Modera el cambio climático global mediante la absorción de calor y carbono
El Océano Austral o Antártico es “la sala de máquinas” del clima y el sistema meteorológico del mundo. A lo largo de sus grandes extensiones de agua ininterrumpida, los vientos cobran velocidad y las olas acumulan energía.
Los fuertes vientos y las grandes olas alimentan el intercambio de calor y gas (incluido el dióxido de carbono) entre el aire y el mar. Como resultado, el Océano Austral tiene la capacidad de almacenar y liberar más calor que cualquier otro lugar de la Tierra.
Estos procesos cambian a lo largo del año, a medida que fluctúan la velocidad del viento y la temperatura del agua. También están influenciados por el ciclo estacional del hielo, en el que el hielo marino se derrite en la primavera y el verano australes (hemisferio sur) y vuelve a crecer en otoño e invierno.
El mejor lugar para estudiar estas interacciones en el Océano Austral es la zona marginal de hielo, donde el océano abierto se encuentra con áreas de hielo marino que flota libremente. Sin embargo, las observaciones directas en esta zona son escasas y poco fiables, y la teledetección basada en satélites no proporciona datos consistentes con mucho detalle y en cortos intervalos de tiempo.
La falta crónica de observaciones del Océano Austral limita nuestra capacidad para detectar cambios críticos en esta región y evaluar sus causas y efectos. También obstaculiza el desarrollo de modelos del sistema terrestre, que se basan en observaciones precisas para predecir el clima futuro.
Para resolver esta falta de datos, un equipo de ingenieros oceánicos de la Universidad de Melbourne está trabajando con investigadores australianos e internacionales para desarrollar un sistema autónomo de seguimiento multicámara para medir diferentes propiedades de la superficie del océano, incluidas las olas y el hielo marino, desde un barco en movimiento.
El sistema de seguimiento utiliza equipos disponibles en el mercado instalados en barcos rompehielos que viajan habitualmente a la Antártida para realizar investigaciones y reabastecer las estaciones de investigación. A medida que estos barcos cruzan la zona marginal de hielo, brindan a los investigadores la oportunidad de observar periódicamente este entorno inhóspito de forma segura y desde lejos.
El equipo incluye un sistema de cámara estéreo que toma dos fotografías de la misma área desde puntos de vista ligeramente diferentes, que luego se resuelven para crear una imagen en 3D, como la visión binocular humana.
También incluye una cámara infrarroja que recoge información sobre las propiedades térmicas de la superficie del océano y el hielo marino. Una unidad de medición inercial detecta el movimiento del barco, por lo que puede eliminarse de los datos resultantes.
Imagen: Una cámara infrarroja registra información sobre las propiedades térmicas de la superficie del océano y del hielo marino. Crédito: Alessandro Toffoli, Universidad de Melbourne
Los científicos utilizan luego un algoritmo automático para analizar las imágenes, que calcula la dirección, longitud y altura de las olas, y el tamaño y distribución de las capas de hielo marino. De esta manera, pueden tomar medidas a resoluciones que no son posibles utilizando otras tecnologías de detección remota.
Y debido a que el equipo está instalado cerca de la superficie del océano, no está sujeto a la capa de nubes que puede oscurecer las imágenes de satélite.
Se desplegó un prototipo del sistema de seguimiento en el rompehielos sudafricano SA Agulhas II en varios viajes de invierno y primavera en 2017 y 2019. En un viaje, el barco atravesó un ciclón polar, proporcionando una vista de cerca de las interacciones ola-hielo a máxima intensidad.
Esto reveló que el estado del mar en las profundidades de la zona marginal de hielo durante un ciclón es más complejo de lo que se pensaba anteriormente. Esto ocurre en un área donde el agua está completamente cubierta por pequeños témpanos de hielo tipo panqueque y una mezcla suelta y fangosa de cristales de hielo llamada hielo frazil.
Aquí encontraron un intenso movimiento ondulatorio, con olas de hasta nueve metros de altura. Esto fue inesperado ya que el conocimiento actual sugiere que la cantidad de capa de hielo debería suprimir ese movimiento ondulatorio casi instantáneamente.
Esto indica que las olas tienen un importante papel en la configuración de las propiedades y la extensión de la capa de hielo marino.
Las imágenes térmicas en invierno y primavera proporcionaron una nueva perspectiva del estado del hielo marino. Incluso a cientos de kilómetros de la zona marginal de hielo, la superficie del océano es una mezcla de agua abierta y varios tipos de hielo marino, que se forman a través de un ciclo continuo de congelación y derretimiento.
La concentración y el tipo de hielo afectan la temperatura en la superficie del océano, lo que a su vez afecta el intercambio de calor entre el océano y la atmósfera.
Vídeo: Un equipo de ingenieros oceánicos de la Universidad de Melbourne está trabajando con investigadores australianos e internacionales para desarrollar un sistema de monitoreo autónomo con múltiples cámaras para medir diferentes propiedades de la superficie del océano. Vídeo: Universidad de Melbourne
El equipo está diseñando ahora un sistema de monitoreo aún más completo en colaboración con la División Antártica Australiana, CSIRO y socios nacionales e internacionales como parte de un proyecto de Infraestructura, Equipos e Instalaciones de Enlace del Consejo Australiano de Investigación (LIEF).
Además de cámaras estéreo e infrarrojas, el nuevo sistema tiene una cámara de proa para tomar fotografías del hielo a medida que se rompe con el avance del barco, lo que permite calcular el espesor del hielo.
También agregarán cámaras que graben en el rango del infrarrojo cercano, para que se pueda estudiar lo que hay en la superficie del hielo, como nieve, agua e incluso materia orgánica como algas.
Cualquier cosa que cubra el hielo puede afectar la cantidad de radiación solar que se absorbe o refleja, por lo que estas sustancias tienen un importante papel en el intercambio de calor entre el océano y la atmósfera, lo que contribuye al tiempo y al clima de la Tierra.
El sistema de seguimiento también se integrará con la estación meteorológica del barco, proporcionando datos sobre el viento, la humedad y otros parámetros atmosféricos básicos.
Imagen: El sistema de seguimiento utiliza equipos disponibles en el mercado instalados en barcos rompehielos. Crédito: Alessandro Toffoli, Universidad de Melbourne
El nuevo sistema se instalará en diciembre en el nuevo rompehielos australiano RSV Nuyina para monitorear el Océano Austral y la zona marginal de hielo durante sus expediciones de reabastecimiento.
Ocasionalmente, parte del equipo se trasladará al RV Investigator, el buque de investigación de CSIRO, para monitorear secciones de los océanos Pacífico e Índico en las latitudes más bajas.
Posteriromente los científicos construirán una base de datos integral de las propiedades de las olas y el hielo marino en el Océano Austral, que se integrará con otros datos atmosféricos.
Este recurso tan necesario será crucial no sólo para validar los datos de la teledetección satelital sino también para mejorar las capacidades de los modelos climáticos para que podamos comprender mejor los futuros escenarios de cambio climático.
