A medida que se filtran y se desintegran en el mar, los glaciares y las capas de hielo que se derriten están elevando los niveles mundiales de agua a un ritmo sin precedentes. Para predecir y prepararse para el futuro aumento del nivel del mar, los científicos necesitan comprender mejor la rapidez con la que se derriten los glaciares y qué influye en su flujo.
Ahora, un estudio realizado por científicos del MIT ofrece una nueva imagen del flujo de los glaciares, basada en la deformación microscópica del hielo. Los resultados muestran que el flujo de un glaciar depende en gran medida de cómo se mueven los defectos microscópicos a través del hielo.
El trabajo está publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. .
Los investigadores descubrieron que podían estimar el flujo de un glaciar en función de si el hielo es propenso a sufrir defectos microscópicos de un tipo u otro. Utilizaron esta relación entre la deformación a escala micro y macro para desarrollar un nuevo modelo de cómo fluyen los glaciares. Con el nuevo modelo, mapearon el flujo de hielo en lugares a lo largo de la capa de hielo de la Antártida.
Descubrieron que, contrariamente a la sabiduría convencional, la capa de hielo no es un monolito, sino que es más variada en cuanto a dónde y cómo fluye en respuesta a las tensiones provocadas por el calentamiento. El estudio "altera drásticamente las condiciones climáticas bajo las cuales las capas de hielo marinas pueden volverse inestables e impulsar un rápido aumento del nivel del mar", escriben los investigadores en su artículo.
"Este estudio realmente muestra el efecto de los procesos a microescala en el comportamiento a macroescala", dice Meghana Ranganathan, Ph.D., quien dirigió el estudio como estudiante de posgrado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT y ahora es postdoctorada. en Georgia Tech. "Estos mecanismos ocurren a escala de moléculas de agua y, en última instancia, pueden afectar la estabilidad de la capa de hielo de la Antártida occidental".
"En términos generales, los glaciares se están acelerando y hay muchas variantes al respecto", añade el coautor y profesor asociado de la EAPS Brent Minchew. "Este es el primer estudio que da un paso del laboratorio a las capas de hielo y comienza a evaluar cuál es la estabilidad del hielo en el entorno natural. Esto, en última instancia, contribuirá a nuestra comprensión de la probabilidad de un aumento catastrófico del nivel del mar". /P>
El flujo de los glaciares describe el movimiento del hielo desde la cima de un glaciar, o el centro de una capa de hielo, hasta los bordes, donde luego el hielo se rompe y se funde en el océano, un proceso normalmente lento que con el tiempo contribuye a elevar el nivel del hielo. nivel medio del mar en el mundo.
En los últimos años, los océanos han aumentado a un ritmo sin precedentes, impulsado por el calentamiento global y el acelerado derretimiento de glaciares y capas de hielo. Si bien se sabe que la pérdida de hielo polar contribuye en gran medida al aumento del nivel del mar, también constituye la mayor incertidumbre a la hora de hacer predicciones.
"Parte de esto es un problema de escala", explica Ranganathan. "Muchos de los mecanismos fundamentales que hacen que el hielo fluya ocurren a una escala realmente pequeña que no podemos ver. Queríamos precisar exactamente cuáles son estos procesos microfísicos que gobiernan el flujo de hielo, que no se ha representado en los modelos de cambio del nivel del mar."
El nuevo estudio del equipo se basa en experimentos anteriores de principios de la década de 2000 realizados por geólogos de la Universidad de Minnesota, que estudiaron cómo los pequeños trozos de hielo se deforman cuando se estresan y comprimen físicamente. Su trabajo reveló dos mecanismos microscópicos mediante los cuales el hielo puede fluir:"deslizamiento de dislocación", donde las grietas del tamaño de una molécula migran a través del hielo, y "deslizamiento de los límites de los granos", donde los cristales de hielo individuales se deslizan entre sí, provocando que el límite entre ellos se mueva. a través del hielo.
Los geólogos descubrieron que la sensibilidad del hielo al estrés, o la probabilidad de que fluya, depende de cuál de los dos mecanismos es dominante. Específicamente, el hielo es más sensible a la tensión cuando se producen defectos microscópicos por fluencia de dislocación en lugar de deslizamiento de los límites del grano.
Ranganathan y Minchew se dieron cuenta de que esos hallazgos a nivel microscópico podrían redefinir cómo fluye el hielo a escalas glaciales mucho más grandes.
"Los modelos actuales para el aumento del nivel del mar asumen un valor único para la sensibilidad del hielo al estrés y mantienen este valor constante en toda la capa de hielo", explica Ranganathan. "Lo que estos experimentos demostraron fue que, en realidad, hay bastante variabilidad en la sensibilidad al hielo, debido a cuál de estos mecanismos está en juego".
Para su nuevo estudio, el equipo del MIT tomó ideas de experimentos anteriores y desarrolló un modelo para estimar la sensibilidad de una región helada al estrés, que se relaciona directamente con la probabilidad de que el hielo fluya. El modelo toma información como la temperatura ambiente, el tamaño promedio de los cristales de hielo y la masa estimada de hielo en la región, y calcula cuánto se deforma el hielo por la fluencia de las dislocaciones versus el deslizamiento de los límites de los granos. Dependiendo de cuál de los dos mecanismos es dominante, el modelo estima la sensibilidad de la región al estrés.
Los científicos incorporaron al modelo observaciones reales de varios lugares de la capa de hielo antártica, donde otros habían registrado previamente datos como la altura local del hielo, el tamaño de los cristales de hielo y la temperatura ambiente. Basándose en las estimaciones del modelo, el equipo generó un mapa de la sensibilidad del hielo al estrés en toda la capa de hielo de la Antártida. Cuando compararon este mapa con mediciones satelitales y de campo tomadas de la capa de hielo a lo largo del tiempo, observaron una coincidencia cercana, lo que sugiere que el modelo podría usarse para predecir con precisión cómo fluirán los glaciares y las capas de hielo en el futuro.
"A medida que el cambio climático comienza a adelgazar los glaciares, eso podría afectar la sensibilidad del hielo al estrés", dice Ranganathan. "Las inestabilidades que esperamos en la Antártida podrían ser muy diferentes y ahora podemos capturar esas diferencias utilizando este modelo".
Más información: Meghana Ranganathan et al, Una ley de flujo viscoso modificada para el hielo de un glaciar natural:escalamiento de laboratorios a capas de hielo, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI:10.1073/pnas.2309788121
Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.
