istraživački projekat je započeo pre oko godinu dana i zasniva se na prethodnim radovima na istom optičkom kablu od strane geofizičara iz Sandije Roba Abbota i Majkla Bejkera.
Jedna nedavna inovacija Stanciuovog tima je potpuno operativni sistem koji omogućava daljinsko prikupljanje podataka skoro u realnom vremenu. Ovo minimizira vreme i troškove putovanja do Oliktoka i rizik od gubitka podataka kada je sistem bez nadzora, rekao je Stanciu. Akustički i temperaturni podaci se ne mogu prikupljati u isto vreme, ali jedan ili drugi sada se mogu prikupljati kontinuirano.
Jedan izazov koji je tim rešio tokom prve godine projekta bio je određivanje načina kalibracije podataka o temperaturi iz optičkog kabla, rekao je Frederik. Tipično, distribuirani sistemi za detekciju temperature su izgrađeni sa sistemima za samokontrolu kao što su vlakna koja se udvostručuju sama za sebe radi redundantnosti ili sa ugrađenim termometrima. Međutim, pošto tim koristi telekomunikaciona tamna vlakna, bili su im potrebni računarski modeli da bi potvrdili sezonske promene temperature koje su otkrili. Analizu podataka za ovo je uglavnom uradio stažist Sandije Itan Konli.
Frederick koristi podatke iz distribuiranog senzora temperature i rezultate iz distribuiranog akustičkog sensinga modeliranja da bi obezbedio ograničenja kodu geofizičkog modeliranja koji je razvio Sandia. Kod modelira tečnosti i gasove koji teku kroz tlo pod zemljom. Frederik koristi ovaj kod za modeliranje 100.000 godina geološke istorije za proučavani deo arktičkog morskog dna, uključujući prosečnu temperaturu poslednjeg ledenog doba i koliko je nivo mora porastao. Rezultati modela su karte trenutne distribucije podmorskog permafrosta.
Ograničenja sistema za ispitivanje koje tim koristi, uključujući snagu lasera i osetljivost senzora, sprečavaju naučnike da prikupljaju podatke više od 18-25 milja od obale, rekao je Frederik. Uz poboljšanja sistema, ona se nada da će pomeriti distancu dalje.
„Ovaj projekat ima mnogo različitih delova“, rekao je Frederik. „Gledam temperaturu, a Kristijan gleda akustiku da bi dobio podzemni model. Zaista su vam potrebni svi ovi delovi da biste rekli nešto o široj slici trenutne distribucije permafrosta i da li vidimo promene poput curenja i kako to igra na veću sliku o emisiji gasova staklene bašte. Biti u mogućnosti da koristimo nove alate i dovedemo ih do krajnosti da vidimo šta možemo naučiti je zaista super.“
