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

Al analizar muestras de rocas inusuales recolectadas hace años en la Antártida, científicos de la Universidad de California en Santa Cruz han descubierto un registro notable de cómo la capa de hielo de la Antártida Oriental respondió 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 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 caliente carcome los bordes de la capa de hielo y hace que el hielo fluya más rápido, y esa respuesta se adentra en el 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 impulsada 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 las capas de hielo, por lo que la química y la hidrología debajo del hielo están cambiando», dijo el coautor Slawek Tulaczyk, profesor de Ciencias Planetarias y de la Tierra en la UCSC, que estudia el comportamiento del hielo. capas, capas de hielo y glaciares durante décadas.

ciclos milenarios

Los ciclos climáticos que corresponden a las capas minerales son fluctuaciones relativamente pequeñas que ocurren cada pocos miles de años dentro de los ciclos glaciales-interglaciales 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 menores a escala milenaria implican cambios en las temperaturas polares impulsados ​​por el debilitamiento y fortalecimiento de una gran corriente oceánica (la Circulación Meridional del Atlántico, o AMOC, por sus siglas en inglés), 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 del aumento del nivel del mar de unos 17 metros desde el último máximo glacial, realmente sabemos muy poco sobre cómo ha respondido a la variabilidad climática», dijo. “Conocemos muy bien los últimos 20.000 años, pero más allá de eso estamos casi ciegos. Es por eso que estos resultados son tan alucinantes. La gente se ha estado golpeando la cabeza contra la pared por esto durante décadas”.

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 en diferentes períodos que abarcan un total de más de 100,000 años. En otras palabras, registran ciclos similares de deposición de minerales bajo el hielo que ocurren en un área amplia y durante largos períodos de tiempo.

“La química de las dos muestras coincidía, a pesar de que estaban tan separadas, lo que nos dio la confianza de que se estaba produciendo algún proceso sistemático a gran escala”, dijo Piccione.

Capas de ópalo y calcita

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») hace que se derrita la base de la capa de hielo, que está aislada de las frías temperaturas polares por el espesor del hielo. Donde el hielo se adelgaza hacia los bordes 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 cuando 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) finalmente se precipitará a partir de salmueras sobresaturadas más antiguas que no contienen carbono.

“La Antártida tiene estas interesantes salmueras libres de carbono, porque todo precipitó antes, por lo que cuando estas 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 derretimiento glacial que contiene carbono, lo que ocurre durante los intervalos cálidos en los ciclos climáticos cuando la AMOC disminuye. Esto conduce al calentamiento en el hemisferio sur y hace que el agua caliente entre en contacto con plataformas de hielo flotantes en los bordes de la capa de hielo. A medida que el agua caliente erosiona la parte inferior de las plataformas de hielo, la «línea de tierra» donde el hielo entra en contacto con la tierra comienza a retroceder 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 derretida en la base de la capa de hielo. «Si imaginas un mapa de dónde hay agua derretida 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» resultantes en la base del hielo son responsables de las capas alternas de ópalo y calcita en las rocas.

Temperaturas del Océano Austral

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 de la Antártida a los cambios en el clima global. Las temperaturas en la Antártida son tan frías que unos pocos grados de calentamiento no harán que el hielo de la superficie se derrita, pero los científicos saben que la capa de hielo se ha derretido en el pasado y partes de ella se han derrumbado, dijo Blackburn. «Ha sido difícil de entender, pero esto muestra claramente que el calentamiento del océano es el mecanismo impulsor», dijo.

«Si observas 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 en este momento es el dióxido de carbono atmosférico, no 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 del problema del umbral, la capa de hielo está en un umbral más allá del cual habría un derretimiento descontrolado y todo desaparecería, 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».

Además de Piccione, Blackburn y Tulaczyk, los coautores del artículo incluyen a Mathis Hain, Chloe Tinglof y B. Cheney en UC Santa Cruz; Troy Rasbury y Paul Northrup en la Universidad de Stony Brook; DE Ibarra y Katharina Methner en UC Berkeley; y Kathy Licht de la Universidad de Indiana-Universidad Purdue de Indianápolis. Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias.