Gêmeos digitais: medições rápidas de tomografia computadorizada por raio-X do firn polar

Neste estudo, relatamos os primeiros registros contínuos de reconstruções da estrutura tridimensional do firn usando peças de arquivo de núcleos de firn que cobrem toda a faixa de profundidade do firn, desde a superfície até a transição para gelo com bolhas. As medições de TC foram realizadas em segmentos de núcleo de 1 m com o tomógrafo computadorizado AWI projetado especialmente para aplicações em gelo. O registro em modo helicoidal sob um protocolo de medição otimizado para tempo nos permitiu reduzir o tempo de escaneamento para 25 minutos por metro de firn. Os volumes reconstruídos têm uma resolução espacial de 120 m, resultando em cerca de 1 milhão de imagens de seções transversais por núcleo de firn. O fluxo de trabalho analítico inclui três etapas de pré-processamento, com remoção de ruído, segmentação de imagem e uma verificação manual de anomalias em posições de quebra e um cálculo em camadas (5,5 mm de espessura) de vários parâmetros geométricos, como densidade, tamanhos de aglomerados de gelo e poros, comprimentos de interseção, funções de autocorrelação, anisotropia estrutural, número de Euler (conectividade), número de coordenação, densidade do número de bolhas, porosidade fechada e aberta. O método foi aplicado a peças de arquivo de EGRIP-S6 (local de bombeamento de ar de firn, 2018, Groenlândia Nordeste, 75.6N, 35.9W), B40 (estação Kohnen, 2013, Terra de Rainha Maud, Antártida Oriental, 75.0S, 0.1E) e B51 (CoFi-Traverse 2013, Terra de Rainha Maud, Antártida Oriental, 75.1S, 15.4E). As temperaturas e taxas de acumulação nos diferentes locais dos núcleos variam entre -30C e -50C e 130 mm w.eq./a e 40 mm w.eq./a, respectivamente. Os locais selecionados cobrem uma ampla gama de condições ambientais recentes das regiões polares. Nesta contribuição, apresentamos várias relações fundamentais entre os parâmetros geométricos derivados. A evolução da estrutura do firn com a profundidade será discutida em relação aos processos dominantes que atuam em diferentes estágios de sinterização/densificação. O valor potencial para modelagem de densificação, transporte de gás e modelagem de fechamento será destacado.