El hielo marino actúa como la tapa de una olla con agua hirviendo
Las nubes son uno de los mayores comodines en las predicciones de cuánto y qué tan rápido seguirá calentándose el Ártico en el futuro. Dependiendo de la época del año y del entorno cambiante en el que se forman y existen, las nubes pueden actuar para calentar y enfriar la superficie debajo de ellas.
Durante décadas, los científicos han asumido que las pérdidas en la capa de hielo marino del Ártico permiten la formación de más nubes cerca de la superficie del océano. Ahora, una nueva investigación de la NASA muestra que al liberar calor y humedad a través de un gran agujero en el hielo marino conocido como polinia, el océano expuesto alimenta la formación de más nubes que atrapan el calor en la atmósfera y dificultan la recongelación del nuevo hielo marino.
Los hallazgos provienen de un estudio sobre una sección del norte de la bahía de Baffin entre Groenlandia y Canadá conocida como North Water Polynya. La investigación se encuentra entre las primeras en sondear las interacciones entre la polinia y las nubes con sensores activos en los satélites, lo que permitió a los científicos analizar las nubes verticalmente en niveles más bajos y más altos en la atmósfera.
El enfoque permitió a los científicos detectar con mayor precisión cómo cambió la formación de nubes cerca de la superficie del océano sobre la polinia y el hielo marino circundante, explicó Emily Monroe, científica atmosférica del Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, quien dirigió el estudio.
"En lugar de confiar en la salida del modelo y el reanálisis meteorológico para probar nuestra hipótesis, podemos extraer datos de escaneo satelital casi instantáneo del área cercana a la polinia", dijo Monroe. "Dado que cada escaneo se recopila en una escala de tiempo del orden de unos 10 segundos, es más probable que la polinia y el hielo cercano estén experimentando las mismas condiciones climáticas a gran escala, por lo que podemos separar con mayor precisión qué efecto está teniendo el cambio de la superficie del hielo a la superficie del agua en las nubes suprayacentes".
Vídeo: Una visualización simplificada que muestra las respuestas de las nubes antes, durante y después de la apertura de un gran agujero rodeado de hielo marino conocido como polinia.
El hielo marino actúa como la tapa de una olla con agua hirviendo, explicó Linette Boisvert, científica del hielo marino en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, que formó parte del estudio. Cuando se quita la tapa, el calor y el vapor se escapan al aire.
"Estamos obteniendo más calor y humedad del océano que ingresa a la atmósfera porque el hielo marino actúa como una capa o una barrera entre la superficie relativamente cálida del océano y la atmósfera fría y seca de arriba", dijo Boisvert. "Este calentamiento y humectación de la atmósfera ralentiza el crecimiento vertical del hielo marino, lo que significa que no será tan grueso, por lo que es más vulnerable a derretirse en los meses de verano".
Al igual que otras polinias en el Ártico y la Antártida, las polinias de agua del norte se formas cuando patrones de viento específicos soplan en una dirección persistente y abren agujeros en el hielo. Estos patrones de viento solo existen en los meses de invierno, y los agujeros se abren y cierran repetidamente, exponiendo y aislando alternativamente el océano.
Imagen: Ejemplo de imagen que muestra la trayectoria terrestre del satélite CALIPSO-CloudSat-CERES-MODIS (C3M) a través de la región (puntos) superpuesta en los datos de concentración de hielo marino (SIC) de NSIDC (contornos).
Los nuevos conocimientos surgen en un momento en el que el hielo marino del Ártico parece haber alcanzado su extensión mínima anual después de disminuir durante los meses más cálidos de 2021. Subrayan cómo el hielo marino influye en una región que juega un papel integral en la regulación del ritmo del calentamiento global, la subida del nivel del mar y otros efectos del cambio climático causado por el hombre.
El hielo marino no eleva directamente el nivel global del mar. Al igual que los cubitos de hielo en una bebida, el derretimiento del hielo marino no aumenta directamente el volumen de agua en el océano. Aún así, una extensión del hielo marino del Ártico que se reduce puede exponer el agua de mar relativamente cálida a las capas de hielo costeras y los glaciares de la región, provocando un mayor derretimiento que aporta agua dulce al océano y provoca una subida del nivel del mar.
La nueva investigación muestra que las nubes bajas sobre la polinia emiten más energía o calor que las nubes en áreas adyacentes cubiertas por hielo marino. Esas nubes bajas también contenían más agua líquida, casi cuatro veces más alta que las nubes sobre el hielo marino cercano. El aumento de la cobertura de nubes y el calor debajo de las nubes persistieron durante aproximadamente una semana después de que cada ocasión la polinia se volviera a congelar durante el período de tiempo del estudio.
Imagen derecha: El borde occidental de North Water Polynya visto durante un vuelo de Operación IceBridge el 3 de abril de 2019. La polinia, un gran parche de océano expuesto dentro de un área de sustancial capa de hielo marino, se abre de cuatro a cinco veces durante los meses más fríos. La extensión de North Water Polynya varía de un año a otro, pero puede ser lo suficientemente grande como para cubrir el área de estados enteros de EE. UU. como Virginia. Crédito: NASA/Jeremy Harbeck
"Solo porque las reformas del hielo marino y la polinia se cierren, eso no significa que las condiciones vuelvan a la normalidad de inmediato", dijo Boisvert. "A pesar de que las fuentes de humedad esencialmente han desaparecido, este efecto de nubes adicionales y un mayor efecto radiativo de nubes a la superficie permanece durante un tiempo después [de que la polinia se congele]".
Los hallazgos también sugieren que la respuesta de las nubes a la polinia alargó el tiempo que el agujero permaneció abierto, dijo Patrick Taylor, científico climático de la NASA Langley, que también formó parte del estudio.
"Pueden crear una manta más gruesa y aumentar la cantidad de calor emitido hacia la superficie", dijo Taylor. "El calor emitido ayuda a mantener la superficie de North Water Polynya un poco más cálida y ayuda a prolongar el evento en sí".
Los procesos meteorológicos a gran escala a menudo dificultan los estudios sobre el calentamiento del Ártico. Sin embargo, las repetidas aberturas en el hielo marino en la misma región crean un laboratorio natural para estudiar la retroalimentación entre las nubes y la alternancia entre el hielo marino y las polinias.
"Podemos comparar tanto el hielo marino como las áreas de aguas abiertas, y las nubes sobre esos dos tipos de superficie lo suficientemente cerca como para no tener que preocuparnos por grandes cambios en las condiciones atmosféricas que han confundido los estudios anteriores", dijo Taylor. "Si no hay una respuesta de la nube a un evento de polinia donde el hielo marino desaparece en el transcurso de unos pocos días, no esperaría una respuesta en ningún otro lugar. La apertura de una polinia es un forzamiento muy fuerte y distinto".
El equipo planea llevar su investigación al siguiente nivel y probar si se puede observar un efecto de nube similar en otras áreas donde se encuentran el hielo marino y el océano abierto.
El estudio ha sido publicado en Journal of Geophysical Research: Atmospheres: Arctic Cloud Response to a Perturbation in Sea Ice Concentration: The North Water Polynya
