Геологи обнаружили под утренней грядой Юты огромный скрытый резервуар льда
Скалистый склон в горах штата Юта скрывает ледник, состоящий примерно на 83% изо льда, что указывает на внушительный и ранее недооценённый запас замёрзшей воды. Внешне каменные ледники заметно отличаются от обычных: вместо открытых ледяных массивов они выглядят как обширные поля рыхлого камня, но под этой «коры» могут скрываться большие объёмы льда. Такие образования распространены в хребтах Уосатч и Уинта, а также на Колорадском плато в горах Ла Сал рядом с Моабом.
Исследователи из Университета Юты провели детальное изучение одного из крупнейших образцов в штате — Каменного ледника Тимпаногос, расположенного под вершиной горы Тимпаногос недалеко от Солт-Лейк-Сити и Прово. Две новые работы анализируют происхождение этого ледника и оценивают объём спрятанного в нём льда.
Разработав метод обнаружения чрезвычайно малых различий в гравитационном притяжении пород и льда, учёные получили трёхмерное изображение скрытого ледяного тела в крупном каменном леднике. По оценкам, объём замёрзшей воды в Каменном леднике Тимпаногос составляет около 1,5 миллиона кубических метров — это примерно равно заполнению 600 олимпийских бассейнов. По словам Бронсона Цвияновича, бывшего аспиранта кафедры геологии и геофизики, этот объём сопоставим с объёмом самой большой пирамиды в Гизе.
«Каменный ледник Тимпаногос на удивление богат льдом. Он состоит на 83% изо льда и на 17% из рыхлого камня», — сказал Цвиянович, который является ведущим автором одной из двух статей под руководством профессора геофизики Майкла Торна и профессора гляциологии Лейфа Андерсона. «Под горами Юты скрывается много льда», — отметил Андерсон. «Когда вы находитесь высоко в горах и идёте по рыхлым камням или обвалам, вы можете и не догадываться, что под вашими ногами может лежать более тридцати шести метров льда».
В процессе полевых работ Цвиянович руководил серией выездов на ледник выше Изумрудного озера, неся чувствительное оборудование к подземному льду. Среди приборов был современный гравиметр. В общей сложности по шести экспедициям были сняты гравитационные показания в 232 точках, расположенных сеткой с шагом около двадцати пяти метров. Гравиметр фиксирует различия в плотности, что позволяет отличать плотные окрестные породы от гораздо менее плотного залегавшего под ними льда; эти измерения дают возможность оценить форму и мощность скрытого ледника.
«Существует большое контрастное различие по массовой плотности между породой горы Тимпаногос и значительно меньшей плотностью льда в прилегающем каменном леднике», — пояснил Торн. «Когда мы измеряем ускорение свободного падения над ледником, мы наблюдаем более заметное уменьшение этого ускорения над участками с более толстой прослойкой льда».
Сбор гравитационных данных был лишь первым этапом. Учёным пришлось корректировать измерения на тонкие изменения, вызванные положением Солнца и Луны, а также учитывать рельеф, широту и высоту. После необходимых корректировок команда разработала новый способ реконструкции внутренней структуры льда в трёх измерениях, применив байесовские статистические методы. «Мы потратили месяцы вычислительного времени на построение изображений с помощью наших новых техник», — сказал Торн.
Спутниковые снимки позволяют увидеть лишь след на поверхности каменного ледника, но дают значительно меньше информации о глубине, внутреннем строении и общем объёме скрытого льда. Для этого нужны инструменты, способные заглянуть под слой обломкового материала, подобно тому как компьютерная томография позволяет увидеть кости и ткани внутри тела. Каменные ледники обычно формируются в крутых горных цирках и долинах, где регулярно накапливается обрушившийся обломочный материал. В Уосатче, по-видимому, именно процесс обрушения пород играет ключевую роль в защите снега от таяния. «В Уосатче сами горы разрушаются и засыпают снег, и именно поэтому существуют каменные ледники», — отметил Андерсон.
Исследователи также разработали новую математическую модель, описывающую рост таких ледников. Результаты показывают, что обвалы породы неоднократно покрывают устойчивые снежные залежи в верхних участках каменных ледников, добавляя массу и помогая сохранять снег под слоями обломков. Вторая статья указывает, что каменные ледники Юты не являются просто остаточными образованиями от ледникового периода: они развивались в течение тысяч лет после исчезновения крупных ледников и представляют собой активные резервуары замёрзшей воды.
Потенциально огромный горный водный запас Каменный ледник Тимпаногос включён в список из 836 каменных ледников, идентифицированных на территории штата Юта по спутниковым данным. Используя детальные измерения именно этого ледника, учёные установили эмпирическую связь между площадью ледника на поверхности и объёмом содержащегося под ним льда и распространили это соотношение шире. По их прикидкам, примерно 50 000 известных каменных ледников во всём мире могут в сумме содержать около 48 гигап тонн воды. Один гига тонна эквивалентна одному кубическому километру воды, то есть примерно 400 000 олимпийских бассейнов. По оценкам исследователей, только в пределах штата Юта каменные ледники могут содержать около одной гига тонны воды, что соответствует приблизительно 815 000 акрофутов.
Две научные работы посвящены скрытому льду Юты
Работа «The internal ice content of Timpanogos Rock Glacier, Utah, USA from 3‑D Bayesian inversion of gravity data» была опубликована в журнале Journal of Geophysical Research. Ранее в другом издании вышла статья «Mass Addition to Timpanogos Rock Glacier: Debris‑Covered Snow and the Importance of Interannual Variability in Headwall Erosion and Climate», где ведущим автором выступил Исайя Дэвис — студент Стэнфордского университета, участвовавший в летних исследованиях в Университете Юты. Исследование поддерживалось Геологической службой США, Национальным научным фондом, Центром климатической науки и политики Уилкса при Университете Юты, офисом университетских исследований для студентов и летней программой по исследованиям для студентов.
Авторы одной из работ: Бронсон Цвиянович, Майкл С. Торн, Сурья Пачхай, Лейф С. Андерсон, Иван Точимани‑Хернандес, Кристиан Л. Хардвик, Тони ван Дам.