До недавнего времени ледники в Соединенных Штатах измерялись двумя способами: размещение вешек в снегу, как это ежегодно делают федеральные ученые с 1957 года на леднике Южный Каскад в штате Вашингтон; или отслеживание площади ледника по фотографиям с самолетов и спутников.
Теперь у нас есть третий, гораздо более мощный инструмент. Будучи докторантом факультета наук о Земле и космосе Вашингтонского университета, Дэвид Шин разработал новые способы использования спутниковых изображений высокого разрешения для отслеживания изменений высоты массивных ледяных щитов в Антарктиде и Гренландии. На протяжении многих лет он задавался вопросом: почему мы не делаем этого для горных ледников в Соединенных Штатах, подобных тому, который виден из окна офиса его отдела?
Теперь он сделал это реальностью. В 2012 году он впервые запросил спутниковое время, чтобы обратить внимание на ледники в континентальной части США, и с тех пор он собрал достаточно данных, чтобы проанализировать потерю массы горы Рейнир и почти всех ледников в нижних 48 штатах. Он представит результаты этих усилий 22 октября на ежегодном собрании Геологического общества Америки в Сиэтле.
"Меня интересует общая картина: каково состояние всех ледников и как оно изменилось за последние 50 лет? Как оно изменилось за последние 10 лет? И на данный момент, как они меняются каждый год?" - сказал Шин, который сейчас работает научным сотрудником в Лаборатории прикладной физики Университета Вашингтона.
Карты обеспечивают два раза в год подсчет примерно 1200 горных ледников в нижних 48 штатах с разрешением около 1 фута. Большинство из этих ледников находятся в штате Вашингтон, другие сосредоточены в Скалистых горах Монтаны, Вайоминга и Колорадо, а также в Сьерра-Неваде в Калифорнии.
Чтобы создать карты, спутниковая камера размером примерно в половину космического телескопа Хаббла должна сделать два изображения ледника под немного разными углами. Когда спутник проходит над головой, двигаясь со скоростью около 4,6 миль в секунду, он делает снимки с разницей в несколько минут. Каждый пиксель изображения покрывает от 30 до 50 сантиметров (около 1 фута), а размер одного изображения может составлять десятки миль в поперечнике.
Техника Шина использует автоматизированное программное обеспечение, которое сопоставляет миллионы мелких деталей, таких как скалы или трещины, на двух изображениях. Затем он использует разницу в перспективе для создания трехмерной модели поверхности.
Первая подобная карта ледника горы Сент-Хеленс была получена в 2012 году, а первая карта горы Рейнир - в 2014 году. С тех пор проект неуклонно расширялся и с каждым годом включает все больше ледников.
Результаты подтверждают измерения кольев на леднике Южный Каскад, показывающие значительные потери за последние 60 лет. Результаты на горе Рейнир также отражают более широкие тенденции сокращения, причем особенно сильно пострадали более низкие ледники. По оценкам Шина, совокупная потеря льда на горе Рейнир с 1970 года составила около 0,7 кубических километров (900 миллионов кубических ярдов). Равномерно распределенная по всем ледникам горы Рейнир, это эквивалентно удалению слоя льда толщиной около 25 футов (от 7 до 8 метров).
«Произошли некоторые большие изменения, и это может подтвердить любой, кто совершал пешие походы на гору Рейнир за последние 45 лет», - сказал Шин. «Впервые мы можем очень точно определить количество потерянного снега и льда».
Утрата ледников в Рейнир согласуется с тенденциями для ледников в США и во всем мире. Отслеживание состояния такого большого количества ледников позволит ученым дополнительно изучить закономерности изменений с течением времени, что поможет точно определить причины - от изменений температуры и осадков до угла наклона и высоты.
«Следующий шаг - интегрировать наши наблюдения с моделями ледников и климата и сказать: исходя из того, что мы знаем сейчас, куда движутся эти системы?» - сказал Шин.
Эти прогнозы можно использовать для лучшего управления водоснабжением и рисками наводнений.
Мы хотим знать, что делают ледники и как меняется их масса, но важно помнить, что талая вода куда-то уходит. Она попадает в реки, попадает в водохранилища, попадает вниз по течению в океане. Так что есть вполне реальные приложения для управления водными ресурсами», - сказал Шин. «Если мы будем знать, сколько снега выпадает на горе Рейнир каждую зиму, а также когда и сколько льда тает каждое лето, это может повлиять на решения управляющих водными ресурсами».