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Jun 13, 2023

レーザーで氷を理解する: 研究者が遠隔地の氷河を研究するのに役立つ新しいツール

大気温度の上昇により世界中で氷河が薄くなり後退する中、氷河が気候変動、藻類の成長、塵や黒色などの不純物にどのように反応しているかを理解する

大気温度の上昇により世界中で氷河が薄くなり後退する中、氷河が気候変動、藻類の成長、塵や黒色炭素などの不純物にどのように反応しているかを理解することが極めて重要です。 反応を理解することは、科学者、政策立案者、地域社会が被害を軽減し、これらの氷河に依存する流域と地域社会を保護するのに役立ちます。 しかし、多くの氷河は遠隔地にあり、アクセスしたり調査したりすることが難しい場合があります。 2022年5月にJournal of Glaciologyに掲載された論文の中で、物理学者のマルクス・アルガイヤー氏は地質学者や地理学者と協力して、バックパックに簡単に収納でき、遠く離れた氷河に持ち運んで氷の光学的特性と組成を測定できるポータブルツールを開発した。

氷の組成と氷河の後退に関するデータを収集することは、氷河が気候変動にどのように反応しているかを評価するために重要です。 このデータは、科学者が氷河の下流地域が氷河の後退によってどのような影響を受けるかを予測するのにも役立ちます。 現在、多くの氷河学者は、特にアクセスが難しく調査が難しい遠隔地の氷河の氷組成を評価するためにモデリング技術に依存しています。 しかし、氷河の上にいない限り、氷の組成、藻類の成長、塵や黒色炭素のレベルを正確に測定するのは難しい場合があります。 この欠陥により、氷とその挙動を理解するためには、バックパック氷河学（氷河上の物理的測定のために携帯用具を持って遠隔地にハイキングすること）が不可欠になります。

ワシントンのデミング氷河のような遠隔の氷河は、特に重機を牽引してアクセスするのが難しいため、ほとんど研究されていません。 研究者は代わりに、衛星写真や遠くからの観測に頼らなければならず、氷河の後退の全体像を常に把握できるとは限りません。 (ジェナ・トラバース提供)

ただし、バックパック氷河学にはトレードオフが伴います。 ポータブルなツールの場合、ツールは単純であることが多く、後退を理解するために重要なアルベドなどの変数を測定することができません。 たとえば、ワシントン北西部の氷河を測定する数十年にわたるプロジェクトであるノース カスケード氷河気候プロジェクトでは、調査のほとんどを行うために、取り外し可能なセグメントを備えた長い金属探査機、レーザー距離計、およびマーク付きロープを使用しています。 これらのツールは、研究者が積雪の深さ、消失率、終点の位置、氷河のプロファイルに関する重要なデータを収集するのに役立ちますが、遠隔地の氷河でアルベドや氷の組成を測定したいと考えている科学者には、利用できる選択肢がほとんどありません。

オレゴン大学の博士研究員であるアルガイヤー氏は、選択肢の不足に対処し、世界中の氷河学者が利用できる測定ツールの改善に取り組んでいます。 アルガイヤー氏はGlacierHubとのインタビューで、自身の経歴は量子物理学であるものの、山への愛情と、山を理解することに重点を置いた研究に貢献したいという願望を引き合いに出し、「これらの分野を環境科学と気候研究に応用したい」と説明した。 彼は、氷河学者が使用している光学測定を調査し、それらをどのように改善できるか、現在使用されている技術に何が欠けているかを考えることから始めました。 彼は氷河学者、地理学者、水文学者を招いてツールを共同開発しました。

これらの共同作業は、光子または亜原子光粒子を使用して氷河の氷の組成と構造を測定する装置の開発で最高潮に達しました。 この装置は、氷河の氷にレーザー パルスを発射し、光子が氷で反射して約 2 メートル離れた受信機に当たるまでの時間を測定します。 氷河内の気泡はレーザーパルスをランダムな方向に散乱させ、受信機に到達するまでにかかる時間と受信時のパルスの形状の両方を変化させます。 アルガイヤー氏によれば、「検出された光のパルス形状と持続時間は独特であり、これらにより、どれだけの光が氷に吸収され、どれだけの散乱があるかがわかります。」 このデータにより、研究者は氷の組成と密度、さらに氷河の光学的特性を決定することができます。 これらは撤退率を予測するために使用できます。