Investigadores desarrollan láseres portátiles para humanos para estudiar mejor la salud de los glaciares

Estudiar glaciares nunca ha sido tan fácil como lo es hoy, ya que la Universidad de Oregón (UO) presenta una nueva herramienta para este propósito que cabe en una mochila y puede ser transportada por un solo equipo incluso en pendientes pronunciadas.

Los glaciares de todo el mundo actúan como fuentes esenciales de agua dulce para ecosistemas y comunidades completos. Crean paisajes increíbles y únicos. En el estado estadounidense de Oregón, los glaciares también actúan como amortiguadores contra las sequías de fines del verano y liberan agua incluso después de que la capa de nieve anual se haya derretido por completo. Esto es fundamental para mantener la salud de especies como el salmón y la trucha.

Dicho esto, los glaciares se están derritiendo rápidamente, tanto en Oregón como en el resto del mundo, debido al cambio climático. Nuestro enfoque principal para monitorear este derretimiento ha sido mediante el uso de datos satelitales de glaciares más grandes como Groenlandia y la Antártida. Aunque esto puede ser muy útil para el monitoreo a gran escala, obtener todos los pequeños detalles aún requiere enviar personas al campo en expediciones bastante laboriosas y frías.

Sin embargo, los investigadores de la Universidad de Oregón están trabajando para hacer que esas expediciones sean más cortas y fáciles mediante el desarrollo de una herramienta portátil para medir el hielo de los glaciares que puede funcionar en áreas silvestres remotas.

Fuera y sobre

“Estudiar cómo estos glaciares responden al cambio climático es importante para informar la gestión del caudal tanto ahora como en el futuro”, dijo Johnny Ryan, geógrafo de la UO que está utilizando el nuevo instrumento en su investigación y coautor del artículo que describe eso. “Muchos de los procesos que observamos en los glaciares de Oregón también ocurren en las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida. Los glaciares de Oregón proporcionan un excelente campo de pruebas para nuevos instrumentos e hipótesis”.

El dispositivo utiliza rayos láser para medir la composición del hielo glacial, registrando datos que pueden ayudar a determinar qué tan rápido se está derritiendo este hielo. Está diseñado para que un solo equipo lo pueda transportar fácilmente y funcione en áreas remotas, como las Montañas Cascade de Oregón, durante el mayor tiempo posible. Su dispositivo principal, que produce el rayo láser, cabe en un maletín de plástico rígido. Todos los demás equipos necesarios, como baterías y cables, caben en unas pocas mochilas.

Su diseño es, en gran medida, consecuencia directa del estado donde se desarrolló. Los glaciares de Oregón se asientan en lo alto de las empinadas laderas de las montañas. Están ubicados en áreas silvestres designadas a las que no se permite la entrada de vehículos motorizados. Esto limita severamente la cantidad de equipos o suministros pesados ​​(incluidas las fuentes de energía) que los investigadores pueden llevar en los viajes de observación.

El nuevo dispositivo funciona registrando la forma en que un rayo de luz láser se dispersa después del contacto con el hielo glacial. Cuanto mayor sea el contenido de burbujas de aire dentro del hielo, más disperso saldrá este haz. Al medir cuánto tardan los fotones en el rayo láser en llegar a un detector ubicado a unos pocos metros de la fuente de luz, el equipo puede estimar la composición del hielo. Esto se puede usar para estimar cuánta luz solar absorbe el glaciar y cuánto refleja, y esto, a su vez, es un indicador confiable de qué tan rápido se está derritiendo.

Para probar el dispositivo, el equipo primero lo usó en muestras en el laboratorio y luego lo probó en la ciudad, solo para asegurarse de que todo funcionara según lo previsto.

“Con la investigación de campo, tiene que funcionar”, dijo Markus Allgaier, investigador postdoctoral en la UO y autor principal del artículo. “Es posible que no tengas otra oportunidad de volver e intentarlo de nuevo”.

Luego de esta etapa inicial, llevaron el dispositivo a los glaciares de la montaña; eligieron Crook Glacier en Broken Top. El momento de su viaje tuvo que ser cuidadosamente seleccionado: lo suficientemente tarde en el verano para que la nieve se derritiera del glaciar y dejara al descubierto el hielo desnudo, pero antes de que comenzara a caer nieve fresca. Configuraron su dispositivo durante el día, pero esperaron hasta la puesta del sol para realizar la prueba, ya que la luz ambiental puede interferir con las lecturas. Se realizó un segundo viaje al glaciar Collier de North Sister, donde se realizaron pruebas con el mismo enfoque.

Ambas pruebas fueron exitosas y sirvieron “como demostración de la técnica”, explica el equipo. Agregan que se pueden realizar ciertas mejoras en el dispositivo para aumentar la resolución de los datos que recupera o acortar el tiempo de medición, pero estas mejoras deben sopesarse frente a los aumentos en el costo del dispositivo en los que incurrirían.

Más allá de la medición directa, el dispositivo permite a los investigadores comprender mejor cómo interactúan determinados glaciares con la luz láser. Los datos recuperados de este dispositivo terrestre se pueden utilizar para garantizar que las mediciones satelitales de los glaciares sean precisas. Al brindar a los científicos una herramienta confiable a través de la cual corregir imprecisiones en los datos satelitales, este dispositivo puede ayudar a mejorar aún más nuestro monitoreo actual de la dinámica de los glaciares y nuestra comprensión más amplia de los mecanismos climáticos que los influyen.

“Existen algunas incertidumbres sobre cuánto penetra el láser en la nieve y el hielo”, dijo Ryan. “Podemos usar nuestro instrumento terrestre para medir la profundidad de penetración del láser verde en la nieve y el hielo y ver cómo varía en el espacio y el tiempo”.

“Esperamos llevar el instrumento a Alaska y utilizar lo que hemos aprendido para verificar en tierra los datos satelitales”, agrega Allgaier.

El artículo “Medición directa de las propiedades ópticas del hielo de los glaciares utilizando un LiDAR difuso de conteo de fotones” ha sido publicado en el Revista de Glaciología.