Investigación: Pequeñas fallas de hielo afectan el flujo masivo de glaciares

A medida que se filtran en el mar, los glaciares y las capas de hielo que se derriten elevan 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 están derritiendo los glaciares y qué afecta su flujo.

Ahora, un estudio realizado por científicos del MIT proporciona una nueva imagen del flujo de los glaciares, basada en la deformación microscópica del hielo. Los resultados muestran que el flujo de los glaciares depende en gran medida de cómo se mueven las fallas microscópicas a través del hielo.

Los investigadores descubrieron que podían estimar el flujo de los glaciares en función de si el hielo era susceptible a defectos microscópicos de un tipo u otro. Utilizaron esta relación entre la deformación a nivel micro y macro para desarrollar un nuevo modelo de cómo fluyen los glaciares. Utilizando el nuevo modelo, mapearon el flujo de hielo en lugares a lo largo de la capa de hielo de la Antártida.

Contrariamente a la sabiduría convencional, descubrieron que la capa de hielo no es una masa única, sino que es más diversa en cuanto a dónde y cómo fluye en respuesta a las presiones del calentamiento global. El estudio «altera drásticamente las condiciones climáticas bajo las cuales las capas de hielo marinas pueden volverse inestables y provocar un rápido aumento del nivel del mar», escribieron los investigadores en su artículo.

«Este estudio muestra el impacto de los procesos microscópicos en el comportamiento», dice Meghana Ranganathan, Ph.D ’22, quien dirigió el estudio como estudiante de posgrado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del Instituto de Massachusetts. de Tecnología (MIT) y ahora es investigador postdoctoral en Georgia Widely». Técnica. «Estos mecanismos ocurren a nivel de las moléculas de agua y, en última instancia, podrían afectar la estabilidad de la capa de hielo de la Antártida occidental».

«En general, los glaciares se están acelerando y hay muchas variables en torno a eso», añade Brent Mincio, coautor y profesor asociado de la EAPS. «Este es el primer estudio que da un paso del laboratorio a las capas de hielo y comienza a evaluar qué tan estable es el hielo en el entorno natural. Esto, en última instancia, contribuirá a nuestra comprensión del potencial de un aumento catastrófico del nivel del mar».

Estudio de Ranganathan y Minchu Aparece esta semana En Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

flujo parcial

El flujo de los glaciares describe el movimiento del hielo desde la parte superior del glaciar, o el centro de la capa de hielo, hasta los bordes, donde luego el hielo se rompe y se funde en el océano, un proceso típicamente lento que con el tiempo contribuye al nivel del mar. elevar. Nivel medio del mar en el mundo.

En los últimos años, los niveles de los océanos han aumentado a un ritmo sin precedentes, debido al calentamiento global y al 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 representa la mayor incertidumbre en lo que respecta a los pronósticos.

«Parte del problema es el problema de escala», explica Ranganathan. «Muchos de los mecanismos fundamentales que causan el flujo de hielo ocurren en una escala tan pequeña que no podemos verlos. Queríamos determinar exactamente cuáles son estos procesos microfísicos que gobiernan el flujo de hielo, que no están representados en los modelos de cambio del nivel del mar. «

El nuevo estudio del equipo se basa en experimentos anteriores realizados por geólogos de la Universidad de Minnesota a principios de la década de 2000, que estudiaron cómo los pequeños copos de hielo se deforman cuando se exponen a presión y estrés físico. Su trabajo reveló dos mecanismos microscópicos mediante los cuales el hielo puede fluir: «deslizamiento de dislocación», donde las grietas de tamaño molecular 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 los límites entre ellos se muevan. . A través del hielo.

Los geólogos han descubierto que la sensibilidad del hielo a la presión, 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 los defectos microscópicos son causados ​​por fluencia de dislocación en lugar de deslizamiento de los límites del grano.

Ranganathan y Minchu se dieron cuenta de que estos hallazgos a nivel microscópico podrían redefinir cómo fluye el hielo en escalas glaciales mucho mayores.

«Los modelos actuales de aumento del nivel del mar suponen un valor único para la sensibilidad del hielo a la presión y mantienen este valor constante en toda la capa de hielo», explica Ranganathan. «Lo que estos experimentos han demostrado es que, de hecho, existe una gran variación en la sensibilidad al hielo, debido a cuál de estos mecanismos desempeña un papel».

Coincidencia de mapeo

En su nuevo estudio, el equipo del MIT tomó información de experimentos anteriores y desarrolló un modelo para estimar la sensibilidad del área del glaciar al estrés, que está directamente relacionada 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 el área, y calcula cuánto hielo se deforma debido a 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 del área al estrés.

Los científicos alimentaron el modelo con observaciones reales desde varios lugares de la capa de hielo de la Antártida, donde otros habían registrado previamente datos como la altura del hielo local, el tamaño de los cristales de hielo y la temperatura ambiente. Basándose en las estimaciones del modelo, el equipo creó un mapa de la sensibilidad a la presión del hielo en 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, esto puede 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».