Monitoring lodowców alpejskich i zmian klimatu za pomocą skanowania laserowego 3D

Autor: Farouk Kadded 

Trwający wpływ tego, co obecnie nazywa się globalnym kryzysem klimatycznym, nadal trafia na pierwsze strony gazet. Jest to szczególnie istotne, gdy lodowce na całym świecie cofają się w szybkim tempie. W tym celu naukowcy zajmujący się środowiskiem używali technologii skaningu laserowego 3D firmy Leica Geosystems, aby lepiej monitorować zmiany lodowców we francuskich Alpach.

Geograf i glacjolog Luc Moreau, członek laboratorium Edytem – wspólnej jednostki badawczej Uniwersytetu Sabaudzkiego Mont Blanc CNRS – monitoruje ten wpływ od ponad 35 lat. Obserwacje Moreau skłoniły go do różnych eksploracji wewnątrz głębokich szybów, tzw Moulins, pokryw lodowych w Alpach i Grenlandii. Jego specjalizacja w hydrologii lodowcowej pozwala lepiej zrozumieć udział topniejącej wody w ruchach lodowców na podłożu skalnym i obserwowaniu, czy lód wewnątrz lodowca topnieje szybciej niż początkowo sądzono oraz jaki jest możliwy wpływ tego zjawiska na środowisko.

Od połowy XIX wieku w Alpach, w tym w dolinie Chamonix, średnia temperatura wzrosła o dwa stopnie Celsjusza, w wyniku czego jedna trzecia alpejskich lodowców zniknęła. W szczególności Mer de Glace w dolinie Chamonix, najdłuższy (12 km) i największy (30 km²) lodowiec we Francji, cofnął się o 2,7 km w ciągu 150 lat i stracił 250 metrów grubości w końcowej części.

Tutaj przyjrzymy się, jak zespół naukowców Moreau pomógł zmierzyć deformację lodu na lodowcu Mer de Glace za pomocą ręcznego, mobilnego skanera obrazującego 3D, Leica BLK2GO.

Porównanie Moulin z wodą i bez wody. Prawa autorskie do obrazu: Luc Moreau

Identyfikacja zjawiska hydrologicznego

W miarę topnienia lodu, szczeliny lub pionowe szyby w lodowcu stają się coraz głębsze. W tym samym czasie wypełniały się wodą roztopową z powierzchni, a następnie całkowicie się opróżniały. Jest to zjawisko hydrologiczne i zagrożenie, które interesuje zarówno glacjologów, jak i hydrotechników.

Naukowcy z zespołu badawczego wybrali „Kira”, Wielki Moulin Mer de Glace, który jest najgłębszą szczeliną w tym lodowcu, aby obliczyć jego objętość i potencjalne możliwości magazynowania wody oraz zmierzyć wewnętrzną deformację lodu w czasie.

Zejście do Moulin

Pomiar i monitoring szczeliny Kira

Aby zeskanować szczelinę w 3D, zespół zainstalował czujniki ciśnienia i opuścił BLK2GO do pustego Moulin. BLK2GO uchwycił i zapisał topografię całej geometrii Moulin. Powierzchnia została pomierzona za pomocą Leica GS18 I i powiązana z obrazami do obliczania chmur punktów. Zespół wykonał dwa identyczne skany w odstępie kilku tygodni, aby monitorować deformację lodu i jego ruch. Na obu udało się wykonać pomiary i zaobserwować zmiany w szybie szczelinowym. Zespół zarejestrował, że objętość Kiry odpowiada wielkości basenu olimpijskiego.

Kolejnym celem zespołu badawczego jest dalsze używanie BLK2GO do bieżących pomiarów w ciągu najbliższych kilku miesięcy. Dzięki temu naukowcy mogą stale doskonalić swoją wiedzę na temat hydrologicznego procesu napełniania i opróżniania topniejącego lodu oraz jego wpływu na lodowce w przyszłości. Poznanie właściwości hydrologicznych pomoże również lepiej zrozumieć przepływ mas lodu oraz przyspieszanie i zwalnianie tego procesu.

Modelowanie Moulin za pomocą Leica Cyclone 3DR autorstwa Farouka Kaddeda i zespołu Technodigit.

Technologia BLK2GO

Zespół badawczy wybrał produkt BLK2GO, ponieważ oferuje najnowocześniejszą technologię skanowania 3D zamkniętą w małej i lekkiej konstrukcji. Dzięki połączeniu sensorów, BLK2GO wykorzystuje skanowanie LiDAR w czasie rzeczywistym i śledzenie SLAM w urządzeniu mobilnym.

Mobilność BLK2GO umożliwia mapowanie i skanowanie 3D dużych zewnętrznych, złożonych, podziemnych i wielopoziomowych przestrzeni. Może identyfikować unikalne geometrie, jak ma to miejsce w przypadku lodowców alpejskich, które można następnie analizować w celu obliczenia pozycji 3D całego zeskanowanego obszaru.

Mer de Glace, 1915

Mer de Glace, 2015

Przyszłość planety wspomagana nowymi technologiami

Lodowce górskie są jednym z najlepszych wskaźników zmian klimatycznych we wszystkich skalach czasowych. Śledzenie dawnych i niedawnych fluktuacji jest niezbędne, aby lepiej zrozumieć przyczyny zmian klimatu w przeszłości i określić ilościowo zmiany, które wystąpią w przyszłości. Ruch lodowca jest trudny do monitoringu ze względu na rosnące temperatury, które poszerzyły szczeliny i zwiększyły ilość podłoża skalnego prześwitującego przez lód i śnieg.

Dlatego zaawansowane technologie skanowania stają się niezbędne w tych odległych środowiskach i trudnym terenie. Produkty takie jak BLK2GO stają się integralną częścią monitorowania skutków zmian klimatycznych.