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Radioglaciología

La radioglaciología es el estudio de glaciares , capas de hielo , casquetes polares y lunas heladas utilizando un radar de penetración de hielo . Emplea un método geofísico similar al radar de penetración terrestre y normalmente opera en frecuencias en las porciones MF , HF , VHF y UHF del espectro de radio . [1] [2] [3] [4] Esta técnica también se conoce comúnmente como "radar de penetración de hielo (IPR)" o "sondeo de eco por radio (RES)".

Los glaciares son particularmente adecuados para la investigación por radar porque la conductividad , la parte imaginaria de la permitividad y la absorción dieléctrica del hielo son pequeñas en radiofrecuencias, lo que resulta en valores de tangente , profundidad de la piel y atenuación de baja pérdida . Esto permite detectar ecos de la base de la capa de hielo a través de espesores de hielo superiores a 4 km. [5] [6] La observación subterránea de masas de hielo utilizando ondas de radio ha sido una técnica geofísica integral y en evolución en glaciología durante más de medio siglo. [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Sus usos más extendidos han sido la medición del espesor del hielo, la topografía subglacial y la estratigrafía de la capa de hielo. [15] [8] [5] También se ha utilizado para observar las condiciones subglaciales y de las capas de hielo y los glaciares, incluida la hidrología, el estado térmico, la acumulación, la historia del flujo, la estructura del hielo y la geología del lecho. [1] En la ciencia planetaria, el radar de penetración de hielo también se ha utilizado para explorar el subsuelo de los casquetes polares de Marte y los cometas. [16] [17] [18] Se planean misiones para explorar las lunas heladas de Júpiter. [19] [20]

Medidas y aplicaciones

La radioglaciología utiliza radares orientados al nadir para sondear el subsuelo de glaciares , capas de hielo , casquetes polares y lunas heladas y para detectar energía reflejada y dispersa desde dentro y debajo del hielo. [8] Esta geometría tiende a enfatizar la energía reflejada coherente y especular , lo que da como resultado distintas formas de la ecuación del radar. [21] [22] Los datos de radar recopilados generalmente se someten a un procesamiento de señales que va desde el apilamiento (o suma previa) hasta la migración al radar de apertura sintética (SAR) que se enfoca en 1, 2 o 3 dimensiones. [23] [24] [25] [22] Estos datos se recopilan utilizando sistemas de radar de penetración en el hielo que van desde sistemas de radar de penetración terrestre (GPR) comerciales (o personalizados) [26] [27] hasta sirenas aéreas coherentes con chirridos [28 ] [29] [30] hasta implementaciones de imágenes de franjas, [31] multifrecuencia, [32] o polarimétricas [33] de dichos sistemas. Además, se han utilizado radares estacionarios, sensibles a la fase y de onda continua de frecuencia modulada (FMCW) [34] [35] [36] para observar la nieve, [37] las tasas de derretimiento de las plataformas de hielo, [38] la hidrología englacial, [39] estructura de la capa de hielo, [40] y flujo de hielo vertical. [41] [42] También se ha demostrado que el análisis interferométrico de sistemas aéreos mide el flujo vertical de hielo. [43] Además, se han desarrollado instrumentos radioglaciológicos para operar en plataformas autónomas, [44] en sondas in situ, [45] en implementaciones de bajo costo, [46] utilizando radios definidas por software , [47] y explotando señales de radio ambientales. para sondeo pasivo. [48] ​​[49]

La aplicación científica más común de las observaciones radioglaciológicas es la medición del espesor del hielo y la topografía del lecho. Esto incluye "mapas de lecho" interpolados , [6] [50] [51] [52] ampliamente utilizados en el modelado de capas de hielo y proyecciones de aumento del nivel del mar , estudios que exploran regiones específicas de las capas de hielo, [53] [54] [55] [ 56] [57] y observaciones de lechos de glaciares. [58] [59] [60] [61] La fuerza y ​​el carácter de los ecos de radar del lecho de la capa de hielo también se utilizan para investigar la reflectividad [62] [27] del lecho, la atenuación [63] [64 ] [65] del radar en el hielo y la morfología del lecho. [66] [67] [68] Además de los ecos del lecho, los retornos de radar de las capas englaciales [69] se utilizan en estudios de radioestratigrafía de las capas de hielo [70] [71] [72] [73] [74], incluidas investigaciones de acumulación de hielo , [75] [76] [77] [78] [79] flujo, [80] [81] [82] [83] y tejido [84] [85] así como ausencia o alteraciones de esa estratigrafía . [86] [87] [88] Los datos de radioglaciología también se han utilizado ampliamente para estudiar lagos subglaciales [89] [90] [91] [92] [93] [94] y la hidrología glacial [95] , incluida el agua englacial, [96 ] [97] [98] primeros acuíferos, [99] y su evolución temporal. [100] [39] [101] Los datos del radar de penetración de hielo también se han utilizado para investigar el subsuelo de las plataformas de hielo , incluidas sus zonas de conexión a tierra, [102] [103] tasas de fusión, [104] [105] distribución de salmuera, [106] y canales basales. [107]

Exploración planetaria

Actualmente hay dos radares que penetran el hielo orbitando Marte : MARSIS y SHARAD . [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] Un radar de penetración de hielo también fue parte de la misión ROSETTA al cometa 67P / Churyumov – Gerasimenko . [17] Los radares de penetración de hielo también se incluyen en las cargas útiles de dos misiones planificadas a las lunas heladas de Júpiter : JUICE y Europa Clipper . [19] [118] [119] [120] [121] [122] [123]

Simposios IGS

La Sociedad Glaciológica Internacional (IGS) celebra una serie periódica de simposios centrados en la radioglaciología. En 2008 se celebró en la Universidad Politécnica de Madrid el "Simposio de Radioglaciología y sus Aplicaciones" . En 2013, se celebró en la Universidad de Kansas el "Simposio sobre Radioglaciología" . En 2019, se celebró en la Universidad de Stanford el "Simposio de cinco décadas de radioglaciología" .

Otras lecturas

Los siguientes libros y artículos cubren temas importantes en radioglaciología.

Instituciones de investigación

La investigación y la educación en radioglaciología se llevan a cabo en universidades e institutos de investigación de todo el mundo. Estos grupos se encuentran en instituciones y departamentos que abarcan geografía física , geofísica , ciencias de la tierra , ciencias planetarias , ingeniería eléctrica y disciplinas relacionadas.

Referencias

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