Исследователи разработают миссию, чтобы узнать о подземных водоносных горизонтах в таких областях, как Сахара, и о том, как изменение климата повлияет на них в будущем.
Самые засушливые экосистемы Земли являются предметом исследования крайностей: это могут быть невероятно горячие участки песка, такие как пустыня Сахара, или потрясающе холодные ледяные просторы, например, в Гренландии и Антарктиде. В этих засушливых регионах выпадает очень мало годовых осадков, и последствия изменения климата в этих экосистемах плохо изучены. Совместные усилия NASA и Катарского фонда направлены на решение этой проблемы - и, в процессе, помощь сообществам, на которых влияют эти изменения.
Ученые из исследовательского проекта Orbiting Arid Subsurfaces and Ice Sheet Sounder (OASIS) разрабатывают спутниковую миссию для исследования песчаных дюн и ледяных щитов в некоторых из самых засушливых мест Земли с помощью радиолокационной технологии, аналогичной той, что используется на орбитальном аппарате NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Основная цель проекта - обнаружение и мониторинг подземных источников пресной воды, называемых водоносными горизонтами. Многие водоносные горизонты в пустынях Северной Африки и Аравийского полуострова, среди прочего, быстро истощаются, чтобы удовлетворить потребности местных сообществ.
В то же время водоносным горизонтам в прибрежных районах угрожает повышение уровня моря, вызванное таянием ледяных щитов в таких местах, как Гренландия. Если соленая вода из поднимающегося уровня моря загрязняет пресную воду в водоносных горизонтах, это повлияет не только на питьевую воду, но и на региональное сельское хозяйство и продовольственную безопасность. Вторая цель проекта - лучше понять, как таяние ледяных щитов способствует повышению уровня моря.
В соответствии с возмещаемым соглашением по Закону о космосе с NASA и Катарским фондом (QF) для науки, образования и общественного развития - в лице Университета Хамада бин Халифы (HBKU) и Катарского института исследований окружающей среды и энергетики (QEERI) в HBKU - Лаборатории реактивного движения NASA и QEERI совместно разработают исследование концепции миссии для предполагаемой миссии Катара OASIS.
В поисках пустыни
Проект направлен на вывод спутника на околоземную орбиту, чтобы нанести на карту распределение неглубоких водоносных горизонтов под поверхностью пустыни в Северной Африке и на Аравийском полуострове. Ученые планируют использовать радарный прибор спутника для изучения происхождения этих водоносных горизонтов и того, как грунтовые воды движутся под пустынями через сложную систему подземных трещин, которые распространяются, как паутина, между водоносными горизонтами. Данные, собранные в процессе, помогут в управлении водоносным горизонтом.
«Научное сообщество в восторге от этой миссии. OASIS станет первым космическим радаром, специально разработанным для обнаружения подземных вод на Земле», - сказал Джеймс Граф, директор по науке о Земле и технологиям JPL в Южной Калифорнии.
Исследователи проекта также намерены изучить топографию земли под ледяными щитами в Гренландии и Антарктиде, чтобы определить такие свойства, как толщина ледяного покрова и пути, по которым лед течет в океан. Информация может использоваться в моделях нынешней и будущей реакции ледникового покрова на изменение климата, что поможет исследователям лучше понять вклад ледникового покрова в повышение уровня моря.
«Теплые и холодные пустыни реагируют на климатические изменения, расширяясь и сокращаясь соответственно», - сказал Эссам Хегги, главный исследователь OASIS и главный научный сотрудник и директор исследовательской программы Программы наук о Земле в QEERI. «Изучение сил, управляющих этими преобразованиями, даст нам представление об эволюции пустынь на Земле».
В десятилетнем обзоре, определяющем области наук о Земле в период с 2017 по 2027 год, Национальные академии наук отметили, что получение лучшего понимания этих засушливых регионов является одним из нескольких приоритетов.
«Десятилетнее исследование наук о Земле и прикладных исследований из космоса, проведенное Национальными академиями за 2017 год, выявило необходимость понимания динамики водоносного горизонта и вклада ледникового покрова в повышение уровня моря. В рамках исследовательского проекта OASIS будет изучен многообещающий дополнительный подход к наблюдению, который может способствовать нашему пониманию этих двух областей исследований в области наук о Земле», - сказал Джеральд Боуден, научный сотрудник NASA, работающий в рамках проекта OASIS.
Возврат сигнала
Во главе с Артуром Хмелевски, руководителем исследовательского проекта OASIS в JPL, и Хегги команда проекта разработает космическую миссию, в которой будет использоваться радарная технология, аналогичная разработанной для MRO, для исследования под поверхностью Марса. Предполагается, что прибор, рассматриваемый для проекта OASIS, 50-мегагерцовый радар, будет видеть до 3 км льда и почти 100 метров песка.
Сигнал радара чувствителен к изменениям электрических свойств под поверхностью Земли, вызванным камнями, отложениями, переувлажненной почвой, льдом, водоемами и т.д. Некоторые из этих веществ поглощают больше сигнала, чем другие. Исследователи смотрят, какая часть сигнала возвращается к прибору, а также сколько времени требуется для возврата сигнала, чтобы получить представление о том, как определенная область выглядит под поверхностью.
В рамках миссии по проверке концепции в 2011 году исследователи пролетели на вертолете над двумя хорошо известными пресноводными водоносными горизонтами под пустынями Кувейта, чтобы обеспечить их обнаружение радиолокационным зондом. Они совершили несколько аналогичных полетов над другими пустынями Омана и Марокко. Исследовательский проект OASIS расширит рамки этих первоначальных усилий для более глобальной картины.
«Водная безопасность становится глобальной проблемой для все большего числа стран по всему миру и за пределами так называемых засушливых регионов», - сказал Марк Вермеерш, исполнительный директор Катарского института исследований окружающей среды и энергетики. «Этот проект является пионером в исследованиях в этой области, предоставляя Катару - и всему научному сообществу - инновационный инструмент, который обеспечит ключевые ответные меры в этой области, поддержит процесс принятия решений в отношении водных ресурсов и поможет определить пути обеспечения безопасности. доступ к воде для населения. Я особенно рад и горжусь тем, что QEERI объединяется с NASA ради улучшения мира и развития науки».
Следующие два года исследователи и инженеры исследовательского проекта OASIS потратят на разработку концепции миссии.