Льодовики здаються суцільними й нерухомими, але значна частина їхніх пошкоджень ховається всередині. Нове дослідження команди ETH Zurich, про яке повідомляє Scienmag, показало, що один волоконно-оптичний кабель здатен детально картувати тріщини глибоко в льодовику так, як для цього знадобилися б сотні звичайних сейсмометрів.
Метод випробували на льодовику Горнер у швейцарському кантоні Вале. Виявилося, що понад 8% об’єму льоду на ділянці вимірювань займають приховані тріщини й порожнини, заповнені повітрям або водою. Це свідчить, що внутрішня розтрісканість льодовиків може бути значно більшою, ніж видно з поверхні, і змінює підхід до оцінки ризику раптових обвалів, прискореного руху льоду та великих відколів.
Чому приховані тріщини небезпечні
Потреба в точнішій інформації зросла на тлі трагічних подій у Альпах. У вересні 2023 року частина льодовика Мармолада в Доломітових Альпах обвалилася, загинуло семеро альпіністів. У травні 2025 року обвал льодовика Бірч над селом Блаттен у Швейцарії знову привернув увагу до нестабільності гірського льоду.
На такі події впливають не лише видимі тріщини й крижані урвища, а й приховані всередині льодовика розломи. Внутрішні слабкі зони дають талій воді змогу проникати глибше, послаблювати лід, прискорювати його рух і сприяти масштабним обвалам.
Традиційно ці процеси вивчали за допомогою сейсмічного моніторингу. Коли утворюється тріщина, раптове вивільнення напружень породжує мікроземлетрус у товщі льоду. Сейсмометри фіксують хвилі й дозволяють оцінити місце розлому. Але звичайна мережа приладів дає лише обмежену кількість точок спостереження. Щоб отримати детальну тривимірну картину, потрібно багато датчиків, а їх встановлення на льодовику з глибокими тріщинами, нестійкими сніговими мостами й мінливим рельєфом є дорогим і технічно складним.
Прилади треба ретельно розміщувати й захищати від суворої погоди, руху льоду та ризиків для польових команд. Це серйозно обмежує масштаб і роздільну здатність спостережень.
Як працює волоконно-оптична сейсмологія
Команда ETH Zurich під керівництвом доцента Томаса Гадсона (Thomas Hudson) з групи екологічної та розвідувальної геофізики застосувала розподілене волоконно-оптичне зондування, щоб обійти ці обмеження. Замість сотень окремих сенсорів дослідники проклали один волоконно-оптичний кабель по поверхні льодовика Горнер.
Кабель під’єднали до приладу, який називають інтеррогатором. Система надсилала лазерне світло крізь волокно й аналізувала крихітні зміни у відбитому від мікродефектів скла сигналі. Оскільки кабель реєструє збурення по всій довжині, проста лінія волокна перетворюється на щільний масив вимірювальних точок.
Фізика методу складна, але дуже ефективна. Коли сейсмічні хвилі від мікроземлетрусу проходять крізь льодовик, вони викликають мікроскопічні деформації кабелю. Це змінює поширення світла в склі й малюнок сигналу, що повертається до інтеррогатора. Вимірюючи ці зміни в багатьох місцях, дослідники визначають, коли й де сталася сейсмічна подія.
Повторювані сигнали вказують на положення тріщин, а характер і час проходження хвиль дають інформацію про матеріал навколо них. У цьому сенсі кабель працює подібно до ультразвукового датчика, але використовує природну сейсмічну енергію, щоб «просвічувати» товщу льоду.
Неочікувано велика частка пошкодженого льоду
Отриманий масив даних виявився надзвичайно великим і складним: кожна ділянка кабелю дає вимірювання з високою просторовою й часовою роздільною здатністю, значно перевищуючи можливості невеликої мережі сейсмометрів.
Для інтерпретації даних команда використала обчислювальні методи й алгоритм, здатний виявляти сейсмічні сигнали та відтворювати структуру льоду під кабелем. Так вдалося дослідити льодовик на глибину приблизно 25 метрів.
Метод не просто фіксував великі тріщини, видимі з поверхні. Він виявив розгалужену мережу внутрішніх розломів, включно з тріщинами, які неможливо було розпізнати з повітря чи під час польових оглядів. Результати здивували дослідників: приховані тріщини становили понад 8% об’єму льоду на ділянці вимірювань.
Решта приблизно 92% була відносно непошкодженим льодом, але частка розтрісканої зони виявилася достатньо великою, щоб суттєво впливати на механічну поведінку льодовика. Частина тріщин була заповнена повітрям, інші — водою. Це важливо, адже вода може тиснути на навколишній лід і просочуватися вниз по мережі розломів.
Коли талі води досягають підошви льодовика, вони діють як мастило між льодом і ґрунтом, потенційно прискорюючи рух льоду й змінюючи напруження, що керують подальшим розтріскуванням.
Переоцінка небезпеки льодовиків і погляд на полярні льоди
Дослідження також ставить під сумнів інтуїтивне уявлення, що найбільш «порізані» поверхневими тріщинами льодовики автоматично є найнебезпечнішими. Великі поверхневі розломи важливі, але це лише частина картини.
Льодовик може виглядати відносно гладким з повітря, але мати значні внутрішні пошкодження. І навпаки, деякі видимі тріщини можуть бути локальними й не означати загального послаблення всієї маси льоду.
Прямі вимірювання внутрішньої мережі тріщин за допомогою волоконно-оптичної сейсмології дають змогу надійніше відрізняти поверхневі зміни від структурних пошкоджень, що загрожують стійкості льодовикового фронту, схилу чи льодопаду.
На думку авторів, цей підхід може стати важливим інструментом моніторингу нестабільних льодовиків і вдосконалення попереджень про відкол або обвал. Кабель дешевше встановити, ніж велику мережу окремих приладів, а безперервний запис уздовж усієї довжини забезпечує значно ширше просторове покриття.
Ту саму технологію можна випробувати на інших альпійських льодовиках, а також на гігантських крижаних щитах Гренландії та Антарктиди. Це особливо важливо, оскільки тріщини впливають на швидкість стікання полярного льоду до океану.
Поєднуючи внутрішні вимірювання з супутниковими спостереженнями поверхні, науковці зможуть відстежувати розвиток тріщин у часі, зрозуміти, як поверхневі розломи пов’язані з глибшими, і точніше прогнозувати майбутнє підвищення рівня моря.
Робота ETH Zurich пропонує не лише новий спосіб спостереження за льодовиками, а й погляд у приховану «архітектуру» змінної криосфери та потенційну систему раннього попередження про одні з найнебезпечніших крижаних обвалів на планеті.