Antes e Depois: Imagens de satélite do encolhimento das geleiras ao longo da Antártica ocidental, de 18 de fevereiro de 1975 (acima) a 2 de março de 2015 (abaixo). Crédito: Observatório Terrestre da NASA
Uma teoria recente ilustra o mecanismo pelo qual a água sob os glaciares pode subir – criando um perigoso ciclo de feedback.
Dois pesquisadores da Georgia Tech, Alex Robel e Shi Joyce Sim, colaboraram em um novo modelo de como a água se move sob as geleiras. A nova teoria mostra que o volume de água que flui por baixo destas massas de gelo para o oceano pode ser o dobro das estimativas anteriores. Este aumento significativo na descarga de água subglacial poderá acelerar o derretimento dos glaciares, contribuir para a subida do nível do mar e provocar perturbações ecológicas.
Sua pesquisa foi publicada recentemente na revista Avanços da Ciência.
Embora existam métodos pré-existentes para compreender o fluxo subglacial, essas técnicas envolvem cálculos demorados. Em contraste, Robel e Sim desenvolveram uma equação simples, que pode prever a rapidez com que a exfiltração, a descarga de águas subterrâneas de aquíferos sob mantos de gelo, usando medições de satélite da Antártida das últimas duas décadas.
“Na linguagem matemática, dir-se-ia que temos uma solução fechada”, explica Robel, professor assistente na Escola de Ciências da Terra e Atmosféricas. “Anteriormente, as pessoas executavam um modelo hidromecânico, que teria de ser aplicado em todos os pontos sob a Antártida, e depois executado durante um longo período de tempo.” Dado que a nova teoria dos investigadores é uma equação matematicamente simples, em vez de um modelo, “toda a nossa previsão pode ser feita numa fracção de segundo num portátil”, diz Robel.
Alex Robel é professor assistente na Escola de Ciências da Terra e Atmosféricas da Georgia Tech. Crédito: Georgia Tech (Allison Carter)
Robel acrescenta que embora haja precedência para o desenvolvimento destes tipos de teorias para tipos semelhantes de modelos, esta teoria é específica na medida em que é para as condições de contorno específicas e outras condições que existem sob as camadas de gelo. “Esta é, até onde sabemos, a primeira teoria matematicamente simples que descreve a exfiltração e infiltração sob as camadas de gelo.”
“É muito bom quando você consegue um modelo muito simples para descrever um processo — e então ser capaz de prever o que pode acontecer, especialmente usando os ricos dados que temos hoje. É incrível”, acrescenta Sim, pesquisador da Escola de Ciências da Terra e Atmosféricas. “Ver os resultados foi bastante surpreendente.”
Um dos principais argumentos do artigo sublinha a fonte potencialmente grande de água subglacial – possivelmente até o dobro da quantidade anteriormente pensada – que pode estar a afetar a rapidez com que o gelo glacial flui e a rapidez com que o gelo derrete na sua base. Robel e Sim esperam que as previsões possibilitadas por esta teoria possam ser incorporadas em modelos de mantos de gelo que os cientistas usam para prever futuras mudanças nas camadas de gelo e aumento do nível do mar.
Um ciclo de feedback perigoso
Aquíferos são áreas subterrâneas de rochas porosas ou sedimentos ricos em águas subterrâneas. “Se você tirar o peso dos aquíferos como há em grandes partes da Antártica, a água começará a fluir para fora dos sedimentos”, explica Robel, fazendo referência a um diagrama criado por Sim. Embora este processo, conhecido como exfiltração, tenha sido estudado anteriormente, o foco tem sido nas longas escalas de tempo dos ciclos interglaciais, que cobrem dezenas de milhares de anos.
Tem havido menos trabalho sobre as camadas de gelo modernas, especialmente sobre a rapidez com que a exfiltração pode estar ocorrendo sob as partes mais finas da atual camada de gelo da Antártida. No entanto, usando dados recentes de satélite e a sua nova teoria, a equipa foi capaz de prever como seria a exfiltração sob essas modernas camadas de gelo.
“Há uma ampla gama de previsões possíveis”, explica Robel. “Mas dentro dessa gama de previsões, existe a possibilidade muito real de que a água subterrânea possa estar fluindo para fora do aquífero a uma velocidade que a tornaria a maioria, ou perto da maioria, da água que está sob a camada de gelo.”
Shi Joyce Sim é pesquisadora da Escola de Ciências da Terra e Atmosféricas da Georgia Tech. Crédito: Georgia Tech (Shi Joyce Sim)
Se esses parâmetros estiverem corretos, isso significaria que há duas vezes mais água entrando na interface subglacial do que as estimativas anteriores supunham.
Os mantos de gelo agem como um cobertor, cobrindo a terra quente e retendo o calor no fundo, longe da atmosfera fria da Antártica – e isso significa que o local mais quente do manto de gelo da Antártica está na parte inferior do manto, e não na superfície. À medida que uma camada de gelo fica mais fina, a água subterrânea mais quente pode exfiltrar mais rapidamente, e esse gradiente de calor pode acelerar o derretimento que uma camada de gelo experimenta.
“Quando a atmosfera aquece, são necessários dezenas de milhares de anos para que esse sinal se difunda através de uma camada de gelo do tamanho da espessura da camada de gelo da Antártida”, explica Robel. “Mas este processo de exfiltração é uma resposta ao afinamento já em curso da camada de gelo, e é uma resposta imediata neste momento.”
Implicações amplas
Além do aumento do nível do mar, esta exfiltração e derretimento adicionais têm outras implicações. Alguns dos locais de maior produtividade marinha do mundo ocorrem ao largo da costa da Antártida, e ser capaz de prever melhor a exfiltração e o derretimento poderia ajudar os biólogos marinhos a compreender melhor onde está a ocorrer a produtividade marinha e como esta poderá mudar no futuro.
Robel também espera que este trabalho abra a porta para mais colaborações com hidrólogos de águas subterrâneas que possam aplicar os seus conhecimentos à dinâmica dos mantos de gelo, enquanto Sim sublinha a necessidade de mais trabalho de campo.
“Fazer com que os experimentalistas e observacionalistas se interessem em tentar ajudar-nos a restringir melhor algumas das propriedades destes sedimentos carregados de água – isso seria muito útil”, diz Sim. “Essa é a nossa maior incógnita neste momento e influencia fortemente os resultados.”
“É realmente interessante como existe o potencial de extrair calor das profundezas do sistema”, acrescenta ela. “Há muita água que poderia estar retirando mais calor, e acho que há um orçamento de calor que poderia ser interessante de se observar.”
No futuro, a colaboração continuará a ser fundamental. “Gostei muito de conversar com Joyce (Sim) sobre esses problemas”, diz Rober, “porque Joyce é especialista em fluxo de calor e fluxo poroso no interior da Terra, e esses são problemas nos quais eu não havia trabalhado antes. Esse foi um aspecto legal dessa colaboração. Conseguimos unir essas duas áreas em que ela trabalha e eu trabalho.”
O estudo foi financiado por NASA quartel general.
