Los científicos han descubierto un sistema masivo de agua subterránea en sedimentos bajo el hielo antártico

Los embalses nunca antes mapeados podrían acelerar los glaciares y liberar carbono.

Muchos investigadores creen que el agua líquida es clave para comprender el comportamiento de la forma congelada que se encuentra en los glaciares. Se sabe que el agua de deshielo ablanda sus bases de grava y acelera su marcha hacia el mar. En los últimos años, los científicos de la Antártida descubrieron cientos de interconectados Lagos y ríos líquidos Amenazado dentro del propio hielo. Fotografiaron gruesas cuencas de sedimentos bajo el hielo, que probablemente contienen las reservas de agua más grandes de la historia. Pero hasta ahora nadie ha confirmado la presencia de cantidades significativas de agua líquida en los sedimentos bajo el hielo, ni ha investigado cómo interactúa con el hielo.

Ahora, un equipo de investigación ha mapeado por primera vez un enorme sistema de agua subterránea que circula activamente en los sedimentos profundos de la Antártida occidental. Dicen que tales sistemas, posiblemente comunes en la Antártida, pueden tener efectos aún desconocidos sobre cómo el continente helado reacciona o puede contribuir al cambio climático. Publicar la investigación en la revista. Ciencia El 5 de mayo de 2022.

Sitios de encuestas en Whillans Ice Stream. Se instalaron estaciones de imágenes electromagnéticas en dos áreas públicas (marcas amarillas). El equipo viajó a áreas más amplias para realizar otras tareas, indicadas por los puntos rojos. Haga clic en la imágen para ver una versión más grande. Crédito: Cortesía de Chloe Gustafson

La autora principal del estudio, Chloe Gustafson, quien realizó la investigación como estudiante de posgrado en[{» attribute=»»>Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory. “The amount of groundwater we found was so significant, it likely influences ice-stream processes. Now we have to find out more and figure out how to incorporate that into models.”

Scientists have for decades flown radars and other instruments over the Antarctic ice sheet to image subsurface features. Among many other things, these missions have revealed sedimentary basins sandwiched between ice and bedrock. But airborne geophysics can generally reveal only the rough outlines of such features, not water content or other characteristics. In one exception, a 2019 study of Antarctica’s McMurdo Dry Valleys used helicopter-borne instruments to document a few hundred meters of subglacial groundwater below about 350 meters of ice. But most of Antarctica’s known sedimentary basins are much deeper, and most of its ice is much thicker, beyond the reach of airborne instruments. In a few places, researchers have drilled through the ice into sediments, but have penetrated only the first few meters. Thus, models of ice-sheet behavior include only hydrologic systems within or just below the ice.

Coauthor Matthew Siegfried pulls up a buried electrode wire. Credit: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

This is a big deficiency; most of Antarctica’s expansive sedimentary basins lie below current sea level, wedged between bedrock-bound land ice and floating marine ice shelves that fringe the continent. They are thought to have formed on sea bottoms during warm periods when sea levels were higher. If the ice shelves were to pull back in a warming climate, ocean waters could re-invade the sediments, and the glaciers behind them could rush forward and raise sea levels worldwide.

The researchers in the new study concentrated on the 60-mile-wide Whillans Ice Stream, one of a half-dozen fast-moving streams feeding the Ross Ice Shelf, the world’s largest, at about the size of Canada’s Yukon Territory. Prior research has revealed a subglacial lake within the ice, and a sedimentary basin stretching beneath it. Shallow drilling into the first foot or so of sediments has brought up liquid water and a thriving community of microbes. But what lies further down has been a mystery.

A fines de 2018, un jet de esquí LC-130 de la USAF derribó a Gustafson, junto con el geofísico de Lamont Doherty, Kerry Key, el geofísico de la Escuela de Minas de Colorado, Matthew Siegfried, y la alpinista Megan Seifert en Whillans. Su misión: mapear mejor los sedimentos y sus propiedades utilizando herramientas geofísicas colocadas directamente en la superficie. Lejos de cualquier ayuda si algo salía mal, le llevaría seis agotadoras semanas de viaje, cavando en la nieve, plantando maquinaria e innumerables otras tareas.

El equipo utilizó una tecnología llamada imagen magnética, que mide la penetración de la energía electromagnética natural generada en la atmósfera del planeta en la Tierra. El hielo, los sedimentos, el agua dulce, el agua salada y el lecho rocoso conducen la energía electromagnética en diversos grados; Al medir las diferencias, los investigadores pueden crear mapas similares a MRI de diferentes elementos. El equipo plantó sus herramientas en pozos de nieve durante un día más o menos, luego las desenterró y las movió, y finalmente tomó lecturas en unos cuarenta lugares. También volvieron a analizar las ondas sísmicas naturales que emanan de la Tierra que fueron recolectadas por otro equipo para ayudar a caracterizar la roca, el sedimento y el hielo subyacentes.

Su análisis mostró que, dependiendo de la ubicación, el sedimento se extiende por debajo de la base del hielo desde medio kilómetro hasta casi dos kilómetros antes de tocar el esquisto. Confirmaron que el sedimento se llenó de agua líquida en el camino. Los investigadores estiman que, si se extrae por completo, formaría una columna de agua de 220 a 820 metros de altura, al menos 10 veces más superficial que los sistemas hidrológicos poco profundos dentro y en la base del hielo, y posiblemente mucho más. .

El agua salada conduce la energía mejor que el agua dulce, por lo que también pudieron demostrar que el agua subterránea se vuelve más salada con la profundidad. Esto tiene sentido, dijo Key, porque se cree que los sedimentos se formaron en un ambiente marino hace mucho tiempo. Es posible que las aguas del océano hayan llegado por última vez a lo que ahora es el área cubierta por Whillans durante un período cálido hace unos 5.000 a 7.000 años, saturando los sedimentos con agua salada. Cuando el hielo avanzó de nuevo, era evidente que el agua dulce que se derretía por la presión desde arriba y la fricción en la base del hielo claramente había sido empujada hacia los sedimentos superiores. Key dijo que puede continuar filtrando y mezclándose hoy.

Los investigadores dicen que este drenaje lento de agua dulce en el sedimento puede evitar que el agua se acumule en la base del hielo. Esto puede actuar como un freno en el movimiento hacia adelante del hielo. Las mediciones realizadas por otros científicos en la línea terrestre de la corriente de hielo, el punto donde la corriente de hielo terrestre se encuentra con la plataforma de hielo flotante, muestran que el agua allí es algo menos salina que el agua de mar normal. Esto indica que el agua dulce fluye a través del sedimento hacia el océano, dando paso a la entrada de más agua de deshielo y manteniendo estable el sistema.

Sin embargo, dicen los investigadores, si la superficie del hielo es demasiado delgada, una posibilidad clara a medida que el clima se calienta, la dirección del flujo de agua puede invertirse. Las presiones suspendidas disminuirán y el agua subterránea más profunda puede comenzar a fluir hacia la base del hielo. Esto puede aumentar la lubricación de la base de hielo y aumentar su movimiento hacia adelante. (Whillans ya se está moviendo hacia el mar aproximadamente 1 metro por día, demasiado rápido para los glaciares). Además, si el agua subterránea profunda fluye hacia arriba, puede llevarse el calor geotérmico generado naturalmente en el esquisto. Esto puede derretir la base de hielo y empujarla hacia adelante. Pero no está claro si esto sucederá y en qué medida.

«En última instancia, no tenemos limitaciones significativas sobre la permeabilidad de los sedimentos o la rapidez con la que puede fluir el agua», dijo Gustafson. ¿Haría una gran diferencia que generaría una reacción rápida? ¿O el agua subterránea juega un papel menor en el gran esquema del flujo de hielo? «

Los investigadores dicen que la presencia conocida de microbios en los sedimentos poco profundos agrega otra arruga. Es probable que esta cuenca y otras más abajo estuvieran habitadas; Y si el agua subterránea empieza a subir, sacará el carbono disuelto que utilizan estos organismos. El flujo de agua subterránea lateral luego enviará parte de este carbono al océano. Esto convertiría a la Antártida en una fuente de carbono previamente no considerada en un mundo en el que ya nada. Pero la pregunta nuevamente es si esto tendrá un impacto significativo, dijo Gustafson.

Los investigadores dicen que el nuevo estudio es solo el comienzo de la respuesta a estas preguntas. Escribieron: «La confirmación de la existencia de dinámicas de aguas subterráneas profundas ha cambiado nuestra comprensión del comportamiento de las corrientes glaciales y nos obligará a modificar los modelos de aguas subglaciales».

Otros autores son Helen Fricker de la Institución Scripps de Oceanografía, J. Paul Winberry de la Universidad Central de Washington, Ryan Ventorelli de la Universidad de Tulane y Alexander Michaud del Laboratorio Oceanográfico Bigelow. Chloe Gustafson ahora es investigadora postdoctoral en Scripps.

Referencia: «Un sistema dinámico de agua subterránea salina cartografiada en una corriente de hielo antártica» por Chloe D. Gustafson, Keri K, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. mayo 2022, Ciencia.
DOI: 10.1126 / ciencia.abm3301