CryoSat, Euroopan avaruusjärjestön jäätä tutkiva satelliitti, on saanut koottua ensimmäinen, kattavan kartaston Arktiksen alueen merijään paksuudesta. 

Tutkijat ovat olleet jo aiemmin iloissaan tästä suuresta tietomäärästä ja siitä, kuinka sitä voi käyttää apuna esimerkiksi ilmastonmuutoksen tutkimuksessa.

Nyt myös napaseutujen merenkävijät pääsevät nauttimaan CryoSatin tiedoista, sillä tämän jo viidettä vuotta mittauksiaan tekevän satelliitin tiedot ovat käytettävissä lähes sitä mukaa kun tietoa saadaan alas satelliitista Maahan. 

CryoSatissa on tutkakorkeusmittari, jonka avulla se pystyy tekemään havaintojaan jopa pilvien läpi ja yöaikaan. Se pystyy siis kartoittamaan napajään paksuutta lähes jatkuvasti kellon ympäri ja sääoloista huolimatta.

Iso-Britannian Napa-alueiden havainto- ja mallinnuskeskus (Centre for Polar Observation and Modelling, CPOM) on ottanut tänään käyttöön palvelun, missä nämä mittaustiedot ovat saatavilla kahden vuorokauden viiveellä. 

Napajää muuttuu yleensä hitaasti, joten viive ei ole olennainen. Pieni viive johtuu siitä, että korkeusmittarin tietoja pitää käsitellä enemmän kuin normaaleita tutkahavaintoja tai näkyvän valon alueen kuvia.

Jäätiedoilla on käyttöä kaikessa toiminnoissa, joihin pohjoisen jäätilanne vaikuttaa: laivaliikenne, turismi, tutkimusmatkat sekä etsintä- ja pelastustoimet.

“Alun perin CryoSat tehtiin tuottamaan vain tietoja tutkijoiden käyttöön, eli tämä uusi palvelu menee paljon pitemmälle mitä ajattelimme satelliitin tehtävää määriteltäessä”, kertoo CPOM:in johtajana ja CryoSatin päätiedeavustajana toimiva professori Andy Shepherd. 

“Satelliitti on nyt tärkeä apu erilaisille toiminnoille joka puolella planeettaamme, missä vain on merijäätä.”

Pohjoiset merialueet kiinnostavat

Ajantasainen ja rutiininomainen tiedonsaanti merijäätilanteesta pohjoisilla merillä on suureksi avuksi kaikille näitä vaativia laivareittejä käyttävillä. Taloudellinen kiinnostus merenkulkuun pohjoisessa on kasvamassa, ja siksi uudelle palvelulle on lisääntyvissä määrin tarvetta.

Luonnollisesti myös tutkijoille pikavauhtia työstettävät kartat ovat erinomainen työväline.

“Olemme esimerkiksi jo havainneet, että vaikka Arktiksen merijään  levinneisyys oli ennätyksellisen pieni tänä talvena, oli jää kuitenkin keskimäärin 25 cm paksumpaa kuin vuonna 2013, jolloin CryoSat  mittasi ennätyksellisen vähän jäätä tilavuuden mukaan laskettuna”, selittää CPOM:in tutkija Rachel Tilling.

Tietoja jäätiköiden arvioitua nopeammasta tai hitaammasta sulamisesta tai kasvamisesta saadaan nykyisin usein. Suuret epävarmuudet liittyvät usein siihen, ettei jäätiköistä ole tarpeeksi havaintoja riittävän pitkältä ajalta.

Paras tapa saada tarkkaa ja ajantasaista tietoa on havaita jäätiköitä avaruudesta. Euroopan avaruusjärjestön Sentinel 1A- ja CryoSat -satelliitit ovat tässä erinomaisia apuvälineitä. Tuorein niillä saatu ja julkaistu merkittävä havainto koskee Huippuvuorilla olevaa Austfonnan jäätikköä.

Austfonna on Huippuvuorten Koillismaalla oleva ns. lakijäätikkö, eli vuoristoisen saaren ylänköaluetta peittävä kupera jäätikkö. Havaintojen mukaan sen paksuus on pienentynyt 50 metriä sitten vuoden 2012 – eli vain kahden vuoden aikana se on menettänyt kuudenneksen paksuudestaan.

Viimeisen kahden vuosikymmenen aikana Austfonnan jääpeite on pienentynyt olennaisesti ja jään ohemenista tapahtuu jo noin 50 kilometrin päässä jään reunasta. Aivan jäätikön laki on edelleen jokseenkin ennallaan, mutta jo 10 kilometrin päässä huipulta jäässä on jo havaittu muutoksia.

Havaintojen mukaan jäätikön virtaama on 25 kertaa aiempaa nopeampi, sillä se on kasvanut 150 metristä vuodessa 3,8 kilometriin. Siis puoli metriä tunnissa.

Leedsin yliopistossa olevan Iso-Britannian Polaarialueen havainnointi- ja mallinnuskeskuksen tutkijoiden tekemä, Geophysical Research Letters -sarjassa julkaistu tutkimus käytti hyväkseen kahdeksalla satelliitilla kerättyjä tietoja (mukana Sentinel-1A ja CryoSat), jotka yhdistettiin alueen paikalliseen ilmastomalliin.

“Nämä tulokset ovat selvä esimerkki siitä kuinka nopeasti lakijäätiköt voivat muuttua ja osoittavat hyvin sen, miten hankalaa on ennustaa jäätiköiden sulamisen vaikutusta merenpinnan tasoon tulevaisuudessa”, sanoo julkaistun tutkimuksen vetäjä Mal McMillan.

“Uudet satelliitit, kuten Sentinel-1A ja CryoSat, ovat tärkeitä työkaluja, koska voimme tarkkailla niillä järjestelmällisesti jäätiköitä ja jääalueita. Näin voimme myös ymmärtää paremmin näiden kaukaisten napa-alueiden toimintaa.”

Maapallon painovoimakenttää mittaava GOCE toimi avaruudessa yli tuplasti sen mitä suunniteltiin: se teki tarkkoja mittauksiaan neljän vuoden ajan marraskuuhun 2013 saakka.

Vaikka sitä ei suunniteltu mittaamaan painovoimakentässä ajan myötä tapahtuvia muutoksia, tämä suunniteltua pitempi toiminta-aika teki tämänkin mahdollisesti. Tietojen avulla on nyt pystytty havaitsemaan miten läntisen Etelämantereen jääpeitteen hiipuminen on jättänyt jälkensä alueen painovoimakenttään.

Suurten jäämassojen aiheuttama vetovoima on selvästi havaittavissa painovoiman paikallisessa suuruudessa. Lisäksi esimerkiksi maapallon oma pyörimisliike, vuorijonot ja merten syvänteet näkyvät painovoimakartassa selvästi.

Uusien tulosten ansiosta maapallon painovoimakentästä on pystytty tekemään aiempaa parempi malli, mikä auttaa puolestaan hahmottamaan paremmin koko maapallon mittakaavassa niin Maan uumenissa olevaa kuorikerroksen ja vaipan välistä aluetta kuin yläilmakehän tiheyden muutoksia.

Jää vaikuttaa vetovoimaan

Saksan geodeettisen laitoksen, hollantilaisen Delftin teknillisen yliopiston, yhdysvaltalaisen Jet Propulsion Laboratoryn ja Saksassa olevan Münchenin teknillisen yliopiston tutkijoista koostunut ryhmä on käynyt läpi GOCEn Etelämantereesta marraskuun 2009 ja kesäkuun 2012 välisellä ajalla tekemiä tarkkoja mittauksia.

He huomasivat, että läntisen Etelämantereen jääpeitteen katoaminen vuosien 2009 ja 2012 välillä sai aikaan pudotuksen painovoiman suuruudessa.

Painovoimamittausten käyttäminen jäämassan muutosten arvioinnissa ei ole mitenkään uusi asia, sillä esimerkiksi Nasan ja saksalaisten yhteistyönä tekemä Grace tekee sitä ja sen on tarkoitus kartoittaa muutoksia vuosikymmenen ajan.

Gracen mittaustarkkuus on kuitenkin paljon huonompi kuin GOCEn, joten näistä tiedoista ei saada esiin yhtä tarkkoja yksityiskohtia ja siten GOCEn lyhemmän ajan aikana tekemät havainnot ovat erittäin kiinnostavia.

Tutkimuksen helpottamiseksi Antarktiksen jääpeite on jaettu valuma-alueisiin, jotta niiden muutoksia ja sulamista meriin voidaan paremmin seurata ja verrata eri alueiden kesken.

Kun tutkijat yhdistivät GOCEn tarkkuusmittauksia näistä valuma-aluista Gracen vähemmän tarkkoihin pitkäaikaismittauksiin, päästiin käsiksi varsin pieniinkin muutoksiin. Nämä kertovat paljon Etelämantereen valuma-alueiden dynamiikasta.

Erityisen kiinnostaviksi tulokset tulivat, kun niitä yhdistettiin ESAn CryoSat -satelliitin tekemiin mittauksiin jääpeitteen paksuudesta – tai tarkkaan sanottuna jääpeitteen pinnan korkeudesta, joka CryoSat mittaa tarkalla tutkakorkeusmittarillaan.

CryoSatin keräämät mittaukset näyttävät, että vuoden 2009 jälkeen läntisen Etelämantereen jääkato on kiihtynyt joka vuosi kolminkertaisesti. Vuosien 2011 ja 2014 välillä koko Etelämantereen jääpeitteestä on huvennut 125 kuutiokilometriä.

”Laajennamme parhaillaan GOCEn havaintojen käsittelyä kattamaan koko Etelämantereen aluetta”, kertoo Johannes Bouman Saksan geodeettisesta instituutista.

”Kun yhdistämme näitä tietoja CryoSatin mittausten kanssa, saamme paljon nykyistä tarkemman kuvan siitä mitä todella jäämassalle on tapahtumassa.”

ESAn CryoSat-satelliitin tekemät mittaukset ja näistä tehdyt kartat näyttävät miten Grönlantia ja Etelämannerta peittävät paksut jäätiköt muuttuvat. Tuoreiden tulosten mukaan jää sulaa ennen näkemättömän nopeasti: kummankin jääpeitteen jäästä katoaa noin 500 kuutiokilometriä vuodessa.

Tästä kertova, saksalaisen Alfred Wegener -instituutin napa-alueiden ja merten tutkimuslaitoksen Helmholtz-keskuksen tutkijoiden artikkeli julkaistiin elokuun 20. päivänä Euroopan geotieteiden unionin The Cryosphere -lehdessä.

Uusissa kartoissa on 7,5 miljoonaa korkeusmittausta Grönlannista ja 61 miljoonaa Etelänapamantereesta. Nämä on kerätty CryoSat-satelliitilla vuonna 2012; tämä tietokanta on täydellisin yhdellä satelliitilla koskaan kerätty korkeusmittaussarja.

"Nämä korkeuskartat ovat luonnollisesti vain yksi otos jääkerrosten nykytilanteeseen", totesi tutkimuksen perusteella tehdyn artikkelin pääkirjoittaja Veit Helm. "Ne ovat kuitenkin hyvin tarkkoja ja kattavat lähes 16 miljoonaa neliökilometriä, mikä on enemmän kuin on saatu aikaisemmista korkeusmittauksista."

Syy tähän jotakuinkin Espanjan kokoisen alueen lisäykseen edellisiin mittauksia tehneisiin satelliitteihin on yksinkertaisesti se, että CryoSat kiertää Maata polaariradalla, joka viiltää napoja lähempää kuin mikään aiempi satelliitti. Sen radan kaltevuus päiväntasaajan suhteen on 88°.

CryoSat mittaa jäätiköiden pinnan korkeutta SIRAL-nimisellä tutkalaitteistolla. Se lähettää lyhyitä tutkasignaaleita alaspäin kohti maanpintaa ja ottaa ne vastaan sen jälkeen, kun signaalit ovat ponnahtaneet pinnasta takaisin ylöspäin. Kun signaalin palaamiseen tuleva aika tunnetaan, voidaan yksinkertaisesti laskea kuinka korkealla oli pinta, mistä se kimposi. Mitä tarkemmin aikaero voidaan havaita, sitä parempi on korkeusmittauksen tarkkuus.

Itse asiassa SIRAL on ensimmäinen laatuaan, koska aiemmissa tutkakorkeusmittauksissa on jäinen pinta on ollut suuri haaste. Laitteisto pystyy myös havaitsemaan meren pinnalla kelluvan jään määrää ja paksuutta. Tästä on puolestaan suurta apua esimerkiksi jäätiköiden reunoja mitattaessa, sillä siellä jäävuoret irtoavat jäätiköstä ja lipuvat siitä ulos merelle.

SIRALin tarkkuus on erityisen hyvä loivasti viettävillä sekä kovin jyrkillä jääpinnoilla. "Nämä ovat hyvin vaikeita paikkoja mittaamiseen, mutta CryoSatin avulla olemme saaneet näistäkin jatkuvasti tarkkoja ja hyvin tiheästi lähekkäin toisiaan olevia mittauksia", iloitsee Helm. "Tässäkin se on parempi kuin mikään aikaisempi systeemi."