Los depósitos previamente no mapeados podrían acelerar los glaciares y liberar carbono
Muchos científicos dicen que el agua líquida es clave para comprender el comportamiento de la forma congelada que se encuentra en los glaciares. Se sabe que el agua derretida lubrica sus bases de grava y acelera su marcha hacia el mar. En los últimos años, investigadores en la Antártida han descubierto cientos de lagos y ríos líquidos interconectados acunados dentro del propio hielo.
Y han captado gruesas cuencas de sedimentos bajo el hielo, que potencialmente contienen los depósitos de agua más grandes de todos. Pero, hasta ahora, nadie había confirmado la presencia de grandes cantidades de agua líquida en los sedimentos debajo del hielo, ni había estudiado cómo podría interactuar con el hielo.
Ahora, un equipo ha mapeado por primera vez un enorme sistema de agua subterránea que circula activamente en sedimentos profundos en la Antártida occidental. Dicen que tales sistemas, probablemente comunes en la Antártida, pueden tener implicaciones aún desconocidas sobre cómo reacciona el continente helado al cambio climático, o posiblemente incluso cómo contribuye al mismo.
"La gente ha planteado la hipótesis de que en estos sedimentos podría haber aguas subterráneas profundas, pero hasta ahora, nadie ha realizado ninguna imagen detallada", dijo la autora principal del estudio, Chloe Gustafson, quien hizo la investigación como estudiante de posgrado en el Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia.
Imagen: Lugares de estudio en Whillans Ice Stream. Las estaciones de imágenes electromagnéticas se instalaron en dos áreas generales (marcas amarillas). El equipo viajó a áreas más amplias para realizar otras tareas, que se muestran con puntos rojos. Haz clic en la imagen para ver una versión más grande. (Cortesía de Chloe Gustafson)
"La cantidad de agua subterránea que encontramos fue tan significativa que probablemente influya en los procesos de la corriente de hielo. Ahora tenemos que averiguar más y descubrir cómo incorporar eso en los modelos".
Durante décadas, los científicos han volado radares y otros instrumentos sobre la capa de hielo de la Antártida para obtener imágenes de las características del subsuelo. Entre muchas otras cosas, estas misiones han revelado cuencas sedimentarias intercaladas entre hielo y roca madre. Pero la geofísica aerotransportada generalmente puede revelar solo los contornos aproximados de tales características, no el contenido de agua u otras características.
En una excepción, un estudio de 2019 de los valles secos de McMurdo en la Antártida utilizó instrumentos transportados por helicóptero para documentar unos cientos de metros de agua subterránea subglacial debajo de unos 350 metros de hielo. Pero la mayoría de las cuencas sedimentarias conocidas de la Antártida son mucho más profundas y la mayor parte de su hielo es mucho más grueso, más allá del alcance de los instrumentos aéreos. En algunos lugares, los investigadores han perforado el hielo hasta los sedimentos, pero solo han penetrado los primeros metros. Por lo tanto, los modelos de comportamiento de la capa de hielo incluyen solo sistemas hidrológicos dentro o justo debajo del hielo.
Imagen: La autora principal, Chloe Gustafson, y la alpinista Meghan Seifert instalan instrumentos geofísicos para medir el agua subterránea debajo de la Corriente de Hielo Whillans de la Antártida Occidental. (Cayo Kerry/Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty)
Esta es una gran deficiencia. La mayoría de las cuencas sedimentarias expansivas de la Antártida se encuentran por debajo del nivel actual del mar, encajadas entre el hielo terrestre unido al lecho rocoso y las plataformas flotantes de hielo marino que bordean el continente. Se cree que se formaron en los fondos marinos durante los períodos cálidos cuando los niveles del mar eran más altos. Si las plataformas de hielo retrocedieran en un clima más cálido, las aguas del océano podrían volver a invadir los sedimentos, y los glaciares detrás de ellas podrían avanzar y elevar el nivel del mar en todo el mundo.
Los investigadores en el nuevo estudio se concentraron en la corriente de hielo Whillans de 60 millas de ancho, una de la media docena de corrientes de rápido movimiento que alimentan la plataforma de hielo Ross, la más grande del mundo, aproximadamente del tamaño del territorio canadiense de Yukón. Investigaciones anteriores han revelado un lago subglacial dentro del hielo y una cuenca sedimentaria que se extiende debajo de él. La perforación poco profunda en el primer pie de sedimentos ha traído agua líquida y una próspera comunidad de microbios. Pero lo que hay más abajo ha sido un misterio.
A fines de 2018, un avión de esquí LC-130 de la Fuerza Aérea de los EE. UU. dejó caer a Gustafson, junto con el geofísico de Lamont-Doherty Kerry Key, el geofísico de la Escuela de Minas de Colorado Matthew Siegfried y la alpinista Meghan Seifert en Whillans. Su misión: mapear mejor los sedimentos y sus propiedades utilizando instrumentos geofísicos colocados directamente en la superficie. Lejos de cualquier ayuda si algo salía mal, les llevaría seis agotadoras semanas de viaje, cavando en la nieve, colocando instrumentos y un sinnúmero de otras tareas.
Imagen: El coautor Matthew Siegfried de la Escuela de Minas de Colorado saca un cable de electrodo enterrado. (Cayo Kerry/Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty)
El equipo utilizó una técnica llamada imagen magnetotelúrica, que mide la penetración en la tierra de la energía electromagnética natural generada en la atmósfera del planeta. El hielo, los sedimentos, el agua dulce, el agua salada y el lecho rocoso conducen energía electromagnética en diferentes grados; al medir las diferencias, los investigadores pueden crear mapas de los diferentes elementos similares a los de una resonancia magnética.
El equipo plantó sus instrumentos en pozos de nieve durante un día más o menos, luego los desenterró y los reubicó, y finalmente tomó lecturas en unas cuatro docenas de ubicaciones. También volvieron a analizar las ondas sísmicas naturales que emanan de la tierra que habían sido recolectadas por otro equipo, para ayudar a distinguir el lecho rocoso, los sedimentos y el hielo.
Su análisis mostró que, según la ubicación, los sedimentos se extienden por debajo de la base del hielo desde medio kilómetro hasta casi dos kilómetros antes de tocar el lecho rocoso. Y confirmaron que los sedimentos están cargados de agua líquida hasta el fondo. Los investigadores estiman que si se extrajera toda, formaría una columna de agua de 220 a 820 metros de altura, al menos 10 veces más que en los sistemas hidrológicos poco profundos dentro y en la base del hielo, tal vez mucho más que eso.
El agua salada conduce la energía mejor que el agua dulce, por lo que también pudieron demostrar que el agua subterránea se vuelve más salina con la profundidad. Key dijo que esto tiene sentido, porque se cree que los sedimentos se formaron en un ambiente marino hace mucho tiempo. Las aguas del océano probablemente llegaron por última vez a lo que ahora es el área cubierta por Whillans durante un período cálido hace unos 5.000 a 7.000 años, saturando los sedimentos con agua salada. Cuando el hielo volvió a avanzar, el agua dulce derretida producida por la presión desde arriba y la fricción en la base del hielo fue evidentemente forzada hacia los sedimentos superiores. Probablemente continúa filtrándose y mezclándose hoy, dijo Key.
Los investigadores dicen que este lento drenaje de agua dulce en los sedimentos podría evitar que se acumule agua en la base del hielo. Esto podría actuar como un freno en el movimiento de avance del hielo. Las mediciones realizadas por otros científicos en la línea de conexión a tierra de la corriente de hielo, el punto donde la corriente de hielo terrestre se encuentra con la plataforma de hielo flotante, muestran que el agua allí es algo menos salada que el agua de mar normal. Esto sugiere que el agua dulce está fluyendo a través de los sedimentos hacia el océano, dejando espacio para que entre más agua derretida y manteniendo estable el sistema.
Sin embargo, dicen los investigadores, si la superficie del hielo se adelgazara, una posibilidad clara a medida que el clima se calienta, la dirección del flujo de agua podría invertirse. Las presiones suprayacentes disminuirían y el agua subterránea más profunda podría comenzar a brotar hacia la base del hielo. Esto podría lubricar aún más la base del hielo y aumentar su movimiento hacia adelante. (Whillans ya mueve el hielo hacia el mar alrededor de un metro por día, muy rápido para el hielo glacial).
Además, si el agua subterránea profunda fluye hacia arriba, podría transportar el calor geotérmico generado naturalmente en el lecho rocoso; esto podría descongelar aún más la base del hielo e impulsarlo hacia adelante. Pero si eso sucederá, y en qué medida, no está claro.
"En última instancia, no tenemos grandes restricciones sobre la permeabilidad de los sedimentos o la rapidez con la que fluirá el agua", dijo Gustafson. "¿Haría una gran diferencia que generaría una reacción desbocada? ¿O es el agua subterránea un jugador menor en el gran esquema del flujo de hielo?"
La presencia conocida de microbios en los sedimentos poco profundos agrega otra arruga, dicen los investigadores. Es probable que esta cuenca y otras estén habitadas más abajo; y si el agua subterránea comienza a moverse hacia arriba, sacaría el carbono disuelto utilizado por estos organismos. El flujo de agua subterránea lateral enviaría algo de este carbono al océano. Esto posiblemente convertiría a la Antártida en una fuente de carbono hasta ahora no considerada en un mundo que ya nada en ella. Pero nuevamente, la pregunta es si esto produciría algún efecto significativo, dijo Gustafon.
El nuevo estudio es solo un comienzo para abordar estas preguntas, dicen los investigadores. "La confirmación de la existencia de dinámicas de aguas subterráneas profundas ha transformado nuestra comprensión del comportamiento de las corrientes de hielo y forzará la modificación de los modelos de aguas subglaciales", escriben.
La investigación aparece en la revista Science: A dynamic saline groundwater system mapped beneath an Antarctic ice stream
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