Uma geleira deságua em um fiorde na costa sudoeste da Groenlândia. Um novo estudo do MIT apresenta um modelo que mapeia o fluxo dos glaciares com base em defeitos microscópicos do gelo, oferecendo uma visão diferenciada da dinâmica dos glaciares e melhorando as previsões da subida do nível do mar, detalhando as variações regionais na sensibilidade do gelo ao stress. Crédito: Meghana Ranganathan
MIT Pesquisadores desenvolveram um novo modelo para prever o fluxo de geleiras estudando defeitos microscópicos no gelo, revelando variações significativas em como o gelo responde a estresses ambientais.
Este modelo ajuda a prever melhor a taxa de elevação do nível do mar ao capturar os comportamentos diferenciados das camadas de gelo, particularmente na Antártida, melhorando as previsões sobre mudanças no nível do mar causadas pelo clima.
Fluxo das geleiras e aumento do nível do mar
À medida que derretem e se desintegram no mar, os glaciares e as camadas de gelo aumentam os níveis globais da água a taxas sem precedentes. Os cientistas precisam de uma melhor compreensão da rapidez com que os glaciares derretem e o que influencia o seu fluxo para prever e preparar-se para a futura subida do nível do mar.
Agora, um estudo realizado por cientistas do MIT oferece uma nova imagem do fluxo das geleiras, baseada na deformação microscópica do gelo. Os resultados mostram que o fluxo de uma geleira depende fortemente de como os defeitos microscópicos se movem através do gelo.
Os pesquisadores descobriram que poderiam estimar o fluxo de uma geleira com base na tendência do gelo a defeitos microscópicos de um tipo ou de outro. Eles usaram essa relação entre deformação em micro e macroescala para desenvolver um novo modelo de como as geleiras fluem. Com o novo modelo, eles mapearam o fluxo de gelo em locais do manto de gelo da Antártica.
Um fluxo de gelo através de vales próximos à plataforma de gelo Ross, na Antártica. Crédito: Meghana Ranganathan
Desafiando a sabedoria convencional sobre o fluxo de gelo
Ao contrário da sabedoria convencional, descobriram eles, a camada de gelo não é um monólito, mas sim mais variada no que diz respeito a onde e como flui em resposta às tensões provocadas pelo aquecimento. O estudo “altera drasticamente as condições climáticas sob as quais as camadas de gelo marinho podem tornar-se instáveis e conduzir a rápidas taxas de subida do nível do mar”, escrevem os investigadores no seu artigo.
“Este estudo realmente mostra o efeito dos processos em microescala no comportamento em macroescala”, diz Meghana Ranganathan PhD ’22, que liderou o estudo como estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT e agora é pós-doutorado na Geórgia Tecnologia. “Esses mecanismos acontecem na escala das moléculas de água e, em última análise, podem afetar a estabilidade do manto de gelo da Antártida Ocidental.”
“Em termos gerais, as geleiras estão acelerando, e há muitas variantes em torno disso”, acrescenta o coautor e professor associado da EAPS Brent Minchew. “Este é o primeiro estudo que dá um passo do laboratório para as camadas de gelo e começa a avaliar qual é a estabilidade do gelo no ambiente natural. Isso acabará por alimentar nossa compreensão da probabilidade de elevação catastrófica do nível do mar.”
O estudo de Ranganathan e Minchew foi publicado recentemente no Anais da Academia Nacional de Ciências.
Movimento das geleiras e implicações no nível do mar
O fluxo glacial descreve o movimento do gelo do pico de uma geleira, ou do centro de uma camada de gelo, até as bordas, onde o gelo se quebra e derrete no oceano — um processo normalmente lento que contribui ao longo do tempo para elevar o nível médio do mar no mundo.
Nos últimos anos, o nível dos oceanos aumentou a taxas sem precedentes, impulsionado pelo aquecimento global e pelo derretimento acelerado dos glaciares e das camadas de gelo. Embora se saiba que a perda de gelo polar é um dos principais contribuintes para a subida do nível do mar, é também a maior incerteza quando se trata de fazer previsões.
Identificando processos microfísicos de fluxo de gelo
“Parte disso é um problema de escala”, explica Ranganathan. “Muitos dos mecanismos fundamentais que fazem o gelo fluir acontecem em uma escala muito pequena que não podemos ver. Queríamos definir exatamente quais são esses processos microfísicos que governam o fluxo do gelo, que não foram representados em modelos de mudança do nível do mar.”
O novo estudo da equipe baseia-se em experimentos anteriores do início dos anos 2000 realizados por geólogos da Universidade de Minnesota, que estudaram como pequenos pedaços de gelo se deformam quando fisicamente tensionados e comprimidos. Seu trabalho revelou dois mecanismos microscópicos pelos quais o gelo pode fluir: “deslizamento de deslocamento”, onde rachaduras do tamanho de moléculas migram através do gelo, e “deslizamento de limite de grão”, onde cristais de gelo individuais deslizam uns contra os outros, fazendo com que a fronteira entre eles se mova. através do gelo.
Os geólogos descobriram que a sensibilidade do gelo ao estresse, ou a probabilidade de fluir, depende de qual dos dois mecanismos é dominante. Especificamente, o gelo é mais sensível ao estresse quando defeitos microscópicos ocorrem por fluência de deslocamento, em vez de deslizamento dos limites dos grãos.
Ranganathan e Minchew perceberam que essas descobertas no nível microscópico poderiam redefinir como o gelo flui em escalas glaciais muito maiores.
“Os modelos atuais para a elevação do nível do mar assumem um único valor para a sensibilidade do gelo ao estresse e mantêm esse valor constante em toda a camada de gelo”, explica Ranganathan. “O que esses experimentos mostraram foi que, na verdade, há bastante variabilidade na sensibilidade do gelo, devido a qual desses mecanismos está em jogo.”
Um novo modelo para prever o fluxo das geleiras
Para o seu novo estudo, a equipe do MIT aproveitou os insights dos experimentos anteriores e desenvolveu um modelo para estimar a sensibilidade de uma região gelada ao estresse, que está diretamente relacionada à probabilidade de o gelo fluir. O modelo coleta informações como a temperatura ambiente, o tamanho médio dos cristais de gelo e a massa estimada de gelo na região, e calcula o quanto o gelo está se deformando por fluência de deslocamento versus deslizamento dos limites de grão. Dependendo de qual dos dois mecanismos é dominante, o modelo estima então a sensibilidade da região ao stress.
Os cientistas alimentaram o modelo com observações reais de vários locais do manto de gelo da Antártica, onde outros já haviam registrado dados como a altura local do gelo, o tamanho dos cristais de gelo e a temperatura ambiente. Com base nas estimativas do modelo, a equipe gerou um mapa da sensibilidade do gelo ao estresse em toda a camada de gelo da Antártida. Quando compararam este mapa com medições de satélite e de campo tiradas da camada de gelo ao longo do tempo, observaram uma correspondência aproximada, sugerindo que o modelo poderia ser usado para prever com precisão como os glaciares e as camadas de gelo fluirão no futuro.
Previsões Futuras e Impactos das Mudanças Climáticas
“À medida que as alterações climáticas começam a diluir os glaciares, isso pode afetar a sensibilidade do gelo ao stress”, diz Ranganathan. “As instabilidades que esperamos na Antártica podem ser muito diferentes, e agora podemos capturar essas diferenças, utilizando este modelo.”
