Вайзен Шен из СБУ получил более 625 000 долларов на исследование земель подо льдом Южного полюса

by Daniel Dunaief

Хотя увидеть и изучить материалы в долинах или на вершинах голых гор легко, гораздо сложнее узнать, что находится подо 2,7 километрами льда. Оказывается, такого рода вопросы – это нечто большее, чем просто академический или гипотетический.

На Южном полюсе ледники расположены на поверхности земли, которая никогда не видит дневного света, но имеет важное значение для будущего таких городов, как Манхэттен и Бостон.

Твердая земля под ледниками оказывает сильное влияние на движение ледникового щита, что может повлиять на скорость таяния льда и изменение уровня моря.

Вайзен Шен, доцент кафедры геонаук Университета Стоуни-Брук, недавно получил более 625 000 долларов в течение пяти лет от Национального научного фонда на исследование неизведанной земли под восточно-антарктическим ледниковым щитом на Южном полюсе.

Подледниковая вода и гидросистемы, а также геология, такая как отложения или твердые породы, влияют на динамику и способствуют скорости движения ледникового покрова.

Как только Шен сможет лучше понять материал подо льдом, включая ледниковую воду, он сможет продолжить работу с другими исследователями, чтобы интерпретировать последствия динамики ледникового покрова.

«Мы можем лучше предсказать, каков вклад антарктического ледяного покрова в изменение уровня моря», что даст разработчикам моделей возможность оценить вероятное влияние глобального потепления в будущие десятилетия, сказал он.

Использование сейсмических данных

Начиная с ноября этого года, Шен и аспиранты Сиюань Суй, Томас Рейли и Ханьсяо Ву отправятся на два месяца на Южный полюс с сейсмическими мониторами.

Разместив 183 сейсмических узла и установив еще восемь широкополосных сейсмических станций, Шен и его команда смогут количественно оценить сейсмические свойства и, в конечном итоге, использовать их для определения состава, плотности и температурной структуры земной коры и самой верхней мантии.

Температура при размещении этих мониторов будет на 10–30 градусов ниже 0 градусов по Фаренгейту. Им придется немного покопаться, прежде чем развернуть эти датчики у поверхности.

Хотя Южный полюс считается геологически стабильным, признаки подледникового таяния позволяют предположить, что кора может содержать более высокую концентрацию высокорадиоактивных элементов, таких как уран, торий и калий.

Эти природные элементы «постоянно производят тепло», — сказал Шен.

Процесс и анализ сейсмических волн работает так же, как и при изучении призмы. Наблюдение за преломлением света, который входит в призму и выходит из нее под разными углами, может помочь исследователям различать свет с разными частотами, открывая подсказки о структуре и составе призмы.

Между тем земные материалы также будут вызывать дифференциацию скорости поверхностных волн в зависимости от их частот. Дифференциация скоростей называется «дисперсией», которую Шен и его команда будут использовать для количественной оценки сейсмических свойств. В этом районе достаточно естественных волн, поэтому Шену не придется генерировать искусственные энергетические волны.

«Мы тщательно следим за тем, как быстро распространяется [сейсмическая энергия]», чтобы определить температуру, плотность и тип породы, — сказал Шен.

Вода под ледником может действовать как скольжение, облегчая движение ледника.

Нанесены на карту некоторые крупные озера Антарктиды, такие как озеро Восток. Однако глубина и контуры подледниковых озер вблизи Южного полюса до сих пор неясны.

«Для изучения этого нам придется использовать множество различных методов», — сказал Шен.

Исследователь Стоуни-Брук будет сотрудничать с коллегами, чтобы объединить свои сейсмические результаты с другими типами данных, такими как радиолокационные, для перекрестного изучения подледных структур.

Работа будет включать три года сбора полевых данных и два года анализа.

Образовательная составляющая

Помимо сбора и анализа данных, Шен добавил в исследование значительный образовательный компонент. Впервые он привезет с собой преподавателя естествознания средней школы Брентвуда доктора Ребекку Греллу, аспирантку программы экологии и эволюционной биологии Университета Стоуни-Брук. Грелла будет читать лекции и проводить занятия удаленно, не находясь на местах.