El láser espacial de la NASA descubre nuevos lagos bajo el hielo en la Antártida

Investigadores de la NASA en la superficie de la capa de hielo de la Antártida como parte de la expedición 88-Southern en 2019. La expedición de 470 millas a uno de los paisajes más áridos de la Tierra proporciona la mejor manera de evaluar la precisión de los datos recopilados desde el espacio por satélite. .2 (ICESat-2). Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Dr. Kelly Brant

Mapa ICESat-2 de la NASA de los lagos de agua de la Antártida con una resolución asombrosa

Desde arriba, la capa de hielo de la Antártida puede parecer una capa de hielo en calma y permanente que cubrió la Antártida durante millones de años. Pero la capa de hielo puede tener miles de metros de profundidad en su punto más profundo, y esconde cientos de lagos de agua de deshielo donde su base se encuentra con el lecho de roca del continente. Muy por debajo de la superficie, algunos de estos lagos se llenan y drenan constantemente a través de un sistema de vías fluviales que eventualmente desembocan en el océano.

Ahora, con el instrumento láser más avanzado de la NASA para la observación de la Tierra jamás realizado en el espacio, los científicos han mejorado sus mapas de los sistemas de lagos ocultos bajo la capa de hielo de la Antártida Occidental y han descubierto dos de estos lagos subglaciales activos.

El nuevo estudio proporciona información para descubrir nuevos lagos glaciares desde el espacio, así como evaluar cómo este sistema de tuberías oculto afecta la velocidad con la que el hielo se desliza en el Océano Austral, agregando agua dulce que puede alterar su circulación y ecosistemas.

El satélite Ice, Cloud and Earth Satellite 2 de la NASA, o ICESat-2, ha permitido a los científicos mapear con precisión los lagos subglaciales. El satélite mide la altura de la superficie del hielo que, a pesar de su enorme grosor, sube o baja a medida que los lagos se llenan o se vacían debajo de la capa de hielo.

Cientos de lagos de agua de deshielo se esconden en las profundidades de la capa de hielo de la Antártida. Gracias a un poderoso sistema de altímetro láser en el espacio, el satélite 2 de Nube de Hielo y Elevación de la Tierra de la NASA (ICESat-2) ayuda a los científicos a «ver» debajo del hielo. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

El estudio, publicado el 7 de julio de 2021 en Cartas de investigación geofísica, integra datos de altitud del predecesor de ICESat-2, la misión original de ICESat, así como el satélite de la Agencia Espacial Europea dedicado a monitorear el espesor del hielo polar, CryoSat-2.

Los sistemas hidrológicos bajo la capa de hielo de la Antártida han sido un misterio durante décadas. Eso comenzó a cambiar en 2007, cuando Helen Amanda Fricker, glacióloga del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, logró un gran avance que ayudó a actualizar la comprensión clásica de los lagos subglaciales en la Antártida.

Utilizando datos del ICESat original en 2007, Fricker descubrió por primera vez que bajo los rápidos flujos glaciares de la Antártida, una red completa de lagos se comunica entre sí, llenando y drenando agua activamente con el tiempo. Antes, se pensaba que estos lagos mantenían el agua derretida de manera constante, sin llenarse ni drenar.

«Descubrir estos sistemas interconectados de lagos en la interfaz glacial que mueven el agua, con todos estos impactos en la glaciología, microbiología y oceanografía, fue un descubrimiento importante de la misión ICESat», dijo Matthew Siegfried, profesor asociado. Geofísica en la Escuela de Minas de Colorado, Golden, Colorado, e investigador principal del nuevo estudio. «ICESat-2 es como ponerse unas gafas después de usar ICESat, los datos son de tan alta resolución que realmente podemos empezar a trazar mapas de los límites del lago en la superficie».

Los científicos plantearon la hipótesis de que el intercambio de agua subglacial en la Antártida es causado por una combinación de factores, incluidas las fluctuaciones en la presión ejercida por el peso masivo del hielo por encima, la fricción entre la capa de hielo y la roca debajo, y el calor del suelo debajo. por el espesor del hielo. Este es un marcado contraste con la capa de hielo de Groenlandia, donde los lagos en el lecho de hielo están llenos de agua de deshielo que se drena a través de grietas y agujeros en la superficie.

Para estudiar áreas donde los lagos subglaciales se llenan y se drenan con frecuencia con datos satelitales, Siegfried trabajó con Fricker, quien desempeñó un papel clave en el diseño de la forma en que la misión ICESat-2 monitorea el hielo polar desde el espacio.

La nueva investigación de Siegfried y Fricker muestra que un grupo de lagos, incluidos los lagos Conway y Mercer, debajo de los arroyos de hielo Mercer y Whillans en la Antártida occidental, están experimentando un período de secado por tercera vez desde que la misión original ICESat comenzó a medir los cambios de elevación en la superficie del hielo. hoja en 2003. Los dos lagos recién descubiertos se encuentran en esta área.

Además de proporcionar datos vitales, el estudio también reveló que los contornos o límites de los lagos pueden cambiar gradualmente a medida que el agua entra y sale de los embalses.

«Realmente trazamos un mapa de las diferencias de elevación que existen en este punto», dijo Siegfried. «Si hay lagos que se llenan y drenan, los encontraremos con ICESat-2».

«Ayúdanos a mirar» debajo de la capa de hielo الغطاء

Las mediciones precisas del agua de deshielo basal son cruciales para que los científicos comprendan mejor el sistema de tuberías subglaciares de la Antártida y cómo toda esa agua dulce podría alterar la velocidad de la capa de hielo que se encuentra por encima o la circulación del océano en el que finalmente fluye.

Una enorme capa de hielo en forma de cúpula que cubre la mayor parte del continente, la capa de hielo antártica fluye lentamente hacia afuera desde la región central del continente como un panal muy grueso. Pero a medida que el hielo se acerca a la costa, su velocidad cambia drásticamente, convirtiéndose en corrientes glaciares similares a ríos que mueven rápidamente el hielo hacia el océano a velocidades de varios metros por día. La velocidad o lentitud del movimiento del hielo depende en parte de la forma en que el agua de deshielo lubrica la capa de hielo mientras se desliza sobre el lecho rocoso subyacente.

Cuando la capa de hielo se mueve, sufre grietas, fisuras y otros defectos. Cuando los lagos debajo del hielo ganan o pierden agua, también distorsionan la superficie congelada de arriba. Grande o pequeño, ICESat-2 mapea estos cambios en la elevación con una precisión de unas pocas pulgadas utilizando un sistema de altímetro láser que puede medir la superficie de la Tierra con un detalle sin precedentes.

ICESat-2 proporcionará a los científicos mediciones altimétricas que crean una imagen global de la tercera dimensión de la Tierra, recopilando datos que pueden rastrear con precisión los cambios en el terreno, incluidos glaciares, hielo marino, bosques y más. El único instrumento en ICESat-2 es ATLAS, el sistema de altímetro láser topográfico avanzado, y medirá el derretimiento de la capa de hielo e investigará cómo están aumentando los niveles del mar, observará los cambios en la masa de las capas de hielo y los glaciares, estimará y estudiará el espesor del hielo marino. y medir la altura de la cobertura de la vegetación en los bosques y otros ecosistemas de todo el mundo. Crédito: NASA / Ryan Fitzgibbons

El seguimiento de estos complejos procesos con misiones satelitales de largo alcance proporcionará información importante sobre el destino de la capa de hielo. Una parte importante de lo que los glaciólogos han descubierto sobre las capas de hielo en los últimos 20 años proviene de las observaciones de cómo ha cambiado el hielo polar en respuesta al calentamiento atmosférico y de los océanos, pero también se pueden producir procesos sutiles como la forma en que los sistemas lacustres transportan agua bajo el hielo. Fricker dijo que es clave en los estudios. futuras capas de hielo antárticas.

«Estos son procesos que ocurren debajo de la Antártida de los que no tendríamos ni idea si no tuviéramos datos satelitales», dijo Fricker, enfatizando cómo su descubrimiento en 2007 permitió a los glaciólogos confirmar que el sistema de plomería oculto de la Antártida transmite agua más rápidamente. de lo que se pensaba anteriormente. «Hemos estado luchando por obtener buenas predicciones sobre el futuro de la Antártida, y herramientas como ICESat-2 nos están ayudando con el monitoreo a escala operativa».

«Un sistema de agua conectado a todo el sistema terrestre»

Cómo el agua dulce de la capa de hielo puede afectar la circulación del Océano Austral y sus ecosistemas marinos es uno de los secretos mejor guardados de la Antártida. Dado que la hidrología subglacial del continente juega un papel importante en el movimiento de esa agua, Siegfried también enfatizó la conexión de la capa de hielo con el resto del planeta.

«No solo estamos hablando de la capa de hielo», dijo Siegfried. «Realmente estamos hablando de un sistema de agua conectado a todo el sistema de la Tierra».

Recientemente, Fricker y otro equipo de científicos descubrieron esta conexión entre el agua dulce y el Océano Austral, pero esta vez al observar los lagos cerca de la superficie de la plataforma de hielo, una gran capa de hielo que flota en el océano como una extensión de la capa de hielo. . Su estudio informó que un gran lago cubierto de hielo colapsó repentinamente en 2019 después de que una grieta se abrió o se fracturó desde el fondo del lago hasta la base de la plataforma de hielo Ameri en la Antártida oriental.

Utilizando datos de ICESat-2, el equipo analizó el cambio abrupto en los paisajes de la plataforma de hielo. El evento dejó al dolin, o hundimiento, una dramática depresión que mide aproximadamente cuatro millas cuadradas (unos 10 kilómetros cuadrados), o más de tres veces el tamaño de Central Park en la ciudad de Nueva York. La grieta desvió cerca de 200 mil millones de galones de agua dulce desde la superficie de la plataforma de hielo hacia el océano en tres días.

Durante el verano, miles de lagos de agua de deshielo de color turquesa decoran la brillante superficie blanca de las plataformas de hielo de la Antártida. Pero este repentino evento ocurrió en pleno invierno, cuando los científicos esperaban que el agua en la superficie de la plataforma de hielo se hubiera congelado por completo. Debido a que ICESat-2 orbita la Tierra con trayectorias terrestres que se repiten perfectamente, sus láseres pueden mostrar el cambio dramático en el terreno antes y después del drenaje del lago, incluso durante la oscuridad del invierno ártico.

El perfil de altitud anterior fue obtenido por el satélite Ice, Cloud y Earth Satellite 2 (ICESat-2) de la NASA utilizando el sistema de altímetro topográfico láser avanzado (ATLAS). La imagen muestra datos de elevación obtenidos por tres láseres ATLAS diferentes cuando el satélite pasó sobre un lago cubierto de hielo que repentina y repentinamente colapsó sobre la superficie de la plataforma de hielo Amery en la Antártida en 2019.Crédito: Observatorio de la Tierra de la NASA

Roland Warner, glaciólogo de la asociación del Programa Antártico Australiano de la Universidad de Tasmania y autor principal del estudio, descubrió la plataforma de hielo dispersa en imágenes de Landsat 8, una misión conjunta entre la NASA y el Servicio Geológico de EE. UU. Warner dijo que el evento de drenaje probablemente se debió al proceso de hidrodeslizamiento donde la masa de agua del lago creó una grieta en la superficie a través de la plataforma de hielo directamente hacia el océano.

«Debido a esta pérdida de peso del agua en la superficie de la plataforma de hielo flotante, todo se curva hacia arriba en el medio del lago», dijo Warner. «Esto es algo que fue difícil de detectar con solo mirar las imágenes de satélite».

Los lagos y arroyos que fluyen en las plataformas de hielo de la Antártida son comunes durante los meses más cálidos. Debido a que los científicos esperan que estos lagos de agua de deshielo sean más comunes a medida que aumenta la temperatura del aire, el riesgo de fracturación hidráulica también puede aumentar en las próximas décadas. Sin embargo, el equipo concluyó que era demasiado pronto para determinar si el calentamiento del clima de la Antártida estaba causando la desaparición del lago observado en la plataforma de hielo de Ameri.

Observar la formación de los dolinos con datos altimétricos fue una oportunidad única, pero también es el tipo de evento que los glaciólogos necesitan analizar para estudiar toda la dinámica del hielo relevante para los modelos de la Antártida.

«Hemos aprendido mucho sobre los procesos dinámicos de la capa de hielo a partir de la altimetría satelital, y es imperativo que planifiquemos que la próxima generación de satélites altimétricos continúe con este récord», dijo Fricker.

Referencia: “Iluminando los procesos de los lagos subglaciales activos con el altímetro láser ICESat-2” por M.R. Siegfried y H.A. Fricker, 7 de julio de 2021, Cartas de investigación geofísica.
doi: 10.1029 / 2020GL091089