De kikar under älvens is med seismiska signaler
Seismiska signaler kan användas för att mäta vattennivåer och sedimentrörelser under älvens is. Med den nya tekniken kan älvforskare avgöra om islossningen orsakas av långsam smältning eller av issprickning.
Älvforskare från Sverige, Finland och Tyskland rapporterar detaljerade mätningar av sedimentrörelser och vattennivåer i en isbelagd älv med en ny teknik – seismiska signaler.
– Vi kunde också bestämma om islossningen orsakades av långsam smältning eller av rörelse av isblock, genom att fånga seismiska signaler från issprickning och bestämma när de inträffar relativt islossningen, säger Lina Polvi Sjöberg, universitetslektor på Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap vid Umeå universitet.
Sedimenttransport viktigt i älvens kretslopp
Sedimenttransport i älvar påverkar livsmiljöerna för vattenlevande organismer och biogeokemiska kretsloppet. Hittills har mätning av sedimenttransport i isbelagda älvar varit nästan omöjligt att göra med vanliga tekniker eftersom man inte kan se under isen.
– Normalt kan vi mäta vattenhastigheter och sedimenttransport genom att vada i floden eller använda en båt, men att göra dessa mätningar på en isbelagd älv är logistiskt utmanande och kan vara extremt farligt om isen är för tunn att gå på eller när isen håller på att gå upp, säger Lina Polvi Sjöberg.
För att möta dessa logistiska utmaningar använde forskargruppen en metod som oftast används för att studera jordbävningar: seismiska signaler. Tekniken har använts i en handfull studier under de senaste fem åren för att studera älvprocesser, men detta är första gången den har använts för att studera en isbelagd älv.
Svar om hur isbelagda älvar formas
Enligt Eliisa Lotsari, universitetslektor vid Östra Finlands universitet och en av medförfattarna, öppnar den nya tillämpningen av seismologi möjligheter att svara på frågor om hur isbelagda älvar formas och förändras, vilket är ett område där kunskap saknas.
– Eftersom tajming och längd av isbeläggningen på nordliga älvar kommer att förändras med ett varmare klimat, är det särskilt viktigt att mäta och förstå hur älvdynamiken skiljer sig under isbelagda kontra isfria förhållanden och under olika typer av islossning, säger hon.
Prognos för älvarnas framtid
Kontinuerliga observationer av sedimenttransport behövs genom hela det isbelagda flödet, islossning och isfria perioder för att bättre kunna validera prognoserna för framtida förändringar i de nordliga älvarna. Eftersom islossning kan vara den mest dynamiska tidsperioden för älvarna, vilket orsakar snabb erosion i älvarna och översvämningsrisker, är det också viktigt att kunna avgöra om islossning sker genom lugnare smältning eller dynamisk issprickning.
Forskarteamet genomförde fältstudier i Sävarån, cirka 60 kilometer nordväst om Umeå, under vintern 2018. Tre knytnävsstora så kallade geofoner (seismometrar) grävdes ner i marken 10-40 meter från vattenflödet och registrerade alla små markvibrationer. Genom att analysera signalernas frekvens, intensitet och mönster kunde forskarna tolka vad som orsakar signalerna, inklusive vattenturbulens, rörelse av sand och grus på flodbädden och issprickning.
Termisk eller mekanisk islossning
Tidpunkten för issprickningen gjorde det möjligt för dem att tolka om islossningen är termisk som orsakas av långsam smältning eller mekanisk orsakad av isblock som bryts. Issprickning inträffar under hela den isbelagda vintern, men om antalet issprickor plötsligt ökar precis innan isen försvinner är isbrytningen mekanisk och om takten förblir densamma ända tills islossningen är det är termisk. I Sävarån året då experimentet utfördes var islossningen termisk tills den sista islossningsdagen då det var en topp i antalet issprickor och forskarna observerade avbrutna isblock.
– Den här minimal-invasiva tekniken gör att vi sekund för sekund kan studera alla processer i och runt älven. När du väl lär dig att tolka de olika signalerna är det som att någon sitter på platsen och spelar in mycket mer än vi kan se med våra ögon, säger Lina Polvi Sjöberg.
Vetenskaplig artikel:
Seismic monitoring of a subarctic river: seasonal variations in hydraulics, sediment transport, and ice dynamics. (Polvi, L.E., Dietze, M. Lotsari, E., Turowski, J.M., Lind, L. 2020) Journal of Geophysical Research- Earth Surface, 125
Kontakt:
Lina Polvi Sjöberg, Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap vid Umeå universitet, lina.polvi@umu.se
