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Registro de la respuesta de la capa de hielo antártica a los ciclos climáticos encontrado en muestras de rocas

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Los investigadores de la UCSC analizaron dos muestras de rocas recolectadas en la Antártida Oriental en las que las capas alternas de calcita y ópalo reflejan cambios cíclicos en el ambiente subglacial. La muestra MA113 tiene 9 centímetros de espesor y proviene del monte Achernar Moraine en el costado del glaciar Law. Crédito: Gavin Piccione

Al analizar muestras de rocas inusuales recolectadas hace años en la Antártida, científicos de la Universidad de California, Santa Cruz, descubrieron un registro notable de cómo la capa de hielo de la Antártida Oriental ha respondido a los cambios en el clima durante un período de 100,000 años durante el Pleistoceno tardío.

La capa de hielo de la Antártida Oriental es la masa de hielo más grande del mundo. Comprender su sensibilidad al cambio climático es crucial para los esfuerzos por proyectar cuánto aumentará el nivel del mar a medida que aumenten las temperaturas globales. Estudios recientes sugieren que puede ser más vulnerable a la pérdida de hielo de lo que se pensaba anteriormente.

El nuevo estudio, publicado el 15 de septiembre en Comunicaciones de la naturaleza, proporciona evidencia de cambios en la base de la capa de hielo en un área amplia en respuesta a cambios cíclicos en el clima durante el Pleistoceno. Los cambios se reflejan en los tipos de minerales depositados en la base de la capa de hielo.

«Uno de los hallazgos clave es que la capa de hielo estaba respondiendo a los cambios de temperatura en el Océano Austral», dijo el coautor Terrence Blackburn, profesor asociado de ciencias planetarias y de la Tierra en UC Santa Cruz. «El agua tibia se come los bordes de la capa de hielo y hace que el hielo fluya más rápido, y esa respuesta llega al corazón de la capa de hielo».

Las muestras de rocas analizadas en el estudio consisten en capas alternas de ópalo y calcita que se formaron como depósitos minerales en la base de la capa de hielo, registrando cambios cíclicos en la composición de los fluidos subglaciales.

«Cada capa en estas muestras es una manifestación de un cambio en la base de la capa de hielo impulsado por cambios en el movimiento de las corrientes de hielo», dijo el primer autor Gavin Piccione, Ph.D. candidato que trabaja con Blackburn en UCSC.

Al datar las capas, los investigadores encontraron una sorprendente correlación entre las capas de depósitos minerales y el registro de temperaturas de la superficie del mar polar derivadas de los núcleos de hielo. El ópalo se depositó durante los períodos fríos y la calcita durante los períodos cálidos.

«Estas oscilaciones climáticas están causando cambios en el comportamiento de la capa de hielo, de modo que la química y la hidrología debajo del hielo están cambiando», dijo el coautor Slawek Tulaczyk, profesor de ciencias terrestres y planetarias en la UCSC que ha estado estudiando el comportamiento de las capas de hielo y los glaciares durante décadas.

Los ciclos climáticos que coinciden con las capas minerales son fluctuaciones relativamente pequeñas que ocurren cada pocos miles de años dentro de los ciclos glaciales-interglaciares más pronunciados que ocurrieron cada 100 000 años aproximadamente a lo largo del Pleistoceno. Los ciclos glaciales-interglaciales son impulsados ​​principalmente por cambios en la órbita de la Tierra alrededor del sol. Los ciclos climáticos más pequeños a escala milenaria involucran oscilaciones en las temperaturas polares impulsadas por el debilitamiento y fortalecimiento de una importante corriente oceánica (la Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico, o AMOC) que transporta grandes cantidades de calor hacia el norte a través del Océano Atlántico.

Tulaczyk dijo que los nuevos hallazgos revelan la sensibilidad de la capa de hielo antártica a las pequeñas fluctuaciones climáticas a corto plazo.

«A pesar de lo importante que es la capa de hielo de la Antártida, es responsable de cerca de 17 metros de aumento del nivel del mar desde el último máximo glacial, realmente sabemos muy poco sobre cómo ha respondido a la variabilidad climática», dijo. «Conocemos bastante bien los últimos 20.000 años, pero más allá de eso hemos estado casi ciegos. Es por eso que estos resultados son tan alucinantes. La gente se ha estado golpeando la cabeza contra la pared durante décadas».

Registro de la respuesta de la capa de hielo antártica a los ciclos climáticos encontrado en muestras de rocas

La muestra PRR50489 tiene 3 centímetros de espesor y se encontró en Elephant Moraine en las Montañas Transantárticas. Crédito: Gavin Piccione

Las dos muestras de rocas analizadas para este estudio se recolectaron de morrenas glaciares separadas por más de 900 kilómetros (560 millas) y se formaron durante diferentes períodos que cubren un total de más de 100,000 años. En otras palabras, registran ciclos similares de deposición de minerales debajo del hielo que ocurren en un área amplia y durante largos períodos de tiempo.

«La química de las dos muestras coincidía, a pesar de que procedían de una distancia tan grande, lo que nos dio confianza de que estaba ocurriendo un proceso sistemático a gran escala», dijo Piccione.

El mecanismo detrás de la formación de capas de ópalo y calcita es un poco complicado y requiere una comprensión no solo de la química mineral sino también de la hidrología inusual debajo de la capa de hielo antártica. El calor del interior de la Tierra («calentamiento geotérmico») provoca el derretimiento en la base de la capa de hielo, que está aislada de las gélidas temperaturas polares por el espesor del hielo. Donde el hielo se vuelve más delgado hacia los márgenes de la capa de hielo, el agua de deshielo subglacial comienza a volver a congelarse, concentrando los minerales disueltos y eventualmente formando salmueras hipersalinas.

Los depósitos minerales se forman a medida que el agua se concentra al volver a congelarse, y lo primero que precipita es la calcita, la forma más común de carbonato de calcio. El ópalo (sílice amorfa) eventualmente se precipitará a partir de salmueras sobresaturadas más antiguas que no tienen nada de carbono en ellas.

«La Antártida tiene estas salmueras interesantes sin carbono, porque todo se precipitó antes, por lo que cuando esas salmueras se aíslan de otras fuentes de agua, forman ópalo», explicó Piccione.

Para obtener una capa de calcita sobre el ópalo se requiere una afluencia de agua de deshielo glacial que contiene carbono, que ocurre durante los intervalos cálidos en los ciclos climáticos, cuando la AMOC se ralentiza. Eso conduce al calentamiento en el hemisferio sur y hace que el agua caliente entre en contacto con las plataformas de hielo flotantes en los bordes de la capa de hielo. A medida que el agua caliente carcome el fondo de las plataformas de hielo, la «línea de conexión a tierra» donde el hielo entra en contacto con la tierra comienza a retirarse y el hielo fluye más rápidamente desde el interior hacia los bordes.

Tulaczyk explicó que el movimiento del hielo sobre el lecho rocoso genera calor, aumentando la cantidad de agua de deshielo en la base de la capa de hielo. «Si imaginas un mapa de dónde hay agua de deshielo debajo de la capa de hielo, esa área se expande en períodos cálidos y se contrae en períodos fríos, como un latido del corazón», dijo.

Los «ciclos de congelación y lavado» resultantes en la base del hielo explican las capas alternas de ópalo y calcita en las rocas.

Los hallazgos apuntan a las temperaturas del agua en el Océano Austral como el principal mecanismo que impulsa la respuesta de la capa de hielo antártica a los cambios en el clima global. Las temperaturas en la Antártida son tan frías que unos pocos grados de calentamiento no provocarán el derretimiento de la superficie del hielo, pero los científicos saben que la capa de hielo se derritió en el pasado y partes de ella se derrumbaron, dijo Blackburn. «Ha sido difícil de entender, pero esto muestra claramente que el calentamiento del océano es el mecanismo impulsor», dijo.

«Si observa los lugares que están perdiendo hielo hoy, se concentran a lo largo de los bordes de la capa de hielo donde está en contacto con el océano que se calienta», agregó Tulaczyk. «El principal impulsor del calentamiento de los océanos ahora es el dióxido de carbono atmosférico, no la AMOC, pero no creo que a la capa de hielo le importe qué causa el calentamiento».

Tulaczyk dijo que los hallazgos muestran que la capa de hielo puede retroceder durante los períodos cálidos y luego recuperarse durante el enfriamiento posterior. «En el contexto de la cuestión del umbral, ¿está la capa de hielo asentada en un umbral más allá del cual habría un derretimiento descontrolado y todo desaparecerá? Eso no es lo que veo aquí», dijo. «El hielo es sensible a estas fluctuaciones a corto plazo, pero la magnitud de la pérdida de hielo es lo suficientemente pequeña como para que pueda recuperarse con el enfriamiento».


Un nuevo estudio muestra el retroceso de la capa de hielo de la Antártida Oriental durante períodos cálidos anteriores


Más información:
Gavin Piccione et al, Los precipitados subglaciales registran la respuesta de la capa de hielo antártica a los ciclos climáticos milenarios del Pleistoceno tardío, Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-33009-1

Proporcionado por la Universidad de California – Santa Cruz

Citación: Registro de la respuesta de la capa de hielo antártica a los ciclos climáticos encontrado en muestras de rocas (17 de septiembre de 2022) recuperado el 18 de septiembre de 2022 de https://phys.org/news/2022-09-antarctic-ice-sheet-response-climate.html

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