湖の面積の変化については、人工衛星が撮影した画像から解析。また水位の変化は、人工衛星からレーザーを使って測定される地表高度データおよびステレオペア衛星画像から作成された数値標高モデルが用いられた。そして、高分解能の衛星画像と数値標高モデルによって、湖の流出口付近の地形を詳しく調べ、決壊洪水の原因についての考察が行われた。

解析の結果、2020年4～7月にグレーベ湖の面積が14.5km2減少し、水位が18.3m低下したことが判明。これらの結果から見積もられる総排水量は、札幌ドーム約2300杯分にもなる3.7km3に達したとする。これは、これまでに世界中で報告されている氷河湖決壊洪水の中で、人工衛星観測が始まって以来の最大規模であるという。

また、決壊イベント前後の人工衛星画像から、湖の流出口にあたる河川で地形の崩壊が確認され、その流路の移動も解明されたほか、数値標高モデルの解析から、河川の周辺が流水で削られて、30m以上標高が下がった地域もあったという。崩壊と浸食が起きたのは過去に氷河の末端があった場所で、堆積物が溜まった不安定な地質・地形と考えられるとしており、この堆積物が崩れたために、河川の流路が変わって急激に浸食が進み、河川と湖の水面が下がったと結論づけられたという。

  • グレーベ湖

    決壊洪水が起きた南米チリ・パタゴニアのグレーベ湖。黄色は決壊によって減少した湖の面積。赤と水色は氷河変動による湖面積の変化 (出所:北大プレスリリースPDF)

さらに、NASAとドイツ航空宇宙センターが共同運用していた衛星「GRACE」によって測定された重力分布データを用いて、氷河湖決壊に伴う湖周辺の質量変化も調査。重力場の変化には巨大な質量移動が必要となるため、これまでに氷河湖決壊の影響がGRACE衛星によって捉えられた例はなかったとするが、解析の結果、決壊が起きた2020年において、湖の周辺で大きな質量減少が判明したとする。パタゴニアでは氷河縮小の影響を受けて地表面質量が減少傾向にあるが、2020年の変化は2002～2019年の傾向から外れているという。

加えて、決壊イベントを挟む2020年3～8月の質量変動分布からは、湖の近くで質量が大きく減少している様子が確認されたとのことで、これはグレーベ湖から大量の水が流出したことで、その周辺で生ずる重力が減少してGRACE衛星のデータに影響を与えたことが考えられるとしている。GRACE衛星から見積もられた質量変化は、実際に流出した湖水の量と比較して9～15倍大きなものであり、重力変化に基づいた局所的な質量変化の推定は誤差が大きいことが示されたとする。

なお、今回の成果は、ごく稀に発生する大規模な氷河湖決壊洪水を詳細にわたって明らかにしたものであり、氷河湖決壊による災害や、湖に流入する氷河の変動を理解する上で重要だと研究チームでは説明しているほか、GRACE衛星による地球観測に新しい可能性の提示や、観測された氷河湖の水位変化による湖へと流入する氷河の変動などが予測されることから、今後の決壊洪水に影響を受けた氷河変動の解析へと研究の展開が期待されるとしている。