Gleccserkutatás nyomásmérő technológiával

A gleccserek a Föld legfontosabb édesvíztárolói – édesvízkészleteink mintegy háromnegyedét a gleccserek jege tárolja bolygónkon. A sarkokat, illetve az Antarktiszt és Grönlandot borító nagy jégtakarók annyi tárolt vizet tartalmaznak, hogy ha elolvadnak, jelentősen megemelik a tengerszintet, és áradásokat okozhatnak. A globális hőmérséklet és a szén-dioxid-kibocsátás növekedésének következtében számos hegyi gleccser teljesen eltűnhet, és fennáll a valós veszélye annak, hogy a sarkvidékekről is jelentős mennyiségű jég fog elolvadni.

Annak érdekében, hogy jobban megértsük, miképpen hat az éghajlatváltozás a hegyi gleccserekre és a sarki jégtakarókra, a walesi Cardiffi Egyetem kifejlesztett egy új berendezést, amelyet a csapat Cryoeggnek nevezett el. A készülék a KELLER PA-20D nyomásjeladót, a víznyomás mérésére szolgáló megbízható érzékelőt tartalmazza, és a kezdeti vizsgálatok lenyűgöző eredményeket hoztak.

A Cryoegg célja, hogy a jövőben segítse a kutatást, és pontosabb információkat gyűjtsön a folyékony víz áramlásának pontos menetéről a gleccserek és jégtakarók belsejében és alatta. A kutatás eredményei várhatóan új módszereket javasolnak majd, amelyekkel megvédhetjük gleccsereinket a következő generációk számára.

Krioszféra és éghajlatváltozás

A „krioszféra” kifejezést a tudósok a bolygón található fagyott vízforrásokra használják. A Földön a krioszféra az éghajlati rendszerre is jelentős hatást gyakorol, mivel a jég nagyfokú visszaverő- képessége miatt nagy mennyiségű napfényt és hőt terel. Ezt a hatást „albedó hatásnak” nevezik, amely közvetve felelős bolygónk lehűléséért.

A tartósan hideg sarkvidékek a globális éghajlati rendszer részét képezik – a légkörben és az óceánokban áramló hő segíti az időjárás és az óceáni keringés alakulását. A Golf-áramlat vizei például hőenergiát szállítanak a Mexikói-öbölből az Atlanti-óceánon át Norvégiába, ami enyhe klímát teremt Európában.

Az üvegházhatású gázok kibocsátása azonban az iparosodás kezdete óta folyamatosan emelkedik, és ezzel bolygónk alaphőmérséklete is. Ez azt jelenti, hogy gleccsereink és sarkvidékeink évről évre egyre jobban olvadnak, ami már most számos ökológiai és társadalmi hatást gyakorol az ökoszisztémánkra. De nem csak világunk növény- és állatvilága van veszélyben. Egyre gyakoribbak a környezeti katasztrófák is, amelyek kihatással vannak emberi létünkre. Ha távolabbra tekintünk, a gleccsereink olvadása még jelentősebb problémákhoz vezethet, például globális ivóvízhiányhoz. Gleccsereink és pólusaink kutatása és védelme ezért létfontosságú a jelenlegi és jövőbeli földi életünk szempontjából.

Hogyan működnek a gleccserek?

A gleccserek nem csak szilárd jégből állnak, nyáron ezeken sétálva gyakran láthatók apró patakok vagy folyók, amelyek a jeges felszínen keresztül folynak. Ez az olvadékvíz. Ha követjük az egyik ilyen patakot, nagy valószínűséggel egy ponton eltűnik egy lyukban, és folytatja útját a föld alatt. Ezeket a lyukakat „moulin”-nak nevezik, ami franciául malmot jelent, mivel hasonlítanak egy hagyományos vízimalom gyorsan folyó vizére.

A víz eltűnik a moulinban, és a gleccser jege alatt áramlik tovább, amíg annak végén ki nem bukkan – az alatta lévő völgybe vagy a tengerbe. Mivel nem látunk a gleccserjég alá, nagyon nehéz megérteni, hogyan viselkednek ezek a vízfolyások, és hogyan befolyásolják a gleccserek áramlását. A kutatások kimutatták, hogy a hegyi gleccsereken a víznyomás tavasszal megnő, ami megolajozza a gleccsert, és gyorsabbá teszi az áramlását. Később, nyáron és ősszel a víz csatornákat váj a jég alá, csökkentve a nyomást, és ismét lelassítva a gleccsert.

A kutatók nem kizárólag azért tanulmányozzák ezeket a moulinokat, hogy mélyebb betekintést nyerjenek hegyi gleccsereink rejtett csatornáiba. Sokkal fontosabb, hogy megfelelőbb módszereket keressenek annak tanulmányozása és megértése érdekében, hogyan működnek a nagy sarkvidékek és földalatti csatornáik olyan helyeken, mint például Grönland.

A moulinok rendkívül veszélyesek. Jéghideg, gyorsan áramló vízzel teltek, és erős áramlatokkal rendelkeznek. Emiatt a gleccsereket búvárok nem tanulmányozhatják. Az eddigi kutatások „szubglaciális szondákat” használtak a gleccserek áramlásának tanulmányozására. (A szubglaciális azt jelenti, hogy a jég alatt.) A szubglaciális szondák különféle érzékelőket tartalmaznak, és kifejezetten a gleccserek kutatására tervezték őket.

Eddig a tudósok gyakran fúrtak lyukat mechanikusan vagy melegvizes fúróval. A szondát ezután egy kábel végére erősítve leeresztik. A vezeték táplálja az érzékelőt, a szenzor pedig az általa rögzített adatokat visszaküldi a felszínen lévő számítógépnek. A gleccser mozgása miatt a fúrólyukak deformálódnak, és a kábel addig feszül, amíg el nem szakad. A jelenlegi gleccser alatti szondák élettartama ezért többnyire csak néhány hétre korlátozódik.

Forrás: Keller
A fejlesztés hozzáadott értéket képvisel: Cryoegg

Liz Bagshaw gleccserkutató és Mike Prior-Jones mérnök, a walesi Cardiffi Egyetem Föld- és Környezettudományi Karának munkatársai a szubglaciális szondák új, innovatív formáját fejlesztették ki, amelyet Cryoegg névre kereszteltek.

A Cryoegg egy vezeték nélküli, golyószerű eszköz, amely akkumulátort, érzékelőket és rádióadót tartalmaz. A gömbszerű alakja lehetővé teszi, hogy könnyen és simán csússzon a gleccserek vízcsatornáiban. Ezért kevés a valószínűsége, hogy elakadjon. Mivel a Cryoegg vezeték nélküli, egyszerűen bele lehet engedni egy moulinba vagy leereszteni egy fúrólyukba.

„A KELLER nyomásérzékelői rendelkeznek azzal a megbízhatósággal és konstrukcióval, amely a legdurvább környezeti hatásoknak is ellenáll. A digitális I2C interfésznek köszönhetően pedig nagyon könnyen integrálhatóvá vált az elektromos tervezésbe” – mondta Mike Prior-Jones.

A három paramétert, a nyomást, a hőmérsékletet és az elektromos vezetőképességet a Cryoeggbe integrált érzékelőkkel mérik. A nyomásérzékelő egy KELLER PA-20D (250 bar). Vákuumzáras membránnal rendelkezik, és digitális I2C interfészen keresztül kommunikál a mikrokontrollerrel. A jeladó 16 bites nyomásértéket továbbít a mikrokontrollernek, de a rendelkezésre álló tartománynak csak a felét használja ki. A fennmaradó részt a kalibrált tartományt kissé meghaladó nyomások jelentésére alkalmazza. Ez azt jelenti, hogy a legkisebb jelenthető nyomásintervallum 7,6 mbar. A gyakorlati helyszíni tesztek során a KELLER érzékelő akár 0,1 bar pontossággal is képes volt érzékelni a víznyomás változásait. A hőmérséklet és a vezetőképesség mérésére külön, egymástól független érzékelőket szereltek fel.

Terepi kísérletek – Svájc és Grönland

A Cryoegg terepi tesztjeit 2019-ben a svájci Rhône-gleccseren végezték el. A csapat a Cryoegget egy kötélre erősítette, és tesztelés céljából leeresztette egy moulinba. Amint a Cryoegg elérte a moulin alját, a monitoron megjelent a KELLER PA-20D érzékelővel mért víznyomás. Mivel a nyomás egy órán keresztül folyamatosan nullára csökkent, a csapat arra a következtetésre jutott, hogy a tárolt víz kifolyik a moulinból.

Egy további helyszíni kísérletet végeztek a kelet-grönlandi jégmagprojekt fúrólyukában. Ez megmutatta, hogy a Cryoegg több mint 1,3 km vastag jégen keresztül is képes adatokat szolgáltatni, és hogy az érzékelők -30 °C-os hőmérsékleten is ellenállnak a működésnek.

Ambiciózus jövőbeli tervek

A Cryoegg csapata az elkövetkező években vissza kíván térni az East Greenland Ice Core Project (EastGRIP) helyszínére. Ezt a fúrást az Északkelet-Grönlandi Jégáramlatba (NEGIS) fúrják, amely a grönlandi jégtakaró egy nagyon gyorsan mozgó szakasza. Annak megértése, hogy a NEGIS hogyan reagál az éghajlatváltozásra, fontos annak előrejelzéséhez, hogy a grönlandi jégtakaró jege milyen gyorsan éri el a tengert és emeli meg a globális tengerszintet. Amint az EastGRIP jégmag elkészül, egy 2,5 km mély fúrást hagynak maguk után, amelyen keresztül a Cryoegg hozzáfér a jégtakaró alatti környezethez.

A Cryoegg jelenleg további optimalizáláson esik át a Cardiffi Egyetemen, hogy megbirkózzon a NEGIS alatti nagy nyomással. A ház átalakítása és egy KELLER 7LD érzékelő felszerelése lehetővé teszi a víznyomás megbízható és valós idejű mérését. A KELLER 7LD nyomásmérő transzmitter optimális megoldást jelenthet erre. Kompakt mérete mellett nagyon megbízható méréseket is biztosít, és chip-in-oil technológiájának köszönhetően rendkívül ellenálló a környezeti hatásokkal szemben. Az I2C interfész itt is támogatja a meglévő rendszerbe való egyszerű integrációt. A nyomástovábbító alacsony energiafogyasztásának köszönhetően ideális az akkumulátoros rendszerekben való használatra is.

A Cryoegg csapatának célja, hogy a legújabb technológiát felhasználva jobban megértse a gleccserek működését. Ez pedig végső soron lehetővé teszi, hogy megoldásokat találjunk a gleccserek és a sarkvidékek hosszú távú fenntartására és hatékony védelmére.

KELLER

Akár ez is tetszhet