Một giấy xuất bản ngày hôm nay trong khoa học địa chất tự nhiên mô tả cách ESA phát triển các vệ tinh Copernicus Sentinel-1 và hình ảnh radar khẩu độ tổng hợp thông thường của vùng duyên hải Nam Cực kết hợp với một thuật toán trí tuệ nhân tạo mới, đã cung cấp một công cụ nghiên cứu băng hà với khả năng khoa học pháp y.
Các tác giả của bài báo – một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Leeds và Đại học Bristol ở Anh – đã phát triển một thuật toán AI, ban đầu được sử dụng để xác định các tế bào trong hình ảnh kính hiển vi, để phát hiện các vết nứt hình thành trên băng trong hình ảnh radar của Sentinel-1 về Thwaites Glacier Ice Tongue, như thể hiện trong hình ảnh động bên dưới.
Các vết nứt, hoặc vết nứt mở ra trong khối băng đang di chuyển, là dấu hiệu cho thấy ứng suất hình thành trong sông băng.
Các kẽ hở của Thwaites đang chuyển động
Thwaites là một phần đặc biệt quan trọng của Dải băng Nam Cực vì nó chứa đủ băng để nâng mực nước biển toàn cầu lên khoảng 60 cm và được nhiều người coi là có nguy cơ rút lui nhanh chóng, đe dọa các cộng đồng ven biển trên khắp thế giới.
Việc sử dụng trí tuệ nhân tạo mới này sẽ cho phép các nhà khoa học theo dõi chính xác hơn và mô hình hóa các thay đổi đối với sông băng quan trọng này.
Nghiên cứu tập trung vào một phần của hệ thống sông băng nơi băng chảy ra biển và bắt đầu nổi – một điểm được gọi là đường tiếp đất. Nó tạo thành điểm bắt đầu của Thềm băng phía đông Thwaites và Lưỡi băng Thwaites Glacier phía tây, cũng là một thềm băng.
Lưỡi băng Thwaites từ Sentinel-2
Mặc dù nhỏ so với kích thước của toàn bộ sông băng, nhưng những thay đổi đối với thềm băng có thể có tác động trên phạm vi rộng đối với toàn bộ hệ thống sông băng và mực nước biển dâng trong tương lai.
Các nhà khoa học muốn biết liệu sự hình thành kẽ nứt hoặc đứt gãy trong sông băng có nhiều khả năng xảy ra hơn với những thay đổi về tốc độ của dòng chảy băng hay không.
Sử dụng máy học, các nhà nghiên cứu đã dạy một máy tính xem hình ảnh radar từ sứ mệnh Copernicus Sentinel-1 và xác định những thay đổi trong thập kỷ qua.
tầm nhìn radar
Radar mọi thời tiết của Sentinel-1 cho phép các nhà khoa học theo dõi chuyển động của băng và nhìn xuyên qua lớp tuyết phủ để khám phá vẻ ngoài giống như da cá sấu của Thwaites Glacier Tongue, thứ thường bị che khuất khỏi tầm nhìn.
Phân tích cho thấy rằng trong sáu năm qua, Lưỡi băng Thwaites Glacier đã tăng tốc và giảm tốc độ hai lần, khoảng 40% mỗi lần – từ 4 km một năm đến 6 km một năm trước khi chậm lại. Đây là một sự gia tăng đáng kể về cường độ và tần suất thay đổi tốc độ so với các kỷ lục trước đây.
Nghiên cứu đã tìm thấy sự tương tác phức tạp giữa sự hình thành kẽ nứt và tốc độ của dòng băng. Khi dòng băng nhanh hơn hoặc chậm lại, nhiều kẽ hở hơn có thể hình thành. Đổi lại, sự gia tăng các khe nứt làm cho băng thay đổi tốc độ khi ma sát giữa băng và đá bên dưới thay đổi.
Tiến sĩ Anna Hogg, nhà nghiên cứu về sông băng tại Đại học Leeds, cho biết: “Những thay đổi động trên thềm băng theo truyền thống được cho là xảy ra trong khoảng thời gian từ hàng thập kỷ đến hàng thế kỷ, vì vậy thật ngạc nhiên khi thấy dòng sông băng khổng lồ này tăng tốc và giảm tốc độ nhanh như vậy.
“Nghiên cứu cũng chứng minh vai trò quan trọng của các vết nứt trong việc mở khóa dòng chảy của băng, một quá trình được gọi là unbuttressing.
“Các mô hình tảng băng phải được phát triển để giải thích thực tế là băng có thể bị nứt, điều này sẽ cho phép chúng tôi đo lường sự đóng góp của mực nước biển trong tương lai một cách chính xác hơn.”
Trystan Surawy-Stepney, tác giả chính của bài báo và là nhà nghiên cứu tiến sĩ tại Đại học Leeds, nói thêm: “Điều thú vị của nghiên cứu này là độ chính xác mà các kẽ hở được lập bản đồ.
“Từ lâu, người ta đã biết rằng sự nứt vỡ là một thành phần quan trọng của động lực học thềm băng và nghiên cứu này chứng minh rằng liên kết này có thể được nghiên cứu trên quy mô lớn với độ phân giải đẹp, sử dụng các kỹ thuật thị giác máy tính áp dụng cho vô số hình ảnh vệ tinh thu được mỗi tuần.”
Các vệ tinh quay quanh Trái đất cung cấp cho các nhà khoa học dữ liệu mới về những vùng xa xôi và khó tiếp cận nhất ở Nam Cực. Radar trên Sentinel-1 cho phép chụp ảnh những địa điểm như sông băng Thwaites cả ngày lẫn đêm, hàng tuần, quanh năm.
Sông băng Thwaites và Đảo Thông ở Tây Nam Cực
Tiến sĩ Mark Drinkwater của ESA nhận xét: “Những nghiên cứu như thế này sẽ không thể thực hiện được nếu không có khối lượng lớn dữ liệu hình ảnh dải băng ở Nam Cực có độ phân giải cao do Sentinel-1 cung cấp.
“Bằng cách tiếp tục lập kế hoạch và chuẩn bị cho các sứ mệnh quay quanh vùng cực trong tương lai, chúng tôi có thể tiếp tục hỗ trợ công việc như thế này và mở rộng phạm vi nghiên cứu khoa học về các lĩnh vực quan trọng của hệ thống khí hậu Trái đất.”
Đối với Lưỡi băng Thwaites Glacier, vẫn còn phải xem liệu những thay đổi ngắn hạn như vậy có bất kỳ tác động nào đến động lực lâu dài của sông băng hay không, hay liệu chúng chỉ đơn giản là triệu chứng riêng lẻ của thềm băng gần cuối của nó.