Construindo eletrônicos que podem sobreviver sob o manto de gelo da Groenlândia

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Prolongar / Sensores, componentes eletrônicos de suporte e um transmissor são todos envoltos em um invólucro à prova de pressão.

Michael Prior-Jones

Por meio do programa de satélite GRACE, os pesquisadores mostraram que o manto de gelo da Groenlândia tem perdido cerca de 280 bilhões de toneladas de gelo a cada ano – o equivalente a cerca de 1,5 milhões de piscinas olímpicas. Para geleiras como as da Groenlândia e da Antártica, a maior parte dessa água derretida acaba no oceano – com consequências já perceptíveis para a elevação do nível do mar.

Melhores previsões do futuro aumento do nível do mar exigirão que entendamos o que o degelo está fazendo dentro – e especialmente sob – as geleiras. Mas para fazer isso, os pesquisadores precisam fazer medições Através dos uma geleira. No início deste mês, engenheiro elétrico e glaciologista Dr. Michael Prior-Jones e seus colaboradores no Reino Unido, Suíça, Dinamarca e Canadá Publicados sua versão redesenhada de uma sonda subglacial sem fio –o Cryoegg—Para ajudar a estudar o “encanamento” interno das geleiras.

Obstáculos glaciais

O água derretida fluindo através e por baixo das geleiras podem terminar em pequenos bolsões, grandes lagos ou rios de movimento rápido – cada um dos quais desestabiliza a geleira em diferentes graus. Os lagos subglaciais podem causar o deslocamento de seções inteiras da geleira. Em contraste, os rios subglaciais canalizam o derretimento da água para uma área menor, causando comparativamente menos movimento glacial.

Os pesquisadores usaram sinais de rádio e imagens de satélite para mapear o tamanho de redes hidrológicas e lagos sob geleiras. Mas não se sabe muito sobre a rapidez com que essa água se move ou quanto tempo leva para vagar em seu caminho até o oceano. A única maneira de responder a essas perguntas é fazer medições embaixo da geleira.

As geleiras, e especialmente as fendas glaciais e buracos de drenagem, chamados moulins, são extremamente perigosos para explorar pessoalmente. A água do derretimento flui através dos moulins a até 4 toneladas métricas por segundo, e o gelo muda com frequência. Os glaciologistas tentaram arranjos experimentais no topo das geleiras, bem como sondas penduradas em furos no manto de gelo. Mas isso geralmente dura apenas algumas semanas antes que as geleiras se movam o suficiente para quebrar ou emaranhar os cabos e tornar a configuração inutilizável.

A solução tem sido projetar sondas sem fio que são lançadas na rede subglacial. No entanto, rapidamente ficou claro que os pesquisadores não podem confiar na recuperação dessas medições quando as sondas saem da geleira – elas quase sempre ficam presas. Uma série de experimentos, incluindo um envolvendo uma flotilha de patinhos de borracha lançado pela NASA, mostrou que as coisas que vão para as geleiras raramente são vistas novamente.

Isso inspirou um punhado de dispositivos que transmitem medições em tempo real Através dos o gelo enquanto a sonda viaja sob a geleira. O mais recente deles – o Cryoegg – está em construção há quase 10 anos, e Prior-Jones e a equipe o projetaram expressamente para medições em gelo profundo.

Profundezas geladas

O projeto é uma sonda do tamanho de uma toranja à prova de água e à pressão, que agora é capaz de enviar medições através de 1,3 km de gelo. É alimentado por uma bateria que deve permitir o envio de medições a cada duas horas por até um ano. Os componentes incluem tecnologia de link de rádio que foi reaproveitada a partir de medidores de água e gás na França e uma caixa feita sob medida e à prova de pressão.

O Cryoegg está equipado para responder a três perguntas: Qual é a temperatura? Quanta pressão existe? E há quanto tempo a água ao redor flui através e sob a geleira?

A idade da água pode ser aproximada por sua condutividade elétrica. A água doce do degelo é quase pura, mas à medida que flui pela geleira – e especialmente quando entra em contato com rochas e sedimentos – ela coleta minerais e sólidos dissolvidos. Essas substâncias, por sua vez, alteram a condutividade elétrica da água.

Em combinação, essas medições fornecem pistas sobre a rapidez com que a geleira está drenando. Por exemplo, pressões mais baixas indicam que a água tem uma saída fácil, enquanto pressões mais altas sugerem que a água está presa. Além disso, quanto maior a condutividade, mais tempo provavelmente a água esteve sob a geleira.

"Atualmente, há tão poucas medições sob o gelo que os modeladores têm muito poucos dados sobre os efeitos das mudanças na estrutura do sistema de drenagem", disse a Dra. Liz Bagshaw, colaboradora do Prior-Jones. “Fazemos parte de um esforço muito maior para as pessoas que estão quantificando todos esses processos diferentes para serem alimentados em modelos de manto de gelo mais amplos.”

Esperando na fila

O Cryoegg ainda não foi lançado para um teste completo, mas os pesquisadores o testaram (preso a uma corda) sob geleiras na Groenlândia e nos Alpes suíços. Como o dispositivo passou em todos os testes até agora, a equipe planeja lançar o primeiro Cryoegg na Corrente de Gelo do Nordeste da Groenlândia (NEGIS), uma das geleiras de movimento mais rápido conhecidas. Eles esperam que as medições do Cryoegg possam dar a eles mais insights sobre por que essas geleiras estão se movendo tão rapidamente.

Eles também estão no processo de tornar o Cryoegg mais resistente à pressão e estender o alcance do sinal por até 2,5 km de gelo – a profundidade média do manto de gelo no centro da Groenlândia. Também em andamento: ampliação do alcance entre o Cryoegg e o receptor de rádio, não apenas em termos de profundidade, mas também de distância da superfície.

Uma das maiores limitações nesta fase é o acesso a poços, que normalmente são financiados e implementados por colaborações internacionais. Embora seja ideal eventualmente implantar o Cryoeggs amplamente em todo o mundo, há uma longa fila de outros pesquisadores esperando para usar os poços disponíveis para seus próprios estudos. Nesse ínterim, o primeiro teste será para ver quais dados são enviados de volta da viagem inaugural do Cryoegg.

“A glaciologia é, de certa forma, equivalente a sondas espaciais porque estamos apenas enviando esta pequena nave para um ambiente incerto e esperando obter os dados dela antes que se percam”, disse Prior-Jones.

Journal of Glaciology, 2021. DOI: 10.1017 / jog.2021.16 (Sobre DOIs)

K.E.D. Coan é jornalista freelance cobrindo histórias sobre clima e meio ambiente na Ars Technica. Ela tem um Ph.D. em Química e Biologia Química.

Fonte: Ars Technica