Att använda satellitdata för att "se i mörkret", Forskare har för första gången visat att sjöar på Grönlands inlandsis dränerar under vintern, ett fynd med implikationer för den hastighet med vilken världens näst största inlandsis strömmar till havet.

Forskarna, från University of Cambridge, använde radardata från en European Space Agency-satellit för att visa att även när värmen från solen är frånvarande, dessa sjöar kan släppa ut stora mängder vatten till inlandsisens botten. Dessa "dräneringshändelser" tros spela en betydande roll för att påskynda isens rörelse genom att smörja den underifrån.

Tidigare studier av dränerande sjöar har alla genomförts under sommarmånaderna, genom en kombination av direkta fältobservationer och optiska satellitdata, som kräver dagsljus.

Tillvägagångssättet som utvecklats av Cambridge-forskarna använder radarns "backscatter" - reflektionen av vågor tillbaka till satelliten varifrån de sänds ut - för att upptäcka förändringar i sjöarna under vintermånaderna, när Grönland är i nästan totalt mörker.

Resultaten, redovisas i tidskriften Kryosfären , antyder att "VVS"-systemet under Grönlands istäcke inte bara långsamt läcker vatten från föregående sommar, men även i djupet av den arktiska vintern, den kan "laddas om", eftersom stora mängder ytsjövatten faller ner till inlandsisens botten.

Många tidigare studier har visat att Grönlandsisen tappar massa, och förlusthastigheten ökar, på grund av smältning och avrinning.

"En av de okända när det gäller att förutsäga inlandsisens framtid är hur snabbt glaciärerna rör sig - om de kommer att öka hastigheten och i så fall, med hur mycket, " sa medförfattaren Dr. Ian Willis från Cambridges Scott Polar Research Institute (SPRI). "Nyckelkontrollen för hur snabbt glaciärerna rör sig är mängden smältvatten som når botten av inlandsisen, det är där vårt arbete kommer in."

Sjöar bildas på ytan av Grönlands inlandsis varje sommar när vädret värms upp. De finns i veckor eller månader men kan rinna av på några timmar på grund av hydrofrakturering, överföra miljontals kubikmeter vatten och värme till inlandsisens botten. De drabbade områdena inkluderar känsliga områden i inlandsisen där påverkan på isflödet är potentiellt stor.

"Man har alltid trott att dessa sjöar bara dränerades på sommaren, helt enkelt för att det är varmare och solen får isen att smälta, " sa medförfattaren Corinne Benedek, även från SPRI. "På vintern, det är mörkt och ytorna fryser. Vi trodde att fyllningen av sjöarna var det som orsakade deras eventuella dränering, men det visar sig att det inte alltid är fallet."

Benedek, som för närvarande är Ph.D. kandidat på SPRI, Blev först intresserad av vad som händer med ytsjöar på vintern medan hon var masterstudent och studerade termisk satellitdata.

"De termiska data visade mig att flytande vatten kan överleva i sjöarna hela vintern, ", sa hon. "Tidigare studier med luftburen radar hade också identifierat sjöar begravda några meter under ytan av inlandsisen på sommaren. Båda dessa saker fick mig att tänka på sätt att observera sjöar året runt. De optiska satellitbilder vi normalt använder för att observera sjöarna är inte tillgängliga på vintern, eller till och med när det är molnigt."

Benedek och Willis utvecklade en metod som använder data från Sentinel-1-satelliten, som använder en typ av radar som kallas syntetisk aperturradar (SAR). SAR fungerar på en våglängd som gör det möjligt att se genom moln och i mörker. Is och vatten avläser olika med SAR, och så utvecklade de en algoritm som spårar när plötsliga förändringar i SAR-backscatter inträffar.

Under tre vintrar, de identifierade sex sjöar som verkade rinna av under vintermånaderna. Dessa sjöar var nedgrävda sjöar eller ytsjöar som var frusna. Algoritmen kunde identifiera var sjöns backscatter-egenskaper förändrades markant mellan en bild och nästa som spelades in 12 dagar senare.

SAR-data säkerhetskopierades med ytterligare optisk data från föregående höst och efterföljande vår, vilket bekräftade att sjöområdena krympte avsevärt för de sex dränerade sjöarna. För tre av sjöarna, de optiska data såväl som data från andra satelliter användes för att visa de snö- och istäckta sjöarna kollapsade, faller flera meter, bekräftade igen att vattnet hade tömts.

"Den första sjön jag hittade var överraskande, " sa Benedek. "Det tog mig ett tag att vara säker på att det jag trodde att jag såg verkligen var det jag såg. Vi använde höjddata från före och efter händelserna för att bekräfta vad vi tänkte. Vi vet nu att dränering av sjöar under vintern är något som kan hända, men vi vet ännu inte hur ofta det händer."

"Glaciärerna saktar ner på vintern, men de rör sig fortfarande, ", sa Willis. "Det måste vara denna rörelse som gör att sprickor utvecklas på vissa ställen vilket gör att vissa sjöar kan rinna av. Vi vet ännu inte hur utbrett detta vinteravvattningsfenomen är, men det kan få viktiga konsekvenser för Grönlands inlandsis, såväl som på andra håll i Arktis och Antarktis."