Målinger på jordens store iskapper

Målinger af isens tyngdefelt

Når vi i dag med sikkerhed ved, at iskapperne mister masse, skyldes det især observationer med de to satellitter i Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), som måler jordens tyngdefelt. Det første GRACE satellit-par er nu desværre ude af drift men de følgende GRACE satellitter, den såkaldte GRACE- Follow On (GRACE-FO) forventes at gå i gang i sommer 2018.

De to GRACE satellitter kredser om kloden i en 485 kilometer høj bane med en indbyrdes afstand på 220 kilometer, og de overflyver et givet punkt på jordoverfladen med 30 dages mellemrum.

Når tvillingesatellitterne flyver hen over en stor masse som f.eks. indlandsisen på Grønland, trækker massen først i den forreste satellit og derpå i efterfølgeren. Det skaber små variationer i afstanden mellem de to satellitter, hvilket måles ved hjælp af mikrobølger, som afsendes mellem satellitterne. Ændringerne i den indbyrdes afstand omregnes til tyngdefeltet og dermed til iskappens masse i et givet område.
Når en iskappe mister masse på grund af øget smeltning og kælvning af isbjerge, registreres det i de gentagne målinger.

Svagheden ved tyngdemålinger er, at satellitterne ikke kan skelne mellem masseændringer i isen og masseændringer som følge af landhævning. Landet har hævet sig omkring iskapperne siden istidens afslutning, fordi undergrunden ved begyndelsen af den nuværende mellemistid blev befriet fra trykket fra istidens meget større iskapper. Den igangværende landhævning må derfor modelleres og trækkes fra den samlede masseændring for at bestemme ændringerne i iskappen.
 

GPS-målinger viser landhævning og smeltning

Et netværk af GPS-stationer findes på grundfjeldet langs med isranden på både Vestantarktis og i Grønland. Stationerne måler den igangværende landhævning, og de opnåede data gør det lettere at tolke tyngdemålingerne fra GRACE satellitterne, så iskappernes massetab kan bestemmes med større sikkerhed. Stationerne er så følsomme, at de også kan måle landhævning som følge af nutidig smeltning af isen og selv landsænkninger der sker om vinteren på grund af snedyben på Grønland.

Andre GPS-stationer anbringes på iskapperne, hvor de anvendes til at måle isens flydning og bestemme hastigheden af isens bevægelser på overfladen samt måle højdeændringer som følge af isens flydning.

Observationerne koordineres via det internationale program POLENET med USA som primus motor. Fra 2010 har 54 GPS-stationer været installeret hele vejen rundt omkring indlandsisen på Grønland i delprogrammet GNET, mens 32 stationer er sat i drift på Vestantarktis.

Højdemålinger fra satellitter og fly

Højdemålinger af iskappernes overflader fra satellitter og fly viser ændringer i isens masse. De mest anvendte metoder er radarmålinger og lasermålinger (LIDAR). Ved radarmålinger sendes radarbølger ned imod isen, hvorfra bølgerne reflekteres af overfladen tilbage til flyet eller satellitten. Ankomsttidspunktet af de reflekterede bølger viser iskappens højde på et givet sted; jo hurtigere bølgerne vender tilbage, jo højere beliggende er overfladen i det område, som overflyves. Lasermålinger fungerer efter samme princip.

En af de bedste satellitter til højdemålinger er Cryosat, som kan påvise højdeændringer på blot 1,5 centimeter over arealer på 100 x 100 kilometer. Højdeændringer over mindre geografiske områder kan måles med høj opløsning fra fly, men til gengæld er det praktisk umuligt at dække de gigantiske iskapper i deres helhed.

Svagheden ved højdemålinger er, at højdeændringer ikke nødvendigvis er lig med masseændringer. Hvis sne fryser til is, som er mere kompakt, synker overfladen, men massen ændres ikke.

Målinger af gletschernes hastighed

Målinger med radarinterferometri fra satellitter og fly kan bestemme gletscheres flydehastighed med stor præcision. Målingerne giver et topografisk billede af gletscherens overflade, som ændrer sig over tid som følge af isstrømmens bevægelser. Metoden kræver overflyvninger med jævne mellemrum.

Gletscheres flydehastighed kan også måles ved hjælp af GPS modtagere, der anbringes på overfladen af isstrømmen. Metoden giver meget nøjagtige punkmålinger, men dækker ikke lige så store geografiske områder som satellitbillederne.

Målinger af afsmeltning

Afsmeltning fra iskapperne bestemmes ved punktmålinger fra vejrstationer samt via observationer fra satellitter, som måler refleksionen fra iskappen, som ændrer sig, når sne og is smelter.

GEUS driver et netværk af avancerede målestationer i Grønland i programmet PROMICE. Dettenetværk giver bedre data for indlandsisens overflademassebalance, dvs. forholdet mellem akkumulation af masse som følge af nedbør og tab af masse som følge af afsmeltning.

Vejrstationerne opstilles på indlandsisen, og de besøges om foråret, inden vintersneen begynder at smelte. Her sænkes et kabel ned i et borehul, som går gennem sneen og ned i isen. Om efteråret, når smeltesæsonen er slut, besøges vejrstationen igen, og man måler, hvor meget isoverfladen er sunket som følge af smeltning om sommeren. Vejrstationerne måler samtidig lufttemperaturer, luftfugtighed, vindretninger og vindhastigheder.

Alle data fra punktmålingerne anvendes til modelberegninger, som giver et bud på afsmeltningen i større geografiske områder.