As "bolhas" de água presas sob o espesso interior da camada de gelo da Groenlândia podem fornecer uma visão crítica sobre a rede hidrológica que corre nas profundezas do segundo maior corpo de gelo da Terra - e como ela pode ser desestabilizada pela mudança climática, de acordo com um novo estudo.

Cada ano, milhares de lagos naturais de água derretida se formam na superfície do interior elevado da camada de gelo, onde o gelo pode ter mais de 800 metros de espessura. À medida que esses lagos drenam, eles formam grandes cavidades cheias de água entre o gelo e a rocha.

Ao combinar observações de campo com modelos matemáticos e experimentos de laboratório, Pesquisadores liderados pela Universidade de Princeton descobriram que essas bolhas empurram a superfície do gelo para cima, em seguida, faça com que ele caia gradualmente conforme a água penetra no sistema de drenagem subglacial, de acordo com um relatório no jornal Nature Communications .

A equipe mostra pela primeira vez que a ascensão e queda do manto de gelo causada pela drenagem rápida do lago pode ser usada para estimar uma propriedade conhecida como transmissividade, que caracteriza a eficiência das redes de água que se formam entre o gelo e o leito rochoso. A drenagem do lago apresenta uma nova ferramenta para medir a transmissividade abaixo das regiões interiores do manto de gelo, onde a transmissividade é de outra forma difícil de medir, os pesquisadores relataram. Eles descobriram que a transmissividade pode aumentar em até duas ordens de magnitude durante o derretimento do verão na Groenlândia.

As descobertas podem lançar luz sobre como a mudança climática afetará o vasto interior congelado da Groenlândia à medida que o planeta aquece e aumenta o degelo da superfície, disse o primeiro autor Ching-Yao Lai, professor assistente de geociências e ciências atmosféricas e oceânicas em Princeton. A água do derretimento da superfície pode atuar como um lubrificante, ela disse, fazendo com que a geleira deslize mais facilmente pela rocha.

A pesquisa existente mostrou que uma das principais formas de o derretimento da superfície impactar a estabilidade da camada de gelo da Groenlândia é através da lubrificação da água do gelo no leito da camada de gelo, Disse Lai. A maioria desses estudos, Contudo, concentraram-se em áreas de baixa elevação, onde a camada de gelo é mais fina. Estudos anteriores também sugeriram que o aumento do derretimento da superfície poderia acelerar a velocidade da alta elevação, manto de gelo interior, mas essas descobertas são baseadas em modelos computacionais, ao invés de observações, Disse Lai.

O papel em Nature Communications fornece um raro, vislumbre baseado em observação nas redes de água em grande parte inacessíveis subjacentes ao manto de gelo de alta altitude da Groenlândia. O estudo foi apoiado pelo High Meadows Environmental Institute (HMEI) de Princeton e pela HMEI Carbon Mitigation Initiative.

“Sabemos que conforme o clima esquenta no futuro, a zona de fusão da superfície pode se expandir e migrar para altitudes mais altas do que o observado atualmente. Uma grande questão que ainda precisa ser respondida, Contudo, é o quanto a transmissividade pode aumentar ainda mais para o interior, "disse Lai, que é um membro do corpo docente associado no HMEI.

"Um impacto potencial é que a ligação entre o derretimento da superfície e o desenvolvimento da rede hídrica subglacial poderia ser ativada não apenas em elevações mais baixas, como observado atualmente, mas também em altitudes mais elevadas, "Ela disse." Mais observações de mudanças sazonais de transmissividade subglacial em resposta ao derretimento da superfície seriam necessárias para realmente entender o que aconteceria quando o derretimento migrasse para regiões de maior altitude. "

Os co-autores do artigo de Princeton são Howard Stone, membro do corpo docente associado do HMEI, Donald R. Dixon '69 de Princeton e Elizabeth W. Dixon Professor de Engenharia Mecânica e Aeroespacial e cadeira de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, e Danielle Chase, um estudante de pós-graduação no Grupo de Fluidos Complexos de Stone.

Os co-autores do estudo também incluíram Laura Stevens, um professor associado de clima e processos da superfície da terra na Universidade de Oxford, que tem ampla experiência no estudo de drenagens de lagos e dinâmica de gelo. Stevens ajudou a coletar as observações de campo na Groenlândia com os co-autores Mark Behn, professor associado de ciências terrestres e ambientais no Boston College, e Sarah Das, um cientista associado da Woods Hole Oceanographic Institution. Timothy Creyts do Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Columbia também é co-autor do estudo.

Os pesquisadores usaram dados de GPS e observações de campo de cinco eventos de drenagem do lago que ocorreram entre 2006-12 para estimar o volume de drenagem e observar os deslocamentos de superfície causados ​​pela drenagem do lago e subsequente formação de bolhas.

"Observamos nos dados de GPS uma ampla gama de tempos de relaxamento de elevação da camada de gelo após os cinco eventos de drenagem, "Stevens disse." Tínhamos a impressão de que essa expansão nos tempos de relaxamento poderia ser um indicativo de alguma característica do sistema de drenagem subglacial. Nossa compreensão foi significativamente melhorada com esta colaboração entre pesquisadores com experiência em observação, abordagens teóricas e experimentais catalisadas. "

Chase - que recebeu o prêmio HMEI Walbridge Fund Graduate Award para estudar fraturamento impulsionado por fluido - então projetou uma série de experimentos usando um tipo de silicone que imita o gelo deformável sobre um material poroso que representa a rocha. Ela injetou fluido entre a folha deformável e o substrato poroso, observando o tempo que leva para uma bolha se formar e escorrer para o substrato poroso. Trabalhando com Stone e Lai, Chase também desenvolveu um modelo matemático que explica a física que governa a elevação e relaxamento da superfície devido à formação de bolhas de água. Seu trabalho é tema de um artigo aceito recentemente pela revista Physical Review Fluids.

"Os experimentos podem ser úteis porque, no laboratório, podemos controlar e medir todos os parâmetros do sistema, o que nos permitiu testar nosso modelo, "Chase disse." Nós também podemos escolher os materiais ideais. O sistema é pequeno o suficiente para ser segurado com uma mão e o material é transparente, assim, pudemos observar diretamente a forma da bolha e a drenagem para o substrato poroso ao longo do tempo. "

O estudo é exclusivo por usar experimentos de laboratório para investigar processos naturais, como a formação de bolhas, que são difíceis de analisar em campo, onde os pesquisadores não podem controlar os parâmetros.

"É valioso ter modelos de laboratório para entender melhor os mecanismos por trás das complexas mudanças de forma que ocorrem na natureza, "Stone disse." Aqui, os experimentos de laboratório captaram as principais características mecânicas observadas em campo e nos ajudaram a entender o relaxamento da camada de gelo à medida que a água escoa ao longo do leito glacial. "

O papel, "Transmissividade hidráulica inferida do relaxamento da camada de gelo após as drenagens supraglaciais da Groenlândia, "foi publicado em 25 de junho em Nature Communications .