Поскольку повышение атмосферных температур приводит к истончению и отступлению ледников по всему миру, жизненно важно понять, как ледники реагируют на изменение климата, рост водорослей и примеси, такие как пыль и сажа. Понимание ответных мер помогает ученым, политикам и сообществам смягчить ущерб и защитить водоразделы и сообщества, которые зависят от этих ледников. Однако многие ледники расположены в отдаленных местах, к которым может быть трудно получить доступ и изучить их.

В статье, опубликованной в журнале Glaciology в мае 2022 года, физик Маркус Альгайер совместно с геологами и географами разработал портативный инструмент, который можно легко поместить в рюкзак и носить с собой на отдаленные ледники для измерения оптических свойств и состава их льда.

Сбор данных о составе льда и отступлении ледников важен для оценки того, как ледники реагируют на изменение климата. Эти данные также помогают ученым предсказать, как отступление ледников может повлиять на сообщества, расположенные ниже по течению реки. В настоящее время многие гляциологи полагаются на методы моделирования для оценки состава льда ледников, особенно для более удаленных ледников, к которым сложно получить доступ и которые трудно обследовать.

Однако, не находясь на леднике, может быть трудно точно измерить состав льда, рост водорослей, а также уровень пыли и сажи. Этот дефицит делает гляциологию с рюкзаком — походы в отдаленные места с портативным оборудованием для физических измерений на ледниках — жизненно важной для понимания льда и его поведения.

Однако гляциология рюкзака сопряжена с компромиссом. Чтобы инструменты были портативными, они часто просты и не могут измерять такие переменные, как альбедо, что важно для понимания ретрита. Например, климатический проект North Cascades Glacier, десятилетний проект по измерению ледников на северо-западе Вашингтона, использует длинный металлический зонд со съемными сегментами, лазерный дальномер и маркированные веревки для проведения большей части своих исследований. Эти инструменты действительно помогают исследователям собирать жизненно важные данные о глубине снега, скорости абляции, местоположении конечной точки и профилях ледников, но у ученых, надеющихся измерить альбедо или состав льда на удаленных ледниках, мало вариантов.

Альгайер, физик-постдоктор из Университета штата Орегон, работает над устранением нехватки вариантов и улучшением измерительных инструментов, доступных гляциологам по всему миру. Альгайер объяснил в интервью GlacierHub, что, хотя его образование связано с квантовой физикой, он хотел "применить эти области к науке об окружающей среде и исследованию климата", сославшись на свою любовь к горам и желание внести свой вклад в исследования, направленные на их понимание. Он начал с изучения того, какие оптические измерения используют гляциологи, и размышлений о том, как их можно улучшить и чего не хватает в используемых в настоящее время методах. Он привлек гляциологов, географов и гидрологов для совместной разработки инструмента.

Кульминацией этого сотрудничества стала разработка устройства, которое измеряет состав и структуру ледникового льда с помощью фотонов, или субатомных световых частиц. Устройство посылает лазерный импульс в ледник и измеряет время, необходимое фотонам, чтобы отскочить от льда и попасть в приемник, находящийся примерно в двух метрах от него. Пузырьки воздуха внутри ледника рассеивают лазерный импульс в случайных направлениях, изменяя как время, необходимое для попадания в приемник, так и форму импульса, когда он туда попадает.

По словам Альгайера, "форма импульса и продолжительность обнаруженного света уникальны, и они говорят нам, сколько света поглощается льдом и насколько сильно он рассеивается". Эти данные, в свою очередь, позволяют исследователям определить состав и плотность льда, а также оптические свойства ледников. Они могут быть использованы для прогнозирования скорости отступления.

Альгайер подчеркнул важность этого устройства как для больших, так и для малых ледников, заявив, что, измеряя состав и структуру льда, устройство дает "представление о том, что вызывает таяние и почему альбедо ледника такое, какое оно есть".

Хотя это устройство идеально подходит для сбора данных о труднодоступных ледниках, его также можно использовать для проверки точности данных дистанционного зондирования легкодоступных ледников и их соответствия тому, что обнаружено на земле. Последняя идея возникла в результате сотрудничества Альгайера с географами из Университета штата Орегон. Джонни Райан, доцент кафедры географии, присоединился к проекту, чтобы рассказать о ледниках, ледяных щитах и практическом использовании устройства. Райан говорит, что он и его коллеги с географического факультета смогли дать предложения о том, как улучшить устройство, чтобы оно лучше работало в полевых условиях, и дать представление о том, как проект может вписаться в текущий объем гляциологических исследований.

По словам Райана, географы также помогли при тестировании лазера в полевых условиях — они знали, куда идти и как ориентироваться на ледниках, а также как получить разрешения. Группа опробовала его на нескольких ледниках штата Орегон: леднике Крук на горе Брокен-Топ и леднике Кольер на Северной Сестре. Оба теста прошли успешно.

По словам Райана, до сих пор была изучена лишь небольшая часть мировых ледников. В будущем этот инструмент поможет исследователям "изучать ледники, которые обычно не изучались, но все еще важны для водных ресурсов и повышения уровня моря". А благодаря проверке данных со спутников и самолетов это новое исследование особенно важно для сообществ, расположенных ниже по течению от ледников, которые расположены в горах, слишком опасных для восхождения. Понимание того, как меняются и отступают их ледники, жизненно важно для будущего этих сообществ.