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Radioglaciología

La radioglaciología es el estudio de los glaciares , las capas de hielo , los casquetes polares y las lunas heladas mediante 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 "radio ecosonda (RES)".

Los glaciares son particularmente adecuados para la investigación por radar debido a que la conductividad , la parte imaginaria de la permitividad y la absorción dieléctrica del hielo son pequeñas en frecuencias de radio, lo que resulta en valores bajos de tangente de pérdida , profundidad de la piel y atenuación . 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 del subsuelo de masas de hielo mediante 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 de las capas de hielo y los glaciares, incluida la hidrología, el estado térmico, la acumulación, el historial de 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 los 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 resulta en formas distintas 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 presuma) 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 de hielo que van desde sistemas de radar de penetración terrestre (GPR) comerciales (o personalizados) [26] [27] hasta sondas aerotransportadas coherentes con chirrido [28] [29] [30] hasta imágenes de franjas, [31] multifrecuencia [32] o implementaciones polarimétricas [33] de dichos sistemas. Además, se han utilizado radares estacionarios, sensibles a la fase y de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) [34] [35] [36] para observar la nieve, [37] las tasas de derretimiento de las plataformas de hielo, [38] la hidrología englacial, [39] la estructura de la capa de hielo, [40] y el flujo de hielo vertical. [41] [42] También se ha demostrado que el análisis interferométrico de sistemas aerotransportados mide el flujo de hielo vertical. [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 para 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 la capa de hielo y las proyecciones del aumento del nivel del mar , estudios que exploran regiones específicas de la capa de hielo, [53] [54] [55] [56] [ 57] y observaciones de lechos 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 de fondo, los retornos de radar de las capas englaciales [69] se utilizan en estudios de la radioestratigrafía de las capas de hielo [70] [71] [72] [73 ] [74] incluyendo investigaciones de acumulación de hielo , [75] [76] [77] [78] [79] flujo, [80] [81] [82] [83] y tejido [84] [85] así como ausencia o perturbaciones 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] e hidrología glacial [95] incluyendo agua englacial, [96] [97] [98] acuíferos firn, [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 apoyo, [102] [103] las tasas de derretimiento, [104] [105] la distribución de salmuera, [106] y los canales basales. [107]

Exploración planetaria

Actualmente hay dos radares de penetración de 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 están incluidos en las cargas útiles de dos misiones planeadas a las lunas heladas de Júpiter : JUICE y Europa Clipper . [19] [118] [119] [120] [121] [122] [123]

Simposios de la IGS

La Sociedad Internacional de Glaciología (IGS) organiza periódicamente una serie de simposios centrados en la radioglaciología. En 2008, el "Simposio sobre radioglaciología y sus aplicaciones" se celebró en la Universidad Politécnica de Madrid . En 2013, el "Simposio sobre radioglaciología" se celebró en la Universidad de Kansas . En 2019, el "Simposio de cinco décadas de radioglaciología" se celebró en la Universidad de Stanford .

Lectura adicional

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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