光ファイバーケーブルは一般にインターネットと結び付けられますが、新たな研究によって、氷床がどのように変化するかについて新たな知見をもたらしうることが示されました。
この研究により、グリーンランドの氷河の動きは従来考えられていたよりもはるかに複雑であることが明らかになりました。
グリーンランドの氷の損失は1980年代以降6倍に増加しており、融解する氷床は現在、世界の海面上昇に対する最大の寄与要因となっています。
ケーブルを用いた観測により、グリーンランドの氷床がなぜこれほど大量の質量を失っているのかが説明でき、今後の氷の損失と海面上昇のパターンを予測する助けにもなります。
光ファイバーケーブルといえば、通常は超高速インターネットや、新たな設置工事で舗道を掘り返される煩わしさを思い浮かべるかもしれません。しかし現在、地球上で二番目に大きな氷塊であるグリーンランド氷床の中心部を、こうしたケーブルが通っています。
光ファイバー技術により、前例のない詳細さで氷河の内部構造を監視できるようになっています。 今回の新たな研究では、光ファイバーによって氷床がどのように変化するかについて並外れて新しい知見が得られること、そしてグリーンランドの氷河の動きが従来考えられていたよりもはるかに複雑であることを示しています。
グリーンランドからの氷の損失は1980年代以降に6倍に増加し、融解する氷床は現在、世界の海面上昇に対する単独で最大の寄与要因となっています。氷床の将来（その懸念される融解速度を含む）を予測するには、その内部で働く熱力学的プロセスを理解する必要があります。つまり、その温度をできるだけ正確に把握しなければなりません。
地表の状態は衛星や現地での観測によって比較的容易に把握できますが、厚さ1キロメートルの動く氷の塊である氷床の最深部を探ることは、まったく別の課題です。
ここで光ファイバーが役立ちます。家庭の一般的なブロードバンド・ネットワークでは、情報は一連の光のパルスとして光ファイバーケーブルを通って伝送されます。私たちの研究でも同様の考え方を用い、レーザーから一定の長さのケーブルに光の束を照射しています。
しかし、ケーブルは完全になめらかではないため、光が進む間に、ケーブルの壁の微小な欠陥によって一部の光が反射されます。これは、ディスコボールの反射片に光が当たって跳ね返るのと似ています。ケーブルの温度が変化したり、微小な地震によってわずかに引き伸ばされたりすると、欠陥が変化し、反射の特性も変化します。こうした変化を継続的に監視することで、氷河の氷の表面下深くの状態について詳細な全体像を組み立てています。
EUの資金提供を受けたRESPONDERプロジェクト（拠点：スコット極地研究所、ケンブリッジ大学）の一環として、西グリーンランドにあるSermeq Kujalleq（別名ストア氷河）の特性を調べるため、全長1キロメートルの光ファイバーケーブルを設置しました。氷河の末端から28キロメートルに位置する私たちの調査地点は、年間約500メートルの速度で西へ移動しています。
ケーブルを設置するため、アベリストウィス大学の同僚が温水ドリルを用いて、氷を貫く1,040メートルの深さの穴を下方に掘削し、その後、私たちがケーブルを通しました。ケーブルは地表でインテロゲーターと呼ばれるコンピューターに接続され、このコンピューターがレーザーパルスを発射して記録します。
6週間にわたり、ケーブルを監視して氷河の層ごとの温度差を測定しました。また、氷の流れやすさの指標である氷の硬さを調べるため、どれだけ速く地震性振動が氷の中をケーブルの長さに沿って伝わるかの速さの変動を測定しました。振動が速いほど、氷がより硬いことを示している可能性があります。このために、自作の衝撃波を用い、氷河の表面を大槌で叩きました。
氷河の構造
この結果、氷河の熱的・力学的構造について、これまでで最も詳細な記述が得られました。氷河の内部温度はいくつかの主要なプロセスによって制御されています。その中心には、極めて低温で硬い氷の核があります。海岸に向かって移動するにつれ、氷河の表面は日光と暖かい空気によって-6.5°Cまで加熱されます。これは周囲と比べれば熱帯のような温度です。
しかし、地表に最も近い部分では、内部の氷の結晶が絶えず攪拌されることで熱が生じるため、氷河はさらに温かくなります。地球内部から自然に放射される熱を加えると、氷の温度は0°Cに近づきます。
これらの深さでは、雪がシャーベット状になるのと同様に、氷が少量の液体の水の塊と共存しています。このような氷を「温暖氷」と呼びます。氷河の流動と最終的な氷の損失という観点から見ると、ここで重要な動きが起きています。したがって、どれほどの温暖氷があるかを把握することが不可欠です。
では、何がわかったのでしょうか？
まず、氷河の熱分布図は予想よりもはるかに大きなばらつきを示しました。氷が特に変形していた場所では、比較的浅い深さでも熱が集中した斑点が見つかりました。これは、氷河の氷でこれまで観測されたことのないものです。
次に、氷河内部で3つの明確な氷の層が観測されました。このうち2つは予測どおりでした。氷河の上部890メートルは冷たく硬い氷でできていました。その下には、最後の氷期にさかのぼる、より古くて弱い氷がありました。この氷が弱いのは、氷期の塵の粒子を含み、それが個々の氷の結晶同士の結合を妨げるためです。
しかし、最大の驚きは氷河の最下部70メートルに隠れていました。そこでは大量の温暖氷が見つかりました。これは温暖な高山地域では予想されるかもしれませんが、Sermeq Kujalleqのこのような深さでは、液体の水を生じさせるために必要な熱は、大きな氷の変形によってしか生じ得ません。これは、氷床の底部がいかに動的であるかを示す証拠です。
これらの観測は、グリーンランドの氷床がなぜこれほど大量の質量を失っているのかを説明するだけでなく、今後の氷の損失と海面上昇のパターンを予測する助けにもなります。
