Antecedentes
La detección precisa y el mapeo detallado del hielo enterrado dentro de los glaciares cubiertos de escombros son fundamentales para predecir los recursos de agua dulce, gestionar los sistemas hidrológicos y comprender la respuesta de los glaciares al cambio climático. Los estudios tradicionales con radar de penetración terrestre (GPR) suelen verse obstaculizados por pendientes pronunciadas, superficies inestables y una densa capa de escombros, lo que hace que las operaciones manuales sean arriesgadas y limiten la recopilación de datos.
El sitio de Shár Shaw Tagà, ubicado dentro del Parque y Reserva Nacional Kluane en el suroeste del Yukón, Canadá, representa un entorno glaciar complejo que transita desde hielo glaciar limpio hasta glaciares cubiertos de escombros y glaciares rocosos. Se caracteriza por paisajes escarpados y un espesor variable de escombros. Los métodos de estudio convencionales resultaban insuficientes y requerían un enfoque innovador, más seguro y eficiente.
Desafíos
Realizar estudios efectivos en entornos glaciares presenta varios desafíos inherentes. En Shár Shaw Tagà, el equipo de la École de technologie supérieure (ETS), una universidad pública de investigación en Montreal, se enfrentó a los siguientes retos:
- Condiciones peligrosas del terreno. Las pendientes pronunciadas, las rocas inestables, los taludes y las gruesas capas de escombros dificultaban el acceso y hacían que los estudios terrestres fueran inseguros.
- Barreras económicas y logísticas. Los estudios aéreos mediante helicópteros o aviones de ala fija, aunque efectivos, son prohibitivamente costosos y, por lo general, solo son viables para evaluaciones de glaciares a gran escala, lo que limita la resolución y el análisis detallado de características a menor escala.
- Limitaciones técnicas de los métodos existentes. Los métodos de radar aéreo tradicionales tienen dificultades para lograr una resolución precisa debido a la separación de altitud, la reducción de la calidad de la señal y la dificultad para identificar con precisión la interfaz entre el hielo y los escombros.
- Cobertura de escombros compleja. El espesor variable y la cobertura heterogénea de escombros añadieron complejidad a la detección precisa de las capas de hielo y a la medición de sus profundidades.
Solución
Los investigadores emplearon una solución de GPR basada en drones utilizando un dron DJI M600 Pro equipado con antenas de radar Zond Aero LF de Radar Systems que operan a múltiples frecuencias (50, 100 y 200 MHz). La navegación precisa del dron y la georreferenciación se lograron mediante un sistema de posicionamiento RTK Emlid Reach, integrado a través del hardware SkyHub 3 de SPH Engineering y el software de planificación de vuelo UgCS.
Los estudios se llevaron a cabo a una altitud controlada de aproximadamente 5 metros sobre el nivel del suelo, regulada por un altímetro láser para minimizar el riesgo de colisión con rocas superficiales y, al mismo tiempo, mantener una penetración de señal suficiente. Se realizaron estudios terrestres complementarios y mediciones de Punto Medio Común (CMP) de forma sistemática para calibrar y validar los datos del radar del dron, proporcionando datos sólidos de profundidad y velocidad para mediciones precisas del espesor del hielo.
Resultados
Los resultados de los estudios combinados de GPR mediante drones y en tierra confirmaron la viabilidad de cartografiar el hielo enterrado en terrenos glaciares escarpados y cubiertos de escombros. Aunque se observaron algunas limitaciones de resolución, la configuración del dron capturó eficazmente las estructuras del subsuelo, validadas por estudios manuales calibrados mediante CMP.
Identificación exitosa de hielo enterrado. El radar basado en drones cartografió eficazmente tres cuerpos de hielo distintos a lo largo de un transecto de 430 metros, delimitando claramente características de hielo enterrado a las que antes era difícil acceder.
Validación de alta precisión. La comparación con los estudios manuales de CMP demostró una estrecha alineación con las mediciones realizadas por drones, mostrando diferencias absolutas medias de 1,8 metros en el espesor del hielo y 1,1 metros en la profundidad total, lo que demuestra la fiabilidad y precisión de las técnicas basadas en drones.
Mayor eficiencia y seguridad. Tecnología de GPR basada en drones permitió una cobertura eficiente y segura de terrenos anteriormente inaccesibles, reduciendo la necesidad de realizar estudios manuales peligrosos.
Perspectivas geológicas integrales. Los radargramas revelaron estructuras de hielo subterráneas y respaldaron las observaciones de campo, aunque las estimaciones del espesor de los escombros permanecieron parcialmente limitadas.
Resolución de datos mejorada. El GPR basado en drones permitió un mapeo más amplio del hielo enterrado en terrenos peligrosos donde los estudios manuales no eran factibles. La resolución estuvo limitada por la elevación de la antena, el ruido de la señal y la dificultad para detectar las interfaces entre escombros y hielo, especialmente con la antena de 200 MHz sobre superficies irregulares.
Conclusión
El uso de GPR basado en drones en Shár Shaw Tagà demostró ser un método seguro y práctico para mapear hielo enterrado en terrenos anteriormente inaccesibles. Si bien surgieron algunas discrepancias debido a las limitaciones del radar aerotransportado, el enfoque mejoró significativamente la accesibilidad y la seguridad de los estudios. Con una mejora continua en las operaciones de vuelo y el procesamiento de datos, el GPR basado en drones tiene un gran potencial para futuras investigaciones de sistemas glaciares cubiertos de escombros.
El hielo cubierto de escombros es uno de los objetivos dentro del conjunto más amplio de aplicaciones de investigación criosférica para GPR en drones.