Учёные использовали оптоволоконный кабель для изучения таяния ледников в Гренландии

Фронт ледника Eqalorutsit Kangilliit Sermiat в Южной Гренландии. Исследователи разместили оптоволоконный кабель в нескольких сотнях метров от ледника. Автор: Доминик Грефф/Университет Вашингтона

Когда ледники тают, огромные глыбы льда откалываются и падают в море, создавая волны, сравнимые с цунами, и оставляя мощный след при дрейфе. Этот процесс, называемый «кальвинг», крайне важен для понимания учёными. Однако фронт ледника — опасное место для сбора данных.

Чтобы решить эту проблему, команда исследователей из Университета Вашингтона и других учреждений использовала оптоволоконный кабель для изучения динамики кальвинга во фьорде ледника Eqalorutsit Kangilliit Sermiat в Южной Гренландии.

Данные, собранные с кабеля, позволили им зафиксировать — без приближения к опасной зоне — один из ключевых процессов, ускоряющих потерю массы ледника, что, в свою очередь, угрожает стабильности ледяных щитов и влияет на глобальные океанские течения и местные экосистемы.

«Мы подвели оптоволокно к леднику и зафиксировали этот безумный эффект умножения кальвинга, который невозможно было бы увидеть с помощью более простых технологий», — сказал соавтор исследования Брэд Липовски, доцент кафедры наук о Земле и космосе. «Это то, что мы просто никогда не могли количественно оценить раньше».

Впервые полученные данные позволили глубже изучить взаимосвязь между льдом и водой, в которую он обрушивается, от поверхностных волн до возмущений в толще воды. Их результаты опубликованы в журнале Nature.

Доминик Грефф, постдокторант Университета Вашингтона (в центре), и члены команды загружают оптоволоконный кабель на исследовательское судно Adolf Jensen. Автор: Мануэла Кёпфли/Университет Вашингтона

Юлия Шмале, доцент Федеральной политехнической школы Лозанны (слева), и Мануэла Кёпфли, аспирантка Университета Вашингтона (справа), разматывают оптоволоконный кабель для его погружения на дно фьорда. Автор: Доминик Грефф/Университет Вашингтона

Ледяной щит Гренландии — ледяная шапка, примерно в три раза превышающая площадь Техаса — сокращается. Учёные фиксируют его отступление уже 27 лет, пытаясь понять последствия продолжающейся потери массы.

Если ледяной щит Гренландии растает, это приведёт к повышению уровня мирового океана примерно на 7,6 метра, что затопит побережья и вынудит миллионы людей покинуть свои дома.

Исследователи также предполагают, что таяние льдов ослабляет глобальную систему течений, регулирующую климат и распределение питательных веществ, — так называемую Атлантическую меридиональную циркуляцию.

«Вся наша Земная система зависит, по крайней мере частично, от этих ледяных щитов», — сказал ведущий автор исследования Доминик Грефф. «Это хрупкая система, и даже небольшое возмущение может привести к её коллапсу. Нам нужно понимать переломные моменты, а для этого требуется глубокое знание процессов потери массы ледников».

Для этого учёные отправились в Южную Гренландию, где ледяной щит встречается с Атлантическим океаном, чтобы развернуть оптоволоконный кабель. В последнее десятилетие исследователи изучают, как такие кабели можно использовать для дистанционного сбора данных с помощью технологии Distributed Acoustic Sensing (DAS), которая фиксирует движение грунта на основе деформации кабеля. До этого исследования никто не пытался записать процесс кальвинга с помощью подводного DAS-кабеля.

Нос исследовательского судна Adolf Jensen, рассекающий льды фьорда. Автор: Доминик Грефф/Университет Вашингтона

Исследовательское судно Adolf Jensen во время развёртывания оптоволоконного кабеля. Фронт кальвинга виден слева от судна. Автор: Доминик Грефф/Университет Вашингтона

«Мы не знали, сработает ли это», — сказал Липовски. «Но теперь у нас есть данные, подтверждающие то, что раньше было лишь идеей».

Исследователи опустили 10-километровый кабель с лодки недалеко от устья ледника. Они подключили его к небольшому приёмнику и собирали данные о движении грунта и температуре вдоль кабеля в течение трёх недель.

Анализ рассеяния фотонов в кабеле позволил учёным «заглянуть» под поверхность воды. Они смогли детально наблюдать за огромными глыбами льда, проплывающими мимо их судна. Некоторые из них, по словам Липовски, были размером с футбольный стадион и двигались со скоростью 24–32 км/ч.

Ледники огромны, и большая часть их массы находится под водой, где лёд тает быстрее. По мере того как тёплая вода подтачивает основание, ледник становится неустойчивым.

Во время кальвинга откалываются куски нависающей части, образуя айсберги. Этот процесс может быть постепенным, но иногда ледник выбрасывает в море огромные глыбы. Исследователи наблюдали крупные события каждые несколько часов во время полевых работ.

«Когда откалываются айсберги, они вызывают всевозможные волны», — сказал Грефф.

После первоначального удара по поверхности распространяются волны, называемые «цунами кальвинга». Это перемешивает верхние слои воды, которые стратифицированы. Морская вода теплее и тяжелее талой, поэтому оседает на дне. Однако спустя долгое время после всплеска, когда поверхность уже успокоилась, исследователи зафиксировали другие волны — внутренние гравитационные, распространяющиеся между слоями разной плотности.

Исследователь Доминик Грефф (слева) и член команды направляются к берегу на лодке Zodiac. На заднем плане — исследовательское судно Adolf Jensen, а слева виден фронт кальвинга. Автор: Юлия Шмале

На берегу фьорда в Гренландии оборудование, записывающее сигналы с оптоволоконного кабеля, заряжается от солнечных панелей. Автор: Доминик Грефф/Университет Вашингтона

Хотя эти подводные волны не были видны с поверхности, исследователи зафиксировали внутренние волны высотой с небоскрёбы, раскачивающие фьорд. Эти медленные, но устойчивые движения продлевали перемешивание воды, поднимая тёплую воду к поверхности и опуская холодную на дно.

Грефф сравнил этот процесс с таянием кубиков льда в тёплом напитке. Если не размешивать, вокруг льда образуется холодный слой, изолирующий его от тёплой жидкости. Но если помешать, этот слой разрушается, и лёд тает быстрее. Во фьорде, по гипотезе учёных, волны от кальвинга разрушают пограничный слой ледника, ускоряя подводное таяние.

Исследователи также наблюдали внутренние гравитационные волны, исходящие от дрейфующих айсбергов. Такие волны известны, но впервые их удалось зафиксировать в таком масштабе.

Предыдущие исследования основывались на данных датчиков, установленных на дне океана, которые давали лишь моментальный снимок фьорда, а также на показаниях вертикальных термометров. Новые данные помогут улучшить модели прогнозирования и создать системы раннего предупреждения о цунами, вызванных кальвингом.

«Сейчас происходит революция в волоконно-оптическом зондировании», — сказал Липовски. «За последнее десятилетие эта технология стала гораздо доступнее, и мы можем использовать её в таких потрясающих условиях».

Дополнительная информация: Calving-driven fjord dynamics resolved by seafloor fibre sensing, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09347-7

Источник: University of Washington