Aproximadamente el 10 por ciento de la masa terrestre de la Tierra está cubierta de glaciares, la mayoría de los cuales se deslizan lentamente por la tierra durante años, tallando fiordos y arrastrando ríos a su paso. Pero alrededor del 1 por ciento de los glaciares pueden surgir repentinamente, derramando sobre la tierra a 10 a 100 veces su velocidad normal.

Cuando esto pasa, una marejada glacial puede desencadenar avalanchas, inundan ríos y lagos, y abrumar los asentamientos río abajo. Qué desencadena las oleadas en sí mismas ha sido una pregunta de larga data en el campo de la glaciología.

Ahora, los científicos del MIT y del Dartmouth College han desarrollado un modelo que determina las condiciones que provocarían la aparición de un glaciar. A través de su modelo, Los investigadores encuentran que la oleada glacial es impulsada por las condiciones del sedimento subyacente, y específicamente por los diminutos granos de sedimento que se encuentran debajo de un glaciar imponente.

"Hay una gran separación de escalas:los glaciares son cosas masivas, y resulta que su fluir, esta increíble cantidad de impulso, es impulsado de alguna manera por granos de sedimento a escala milimétrica, "dice Brent Minchew, el profesor asistente Cecil e Ida Green en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. "Es algo difícil de entender. Y es emocionante abrir toda esta nueva línea de investigación que nadie había considerado antes".

El nuevo modelo de oleaje glacial también puede ayudar a los científicos a comprender mejor el comportamiento de masas más grandes de hielo en movimiento.

"Pensamos en las oleadas glaciares como laboratorios naturales, "Dice Minchew." Debido a que son tan extremos, evento transitorio, las oleadas glaciales nos dan esta ventana sobre cómo funcionan otros sistemas, como las corrientes rápidas de la Antártida, cuáles son las cosas que importan para el aumento del nivel del mar ".

Minchew y su coautor Colin Meyer de Dartmouth han publicado sus resultados este mes en la revista. Actas de la Royal Society A .

Un glaciar se suelta

Mientras todavía era un Ph.D. estudiante, Minchew estaba leyendo "La física de los glaciares, "el libro de texto estándar en el campo de la glaciología, cuando se encontró con un pasaje bastante sombrío con la perspectiva de modelar un oleaje glacial. El pasaje esbozó los requisitos básicos de tal modelo y cerró con una perspectiva pesimista, señalando que "no se ha establecido tal modelo, y no hay ninguno a la vista ".

En lugar de desanimarse, Minchew tomó esta declaración como un desafío, y como parte de su tesis comenzó a trazar el marco de un modelo para describir los eventos desencadenantes de una oleada glacial.

Como rápidamente se dio cuenta, el puñado de modelos que existían en ese momento se basaba en la suposición de que la mayoría de los glaciares de tipo marejada yacían sobre el lecho de roca:superficies rugosas e impermeables que los modelos asumieron que permanecían sin cambios a medida que los glaciares fluían a través de ellos. Pero los científicos han observado desde entonces que las oleadas glaciales a menudo no ocurren sobre rocas sólidas, sino a través de sedimentos cambiantes.

El modelo de Minchew simula el movimiento de un glaciar sobre una capa permeable de sedimento, compuesto por granos individuales, el tamaño del cual puede ajustar en el modelo para estudiar tanto las interacciones de los granos dentro del sedimento, y ultimamente, el movimiento del glaciar en respuesta.

El nuevo modelo muestra que a medida que un glaciar se mueve a un ritmo normal a través de un lecho de sedimentos, los granos en la parte superior de la capa de sedimentos, en contacto directo con el glaciar, son arrastrados junto con el glaciar a la misma velocidad, mientras que los granos hacia el medio se mueven más lentamente, y los de abajo se quedan quietos.

Este desplazamiento en capas de granos crea un efecto de cizallamiento dentro de la capa de sedimento. A microescala, el modelo muestra que este cizallamiento ocurre en forma de granos de sedimentos individuales que se enrollan uno sobre el otro. A medida que los granos se enrollan, sobre, y lejos con el glaciar, abren espacios dentro de la capa de sedimentos saturados de agua que se expanden, proporcionando bolsillos para que el agua se filtre. Esto crea una disminución en la presión del agua, que actúa para fortalecer el material sedimentario en su conjunto, creando una especie de resistencia contra los granos del sedimento y dificultando que rueden junto con el glaciar en movimiento.

Sin embargo, como un glaciar acumula nevadas, se espesa y su superficie se empina, lo que aumenta las fuerzas de corte que actúan sobre el sedimento. A medida que el sedimento se debilita, el glaciar comienza a fluir cada vez más rápido.

"Cuanto más rápido fluye, cuanto más se adelgaza el glaciar, y a medida que empiezas a adelgazar, estás disminuyendo la carga al sedimento, porque estás disminuyendo el peso del hielo. Entonces estás acercando el peso del hielo a la presión del agua del sedimento. Y eso acaba debilitando el sedimento, "Minchew explica." Una vez que eso sucede, todo empieza a desatarse, y obtienes un aumento ".

Esquila antártica

Como prueba de su modelo, los investigadores compararon las predicciones de su modelo con las observaciones de dos glaciares que recientemente experimentaron oleadas, y encontró que el modelo era capaz de reproducir los caudales de ambos glaciares con una precisión razonable.

Para predecir qué glaciares aumentarán y cuándo, los investigadores dicen que los científicos tendrán que saber algo sobre la fuerza del sedimento subyacente, y en particular, la distribución de tamaño de los granos del sedimento. Si estas mediciones se pueden hacer del entorno de un glaciar en particular, el nuevo modelo se puede utilizar para predecir cuándo y cuánto aumentará ese glaciar.

Más allá de las marejadas glaciares Minchew espera que el nuevo modelo ayude a iluminar la mecánica del flujo de hielo en otros sistemas, como las capas de hielo en la Antártida Occidental.

"Está dentro del ámbito de la posibilidad que podamos obtener de 1 a 3 metros de aumento del nivel del mar desde la Antártida occidental dentro de nuestras vidas, "Dice Minchew. Este tipo de mecanismo de cizallamiento en las oleadas glaciales podría desempeñar un papel importante en la determinación de las tasas de aumento del nivel del mar que se obtendrían en la Antártida occidental".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.