Cerca de 10 por cento da massa terrestre da Terra é coberta por geleiras, a maioria desliza lentamente pela terra ao longo dos anos, esculpindo fiordes e rios em seu rastro. Mas cerca de 1 por cento das geleiras podem aumentar repentinamente, derramando sobre a terra em 10 a 100 vezes sua velocidade normal.

Quando isso acontece, uma onda glacial pode causar avalanches, rios e lagos de inundação, e sobrecarregar assentamentos a jusante. O que desencadeia os próprios surtos é uma questão de longa data no campo da glaciologia.

Agora, cientistas do MIT e do Dartmouth College desenvolveram um modelo que identifica as condições que desencadeariam o surgimento de uma geleira. Por meio de seu modelo, os pesquisadores descobriram que a onda glacial é impulsionada pelas condições do sedimento subjacente, e especificamente pelos minúsculos grãos de sedimento que se encontram sob uma geleira imponente.

"Há uma grande separação de escalas:as geleiras são coisas enormes, e acontece que seu fluxo, esta incrível quantidade de impulso, é de alguma forma impulsionado por grãos de sedimentos em escala milimétrica, "diz Brent Minchew, o professor assistente Cecil e Ida Green no Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias. "É uma coisa difícil de entender. E é emocionante abrir toda essa nova linha de investigação que ninguém havia realmente considerado antes."

O novo modelo de onda glacial também pode ajudar os cientistas a entender melhor o comportamento de grandes massas de gelo em movimento.

"Pensamos nas ondas glaciais como laboratórios naturais, "Minchew diz." Porque eles são tão extremos, evento transitório, as ondas glaciais nos dão essa janela de como outros sistemas funcionam, como os riachos de fluxo rápido na Antártica, quais são as coisas que importam para a elevação do nível do mar. "

Minchew e seu co-autor Colin Meyer, de Dartmouth, publicaram seus resultados este mês no jornal Anais da Royal Society A .

Uma geleira se solta

Enquanto ele ainda era um Ph.D. aluna, Minchew estava lendo "The Physics of Glaciers, "o livro-texto padrão no campo da glaciologia, quando ele se deparou com uma passagem bastante sombria com a perspectiva de modelar uma onda glacial. A passagem delineou os requisitos básicos de tal modelo e fechou com uma perspectiva pessimista, observando que "tal modelo não foi estabelecido, e nenhum está à vista. "

Em vez de desanimar, Minchew considerou esta declaração um desafio, e como parte de sua tese começou a delinear a estrutura de um modelo para descrever os eventos desencadeadores de uma onda glacial.

Como ele rapidamente percebeu, o punhado de modelos que existiam na época baseava-se na suposição de que a maioria das geleiras do tipo surto ficava sobre o leito rochoso - superfícies ásperas e impermeáveis ​​que os modelos presumiam permanecer inalteradas enquanto as geleiras fluíam. Mas os cientistas já observaram que ondas glaciais muitas vezes não ocorrem sobre rochas sólidas, mas sim através de sedimentos em movimento.

O modelo de Minchew simula o movimento de uma geleira sobre uma camada permeável de sedimentos, feito de grãos individuais, o tamanho do qual ele pode ajustar no modelo para estudar ambas as interações dos grãos dentro do sedimento, e finalmente, o movimento da geleira em resposta.

O novo modelo mostra que, à medida que uma geleira se move a uma taxa normal em um leito de sedimentos, os grãos no topo da camada de sedimentos, em contato direto com a geleira, são arrastados junto com a geleira na mesma velocidade, enquanto os grãos em direção ao meio se movem mais devagar, e os que estão embaixo ficam parados.

Este deslocamento de grãos em camadas cria um efeito de cisalhamento dentro da camada de sedimentos. Na microescala, o modelo mostra que esse cisalhamento ocorre na forma de grãos de sedimentos individuais que rolam uns sobre os outros. Conforme os grãos rolam, sobre, e embora com a geleira, eles abrem espaços dentro da camada de sedimentos saturados de água que se expandem, fornecendo bolsos para a água escoar. Isso cria uma diminuição na pressão da água, que atua no fortalecimento do material sedimentar como um todo, criando uma espécie de resistência contra os grãos do sedimento e tornando mais difícil para eles rolarem junto com a geleira em movimento.

Contudo, como uma geleira acumula neve, ele engrossa e sua superfície fica mais inclinada, o que aumenta as forças de cisalhamento que atuam sobre o sedimento. À medida que o sedimento enfraquece, a geleira começa a fluir cada vez mais rápido.

"Quanto mais rápido flui, quanto mais a geleira se afina, e quando você começa a emagrecer, você está diminuindo a carga para o sedimento, porque você está diminuindo o peso do gelo. Então você está trazendo o peso do gelo para mais perto da pressão da água do sedimento. E isso acaba enfraquecendo o sedimento, "Minchew explica." Quando isso acontecer, tudo começa a se soltar, e você tem uma onda. "

Tosquia antártica

Como um teste de seu modelo, os pesquisadores compararam as previsões de seu modelo com as observações de duas geleiras que sofreram ondas recentemente, e descobriram que o modelo foi capaz de reproduzir as taxas de fluxo de ambas as geleiras com precisão razoável.

Para prever quais geleiras surgirão e quando, os pesquisadores dizem que os cientistas terão que saber algo sobre a força do sedimento subjacente, e em particular, a distribuição de tamanho dos grãos do sedimento. Se essas medições podem ser feitas do ambiente de uma geleira em particular, o novo modelo pode ser usado para prever quando e por quanto essa geleira irá aumentar.

Além das ondas glaciais, Minchew espera que o novo modelo ajude a iluminar a mecânica do fluxo de gelo em outros sistemas, como os mantos de gelo na Antártica Ocidental.

"É possível que possamos obter 1 a 3 metros de elevação do nível do mar a partir da Antártica Ocidental ainda em vida, "Minchew diz. Este tipo de mecanismo de cisalhamento em ondas glaciais pode desempenhar um papel importante na determinação das taxas de aumento do nível do mar que você obteria na Antártica Ocidental."

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.