قم ببناء أجهزة إلكترونية يمكنها البقاء تحت الغطاء الجليدي في جرينلاند

بفضل برنامج القمر الصناعي GRACE ، أظهر الباحثون أن الغطاء الجليدي في جرينلاند يفقد 280 مليار طن من الجليد كل عام – ما يعادل 1.5 تقريبًا مليون حمام سباحة أولمبي. بالنسبة للأنهار الجليدية مثل تلك الموجودة في جرينلاند وأنتاركتيكا ، ينتهي معظم هذا الماء الذائب في المحيط – مع عواقب ملحوظة بالفعل على ارتفاع مستوى سطح البحر.

ستتطلب التوقعات الأفضل لارتفاع مستوى سطح البحر في المستقبل أن نفهم ما تفعله المياه الذائبة في الداخل – وخاصة تحت الأنهار الجليدية. ولكن للقيام بذلك ، يجب على الباحثين اتخاذ الإجراءات اللازمة بواسطة نهر جليدي. في وقت سابق من هذا الشهر ، مهندس كهربائي وعالم الجليد الدكتور مايكل بريور جونز والمتعاونين معها في المملكة المتحدة وسويسرا والدنمارك وكندا نشرت نسختهم المعاد تصميمها من المسبار اللاسلكي تحت الجليدي –و Cryoegg– للمساعدة في دراسة “السباكة” الداخلية للأنهار الجليدية.

العوائق الجليدية

ال تتدفق المياه الذائبة يمكن أن ينتهي الأمر عبر الأنهار الجليدية وتحتها في جيوب صغيرة أو بحيرات كبيرة أو أنهار سريعة الحركة ، كل منها يزعزع استقرار النهر الجليدي بدرجات متفاوتة. يمكن أن تتسبب البحيرات تحت الجليدية في تحول أجزاء كاملة من النهر الجليدي. في المقابل ، تقوم الأنهار تحت الجليدية بتوجيه المياه الذائبة إلى منطقة أصغر ، مما يؤدي إلى حركة جليدية أقل نسبيًا.

استخدم الباحثون إشارات الراديو وصور الأقمار الصناعية لتعيين حجم الشبكات الهيدرولوجية والبحيرات تحت الأنهار الجليدية. ولكن لا يُعرف الكثير عن السرعة التي تتحرك بها هذه المياه أو الوقت الذي تقضيه في التعرج في طريقها إلى المحيط. الطريقة الوحيدة للإجابة على هذه الأسئلة هي أخذ القياسات تحت الجبل الجليدي.

من الخطورة للغاية استكشاف الأنهار الجليدية ، وخاصة الصدوع الجليدية وفتحات التصريف ، والتي تسمى طواحين. يصب الماء الذائب في المطاحن بمعدل يصل إلى 4 أطنان مترية في الثانية ، ويتحرك الجليد بشكل متكرر. لقد جرب علماء الجليديات التركيبات التجريبية على قمم الأنهار الجليدية ، وكذلك المسابير المتدلية عبر الآبار في الغطاء الجليدي. لكن هذه عادة ما تستمر بضعة أسابيع فقط قبل أن تتحرك الأنهار الجليدية بما يكفي لكسر أو تشابك الكابلات بشكل ميؤوس منه وجعل المنشأة غير صالحة للاستعمال.

كان الحل هو تصميم مجسات لاسلكية يتم إطلاقها في الشبكة تحت الجليدية. ومع ذلك ، سرعان ما أصبح واضحًا أن الباحثين لا يستطيعون الوثوق في استعادة هذه القياسات عندما تغادر المجسات النهر الجليدي – فهي دائمًا ما تتعطل. سلسلة من التجارب ، بما في ذلك واحدة تنطوي على أسطول من البط المطاطية التي نشرتها وكالة ناسا ، أظهرت أن الأشياء التي تدخل في الأنهار الجليدية نادرا ما تتم مراجعتها.

ألهم هذا عددًا قليلاً من الأجهزة التي تنقل القياسات في الوقت الفعلي. بواسطة الجليد بينما يتحرك المسبار تحت الجبل الجليدي. أحدثها ، Cryoegg ، قيد التطوير منذ ما يقرب من 10 سنوات ، وقد صممه Prior-Jones والفريق خصيصًا للقياسات من خلال الجليد العميق.

أعماق متجمدة

التصميم عبارة عن مسبار مقاوم للماء ومقاوم للضغط بحجم الجريب فروت قادر الآن على إرسال قياسات عبر 1.3 كيلومتر من الجليد. يتم تشغيله بواسطة بطارية تسمح له بإرسال قراءات كل ساعتين لمدة تصل إلى عام. تشتمل المكونات على تقنية الارتباط اللاسلكي التي أعيد استخدامها من عدادات المياه والغاز في فرنسا ومبيت مقاوم للضغط مصنوع حسب الطلب.

تم تجهيز Cryoegg للإجابة على ثلاثة أسئلة: ما هي درجة الحرارة؟ ما الضغط؟ وكم من الوقت كانت المياه المحيطة تتدفق عبر وتحت النهر الجليدي؟

يمكن تقدير عمر الماء من خلال توصيله الكهربائي. تكاد تكون المياه الذائبة نقية ، ولكنها تتدفق عبر النهر الجليدي – وخاصة عندما تتلامس مع الصخور والرواسب – فهي تلتقط المعادن والمواد الصلبة الذائبة. تقوم هذه المواد بدورها بتعديل التوصيل الكهربائي للماء.

مجتمعة ، تعطي هذه القياسات أدلة على معدل تصريف النهر الجليدي. على سبيل المثال ، تشير الضغوط المنخفضة إلى سهولة خروج الماء ، بينما تشير الضغوط المرتفعة إلى أن الماء محاصر. بالإضافة إلى ذلك ، فكلما زادت الموصلية ، زادت مدة بقاء الماء تحت النهر الجليدي.

قالت الدكتورة ليز باجشو ، الزميلة في بريور جونز: “يوجد حاليًا عدد قليل جدًا من القياسات تحت الجليد بحيث لا يمتلك المصممون سوى القليل جدًا من البيانات حول تأثيرات التغييرات في بنية نظام الصرف”. “نحن جزء من جهد أكبر بكثير للأشخاص الذين يقيسون كل هذه العمليات المختلفة لتلائم النماذج الأكبر للغطاء الجليدي.”

انتظر في الطابور

لم يتم إصدار Cryoegg بعد لتجربة كاملة ، لكن الباحثين اختبروه (مرتبطًا بحبل) تحت الأنهار الجليدية في جرينلاند وجبال الألب السويسرية. نظرًا لأن الجهاز اجتاز جميع اختباراته حتى الآن ، يخطط الفريق لإطلاق أول Cryoegg في تيار شمال شرق جرينلاند الجليدي (NEGIS) ، وهو أحد أسرع الأنهار الجليدية المعروفة. إنهم يأملون أن تمنحهم قياسات Cryoegg فهمًا أفضل لسبب تحرك هذه الأنهار الجليدية بهذه السرعة.

كما أنهم يشددون الختم على Cryoegg ويوسعون نطاق الإشارة حتى 2.5 كيلومتر من الجليد – متوسط ​​عمق الغطاء الجليدي في وسط جرينلاند. قيد التطوير أيضًا: توسيع النطاق بين جهاز Cryoegg وجهاز استقبال الراديو ، ليس فقط من حيث العمق ولكن أيضًا من حيث المسافة السطحية.

أحد أكبر القيود في هذه المرحلة هو الوصول إلى الآبار ، والتي يتم تمويلها وتنفيذها عادة من خلال التعاون الدولي. في حين أنه سيكون من المثالي نشر Cryoeggs في نهاية المطاف في جميع أنحاء العالم ، إلا أن هناك سلسلة طويلة من الباحثين الآخرين الذين ينتظرون استخدام الآبار المتاحة لدراساتهم الخاصة. في غضون ذلك ، سيكون الاختبار الأول هو معرفة البيانات التي يتم إرجاعها من رحلة Cryoegg الأولى.

قال بريور جونز: “علم الجليد يعادل في بعض النواحي المسابير الفضائية لأننا نرسل هذه المركبة الصغيرة إلى بيئة غير مؤكدة ونأمل أن نحصل على بيانات منها قبل أن تضيع”.

مجلة علم الجليد، 2021. DOI: 10.1017 / الركض .2021.16 (حول DOIs).

كيد كوان صحفي مستقل يغطي قصص المناخ والبيئة في Ars Technica. هي حاصلة على درجة الدكتوراه. في الكيمياء والبيولوجيا الكيميائية.