À medida que se infiltram e se desintegram no mar, o derretimento dos glaciares e das camadas de gelo está a aumentar os níveis globais da água a taxas sem precedentes. Para prever e preparar-se para a futura subida do nível do mar, os cientistas precisam de uma melhor compreensão da rapidez com que os glaciares derretem e o que influencia o seu fluxo.



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.

O trabalho está publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

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 Antártida.

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, Ph.D., 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-doutoranda. na Georgia Tech. “Esses mecanismos acontecem na escala das moléculas de água e, em última análise, podem afetar a estabilidade do manto de gelo da Antártica Ocidental”.

“Em termos gerais, os glaciares estão a acelerar 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 a nossa compreensão da probabilidade de um aumento catastrófico do nível do mar."

Microfluxo

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 então se quebra e derrete no oceano - um processo normalmente lento que contribui, ao longo do tempo, para aumentar 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.

“Parte disso é um problema de escala”, explica Ranganathan. "Muitos dos mecanismos fundamentais que fazem com que o gelo flua 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 subida do nível do mar assumem um valor único para a sensibilidade do gelo ao stress e mantêm este valor constante ao longo de toda a camada de gelo”, explica Ranganathan. "O que estas experiências mostraram foi que, na verdade, existe uma grande variabilidade na sensibilidade do gelo, devido a qual destes mecanismos está em jogo."

Uma correspondência de mapeamento

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.

“À medida que as alterações climáticas começam a diluir os glaciares, isso pode afectar 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”.