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Jun 13, 2023

레이저로 얼음 이해하기: 연구원들이 원격 빙하를 연구하는 데 도움이 되는 새로운 도구

대기 온도가 따뜻해지면 빙하가 얇아지고 전 세계적으로 후퇴하므로 빙하가 기후 변화, 조류 성장, 먼지와 검은색과 같은 불순물에 어떻게 반응하는지 이해하세요.

대기 온도가 따뜻해지면 빙하가 얇아지고 전 세계적으로 후퇴하므로 빙하가 기후 변화, 조류 성장, 먼지 및 흑탄과 같은 불순물에 어떻게 반응하는지 이해하는 것이 중요합니다. 대응을 이해하면 과학자, 정책 입안자, 지역사회가 피해를 완화하고 빙하에 의존하는 유역과 지역사회를 보호하는 데 도움이 됩니다. 그러나 많은 빙하는 접근하고 연구하기 어려운 외딴 곳에 위치해 있습니다. 2022년 5월 Journal of Glaciology에 게재된 논문에서 물리학자 Markus Allgaier는 지질학자 및 지리학자와 협력하여 배낭에 쉽게 넣을 수 있고 멀리 떨어진 빙하로 운반하여 얼음의 광학적 특성과 구성을 측정할 수 있는 휴대용 도구를 개발했습니다.

빙하의 구성과 빙하의 후퇴에 대한 데이터를 수집하는 것은 빙하가 기후 변화에 어떻게 반응하는지 평가하는 데 중요합니다. 또한 이 데이터는 과학자들이 빙하 하류 지역사회가 빙하 퇴각으로 인해 어떤 영향을 받을 수 있는지 예측하는 데 도움이 됩니다. 현재 많은 빙하학자들은 빙하의 얼음 구성을 평가하기 위해 모델링 기술에 의존하고 있으며, 특히 접근하기 어렵고 조사하기 어려운 멀리 떨어진 빙하의 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 빙하 위에 있지 않으면 얼음 구성, 조류 성장, 먼지 및 블랙 카본 수준을 정확하게 측정하기 어려울 수 있습니다. 이러한 결함으로 인해 배낭 빙하학(빙하의 물리적 측정을 위해 휴대용 장비를 들고 멀리 떨어진 곳으로 하이킹)이 얼음과 그 행동을 이해하는 데 필수적입니다.

워싱턴의 데밍 빙하(Deming Glacier)와 같은 원격 빙하는 접근이 어렵기 때문에 거의 연구되지 않으며, 특히 중장비를 견인할 경우 더욱 그렇습니다. 대신 연구자들은 위성 사진이나 멀리서 관찰하는 데 의존해야 하는데, 이는 빙하의 후퇴에 대한 전체 그림을 항상 제공할 수는 없습니다. (제나 트래버스 제공)

그러나 배낭 빙하학에는 절충안이 따릅니다. 도구를 휴대할 수 있으려면 단순하고 후퇴를 이해하는 데 중요한 알베도와 같은 변수를 측정할 수 없는 경우가 많습니다. 예를 들어, 워싱턴 북서부의 빙하를 측정하는 수십 년 동안 진행된 프로젝트인 노스 캐스케이드 빙하 기후 프로젝트(North Cascades Glacier Climate Project)는 분리 가능한 부분이 있는 긴 금속 탐사선, 레이저 거리 측정기 및 표시된 로프를 사용하여 대부분의 연구를 수행합니다. 이러한 도구는 연구자들이 눈 깊이, 제거율, 종점 위치 및 빙하 프로필에 대한 중요한 데이터를 수집하는 데 도움이 되지만 원격 빙하의 알베도 또는 얼음 구성을 측정하려는 과학자에게는 선택의 여지가 거의 없습니다.

오레곤 대학의 박사후 물리학자인 Allgaier는 옵션 부족 문제를 해결하고 전 세계 빙하학자가 사용할 수 있는 측정 도구를 개선하기 위해 노력하고 있습니다. Allgaier는 GlacierHub와의 인터뷰에서 자신의 배경이 양자 물리학이지만 산에 대한 사랑과 산을 이해하는 데 초점을 맞춘 연구에 기여하려는 열망을 언급하면서 "이 분야를 환경 과학 및 기후 연구에 적용"하고 싶다고 설명했습니다. 그는 빙하학자들이 사용하는 광학 측정 방법을 연구하고 이를 개선할 수 있는 방법과 현재 사용되는 기술에서 누락된 부분에 대해 생각하는 것부터 시작했습니다. 그는 빙하학자, 지리학자, 수문학자를 모아 도구를 함께 개발했습니다.

이러한 협력은 광자 또는 아원자 빛 입자를 사용하여 빙하 얼음의 구성과 구조를 측정하는 장치의 개발로 정점에 이르렀습니다. 이 장치는 빙하 얼음에 레이저 펄스를 쏘고 광자가 얼음에서 반사되어 약 2m 떨어진 수신기에 도달하는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 빙하 내부의 기포는 레이저 펄스를 무작위 방향으로 산란시켜 수신기에 도달하는 데 걸리는 시간과 수신기에 도달할 때 펄스의 모양을 모두 변경합니다. Allgaier에 따르면, "감지된 빛의 펄스 모양과 지속 시간은 독특하며, 이는 얼음에 얼마나 많은 빛이 흡수되고 얼마나 많은 산란이 발생하는지 알려줍니다." 이 데이터를 통해 연구자들은 빙하의 광학적 특성뿐만 아니라 얼음의 구성과 밀도를 결정할 수 있습니다. 이는 후퇴율을 예측하는 데 사용될 수 있습니다.