Aktualności

Naukowcy badają cofające się lodowce przy użyciu obrazów termowizyjnych z dronów

Rosie Bisset, badaczka z Uniwersytetu w Edynburgu, mapuje powierzchnię niektórych z najwyższych lodowców w Ameryce Południowej, korzystając z danych z dronów wyposażonych w kamery termowizyjne. Naukowcy od kilku lat monitorują lodowce Andów za pomocą dronów, ale Bisset jako pierwsza przeprowadziła badanie termiczne swojej wyprawy.

Bisset jest częścią projektu badawczego CASCADA, który skupia naukowców z Wielkiej Brytanii i Peru w celu rozwiązania krytycznych problemów spowodowanych cofaniem się lodowców górskich. Lodowce peruwiańskich Andów skurczyły się o około 30% w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci i stanowią poważne zagrożenie dla zaopatrzenia w wodę ludzi żyjących w regionie Ancash w Peru. Bisset korzysta z danych termowizyjnych, aby zrozumieć, w jaki sposób pokrycie powierzchni lodowców wpływa na szybkość topnienia.

„Jedną z rzeczy, którą szczególnie interesuje nas w obserwacji  kamerą termowizyjną”, wyjaśnia Bisset, „jest ten materiał pokrywający powierzchnię lodowca, nazywany pokrywą gruzową”. Pokrycie gruzu wpływa na szybkość topnienia lodowca na dwa sposoby, w zależności od grubości: jeśli powierzchnia lodowca jest pokryta cienką warstwą, zwiększa to szybkość topnienia przez przyciemnienie powierzchni lodowca i pochłanianie większej ilości światła słonecznego. Ale grubsza warstwa gruzu ma odwrotny skutek, działac jako izolacja i zapobiega przedostawaniu się ciepła do powierzchni lodu.

„Mierząc temperaturę powierzchni, można modelować grubość odłamków i jej wpływ na szybkość topnienia”. Bisset użył drona wyposażonego w FLIR Vue Pro R 640 do pomiaru temperatury powierzchni lodowca i obecnie tworzy mozaikę zszytych obrazów termicznych, aby lepiej zrozumieć  charakterystykę powierzchni.

Obrazy termiczne zebrane za pomocą FLIR Vue Pro R.

„To technologia, która w tej chwili rozwija się dość szybko” – mówi Bisset o obrazowaniu termicznym. „Może nam powiedzieć wiele interesujących rzeczy, na które nie bylibyśmy w stanie spojrzeć za pomocą tylko zdjęć fotograficznych”.

Bisset wcześniej korzystała z termicznych danych satelitarnych, ale zdała sobie sprawę, że zdjęcia z drona zapewnią jej znacznie wyższą rozdzielczość i lepsze dane. Nie mając wcześniejszego doświadczenia z dronami, przeszła szybki kurs obsługi dronów, aby móc ukończyć wyprawę. Współpracowała z firmą Skytech Aerial z siedzibą w Edynburgu, która specjalizuje się w niestandardowych rozwiązaniach dronowych, aby sprostać wyzwaniom związanym z lataniem dronem z kamerą termowizyjną (dodatkowa waga) na dużych wysokościach (rozrzedzone powietrze wymaga szybszego obracania się śmigieł).

„Frank”, dron, który zbierał dane o lodowcach.

Wyprawa w celu zbadania lodowców trwała ponad 3 tygodnie, podczas których Bisset i jej asystent terenowy Callum Reay często pokonywali od 700 do 800 metrów dziennie, na dużych wysokościach, a nocą obozowali w warunkach ujemnych temperatur. Gdy wspinali się na dwa lodowce, lodowiec Llaca i lodowiec Shallap, każde z nich nosiło w plecaku drona wraz z innym sprzętem badawczym.

Obszar badań na lodowcu Llaca.

„To była podróż wymagająca sporo sprzętu” – zauważa Bisset, a zbieranie danych wiązało się z kilkoma wyzwaniami. Chociaż drony zmniejszyły obszar, który naukowcy musieli pokonać pieszo, nadal musieli wejść na lodowiec, aby wystawić punkty „kontroli naziemnej”, w których dokonywali dodatkowych pomiarów temperatury, celem weryfikacji i kalibracji zbieranych przez siebie, za pomocą drona, danych termicznych. Powierzchnia lodowców była często dość niebezpieczna, z toczącymi się głazami, nierównymi powierzchniami, opadami skał i dużymi stawami roztopionej wody.

Naziemny, cieplny punkt kontroli

Po powrocie do Edynburga Bisset pracuje nad opracowaniem wszystkich swoich danych. „Obecnie pracujemy nad zbudowaniem mozaiki termicznej i wykorzystaniem jej do modelowania grubości gruzu i innych aspektów lodowca, które mogą mieć wpływ na szybkość topnienia lodowca. Tworzymy również model 3D lodowca, który można porównać z poprzednimi modelami 3D lodowca zebranymi przez osobę, z którą współpracujemy ”.

Współpracownik, Oliver Wigmore, jest badaczem na University of Victoria Wellington w Nowej Zelandii. Od 2014 roku wielokrotnie odwiedzał lodowiec Llaca i zbierał trójwymiarowe modele powierzchni za pomocą dronów. Bisset porówna swój model 3D ze jego danymi, aby zobaczyć, jak zmienia się powierzchnia lodowca, i zastosuje nowe obrazy termiczne, aby uzyskać lepsze zrozumienie pokrycia gruzu i szybkości topnienia.

Model 3D powierzchni lodowca.

Badania, które są prowadzone w ramach projektu CASCADA, zostaną wykorzystane do tworzenia lokalnej polityki. Istnieją dwa główne skutki cofania się lodowców w Peru: jednym z nich jest to, że wraz z ich cofaniem się w przyszłości będzie mniej zasobów wodnych dostępnych dla mieszkańców regionu. Ponad 250 000 ludzi żyje bezpośrednio w dole rzeki od lodowców, w regionie Ancash w Peru, a kurczące się lodowce będą miały duży wpływ na czas i ilość dostępnej wody roztopowej w długoterminowej perspektywie.

Innym ważnym skutkiem jest to, że cofając się lodowce, odsłaniają naturalnie kwaśne skały, które znajdują się pod lodowcem. Wyciek z tych skał zanieczyszcza następnie system hydrologiczny, sprawiając, że woda ze stopu jest niebezpieczna dla ludzi.

Aby sprostać tym wyzwaniom, lokalne społeczności realizują różne projekty, w tym budowę terenów podmokłych. Celem terenów podmokłych jest magazynowanie wody i wolniejsze jej uwalnianie, tak jak kiedyś uczyniły to lodowce. Mokradła mogą być również zamieszkane przez gatunki roślin, które filtrują z wody metale ciężkie i inne toksyny i sprawiają, że jest ona bezpieczna do picia.

Badania były finansowane głównie przez brytyjską Radę ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym (NERC) E3 Doctoral Training Partnership, przy dodatkowym wsparciu Scottish Alliance for Geoscience, Environment and Society (SAGES). Badania są również finansowane w ramach wspólnego programu badawczego między NERC a Peruwiańską Radą ds. Nauki, Technologii i Innowacji Technologicznych (CONCYTEC).

Bisset, która jest zajęta kończeniem doktoratu, nie wie, kiedy będzie mogła wrócić do Andów. Ale przyszli badacze z pewnością wrócą, aby monitorować cofanie się lodowców i pomóc w opracowaniu rozwiązania dla regionu.

Chcesz wiedzieć więcej?

Dowiedz się więcej o wysokowydajnych rozwiązaniach firmy FLIR dla badań i nauki. Napisz do nas.

Zostaw komentarz