Las "ampollas" de agua atrapadas debajo del grueso interior de la capa de hielo de Groenlandia podrían proporcionar información crítica sobre la red hidrológica que se extiende por debajo del segundo cuerpo de hielo más grande de la Tierra y cómo podría ser desestabilizado por el cambio climático. según un nuevo estudio.

Cada año, miles de lagos naturales de agua de deshielo se forman en la superficie del interior de gran altura de la capa de hielo, donde el hielo puede tener más de media milla de espesor. Mientras estos lagos drenan forman grandes cavidades llenas de agua entre el hielo y el lecho rocoso.

Combinando observaciones de campo con modelos matemáticos y experimentos de laboratorio, Investigadores liderados por la Universidad de Princeton descubrieron que estas ampollas empujan la superficie del hielo hacia arriba, luego hacer que caiga gradualmente a medida que el agua penetra en el sistema de drenaje subglacial, según un informe en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

El equipo muestra por primera vez que el ascenso y la caída de la capa de hielo causada por los rápidos drenajes del lago se pueden utilizar para estimar una propiedad conocida como transmisividad. que caracteriza la eficiencia de las redes de agua que se forman entre el hielo y el lecho rocoso. El drenaje del lago presenta una nueva herramienta para medir la transmisividad debajo de las regiones interiores de la capa de hielo, donde la transmisividad es difícil de medir, informaron los investigadores. Descubrieron que la transmisividad puede aumentar hasta en dos órdenes de magnitud durante la temporada de deshielo de verano de Groenlandia.

Los hallazgos podrían arrojar luz sobre cómo el cambio climático afectará el vasto interior helado de Groenlandia a medida que el planeta se calienta y aumenta el derretimiento de la superficie. dijo el primer autor Ching-Yao Lai, profesor asistente de geociencias y ciencias atmosféricas y oceánicas en Princeton. El agua de la superficie que se derrite puede actuar como lubricante, ella dijo, haciendo que el glaciar se deslice más fácilmente a través del lecho rocoso.

La investigación existente ha demostrado que una de las principales formas de que el derretimiento de la superficie afecte la estabilidad de la capa de hielo de Groenlandia es mediante el agua de deshielo lubricando el lecho de la capa de hielo. Dijo Lai. La mayoría de estos estudios, sin embargo, se han centrado en áreas de baja elevación donde la capa de hielo es más delgada. Estudios anteriores también han sugerido que un mayor derretimiento de la superficie podría acelerar la velocidad de la gran elevación, capa de hielo interior, pero estos hallazgos se basan en modelos computacionales, en lugar de observaciones, Dijo Lai.

El papel en Comunicaciones de la naturaleza proporciona un raro, Un vistazo basado en la observación de las redes de agua en gran parte inaccesibles que subyacen a la capa de hielo de gran altitud de Groenlandia. El estudio fue apoyado por el Instituto Ambiental High Meadows de Princeton (HMEI) y la Iniciativa de Mitigación de Carbono de HMEI.

"Sabemos que a medida que el clima se calienta en el futuro, la zona de fusión de la superficie puede expandirse y migrar a elevaciones más altas que las que se observan actualmente. Una gran pregunta que queda por responder, sin embargo, es cuánta transmisividad puede aumentar tierra adentro, "dijo Lai, quien es un miembro asociado de la facultad en HMEI.

"Un impacto potencial es que el vínculo entre el derretimiento de la superficie y el desarrollo de la red de agua subglacial podría activarse no solo en elevaciones más bajas, como se observa actualmente, pero también en elevaciones más altas, ", dijo." Se necesitarían más observaciones de los cambios estacionales de la transmisividad subglacial en respuesta al derretimiento de la superficie para comprender realmente lo que sucedería cuando el derretimiento migra a regiones de mayor elevación ".

Los coautores del artículo de Princeton son Howard Stone, miembro de la facultad asociado de HMEI, Donald R. Dixon '69 de Princeton y Elizabeth W. Dixon Profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial y presidente de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, y Danielle Chase, estudiante de posgrado en el Grupo de Fluidos Complejos de Stone.

Los coautores del estudio también incluyeron a Laura Stevens, profesor asociado de procesos climáticos y de la superficie terrestre en la Universidad de Oxford que tiene una amplia experiencia en el estudio de los drenajes de los lagos y la dinámica del hielo. Stevens ayudó a recopilar las observaciones de campo en Groenlandia con los coautores Mark Behn, profesor asociado de ciencias de la tierra y del medio ambiente en Boston College, y Sarah Das, científico asociado de la Institución Oceanográfica Woods Hole. Timothy Creyts, del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia, también es coautor del estudio.

Los investigadores utilizaron datos de GPS y observaciones de campo de cinco eventos de drenaje de lagos que ocurrieron entre 2006 y 2012 para estimar el volumen de drenaje y observar los desplazamientos de la superficie causados ​​por el drenaje del lago y la posterior formación de ampollas.

"Observamos en los datos del GPS una amplia gama de tiempos de relajación del levantamiento de la capa de hielo después de los cinco eventos de drenaje, ", Dijo Stevens." Teníamos el indicio de que esta propagación en los tiempos de relajación podría ser indicativa de alguna característica del sistema de drenaje subglacial. Nuestra comprensión mejoró significativamente a medida que esta colaboración entre investigadores con experiencia en observación, enfoques teóricos y experimentales catalizados ".

Chase, quien recibió un premio de posgrado del Fondo HMEI Walbridge para estudiar la fracturación impulsada por fluidos, luego diseñó una serie de experimentos utilizando un tipo de silicona que imita el hielo deformable que se encuentra sobre un material poroso que representa el lecho rocoso. Ella inyectó fluido entre la lámina deformable y el sustrato poroso, observando el tiempo que tardó en formarse una ampolla y luego drenar en el sustrato poroso. Trabajando con Stone y Lai, Chase también desarrolló un modelo matemático que explica la física que gobierna el levantamiento y la relajación de la superficie debido a la formación de ampollas de agua. Su trabajo es el tema de un artículo aceptado recientemente por la revista Physical Review Fluids.

"Los experimentos pueden resultar útiles porque, en el laboratorio, podemos controlar y medir todos los parámetros del sistema, lo que nos permitió probar nuestro modelo, ", Dijo Chase." También podemos elegir materiales ideales. El sistema es lo suficientemente pequeño como para sostenerlo con una mano y el material es transparente, así que pudimos observar directamente la forma de la ampolla y el drenaje en el sustrato poroso a lo largo del tiempo ".

El estudio es único por utilizar experimentos de laboratorio para investigar procesos naturales como la formación de ampollas que son difíciles de analizar en el campo donde los investigadores no pueden controlar los parámetros.

"Es valioso tener modelos de laboratorio para comprender mejor los mecanismos detrás de los complejos cambios de forma que ocurren en la naturaleza, "Dijo Stone." Aquí, los experimentos de laboratorio capturaron las principales características mecánicas observadas en el campo y nos ayudaron a comprender la relajación de la capa de hielo a medida que el agua se drena a lo largo del lecho glacial ".

El papel, "Transmisividad hidráulica inferida de la relajación de la capa de hielo después de los drenajes de los lagos supraglaciales de Groenlandia, "fue publicado el 25 de junio en Comunicaciones de la naturaleza .