Las hojas de hielo antárticas son las mayores formas glaciales de la Tierra, cubriendo aproximadamente 14 millones de kilómetros cuadrados y manteniendo aproximadamente el 60 por ciento del agua fresca del planeta. Si toda la hoja de hielo se derrite, los niveles mundiales del mar aumentarían en unos 58 metros. Estas hojas de hielo no son estáticas; son sistemas dinámicos que responden a cambios en la temperatura, las corrientes oceánicas y las condiciones atmosféricas. Comprender su comportamiento es esencial para predecir el futuro aumento del nivel del mar y evaluar la estabilidad del sistema climático global. En este artículo se examina la estructura, la dinámica y la importancia mundial de las hojas de hielo de la Antártida, centrándose en los factores que influyen en su estabilidad y en los esfuerzos de investigación encaminados a vigilar sus cambios.

Panorama general de las hojas de hielo antártico

Las hojas de hielo antárticos consisten en dos componentes principales: la hoja de hielo antártico oriental (EAIS) y la hoja de hielo antártico occidental (WAIS). Estas dos hojas de hielo están separadas por las Montañas Transantárticas, una cordillera que abarca el continente. El EAIS es el mayor de los dos, que cubre alrededor de 10 millones de kilómetros cuadrados y contiene aproximadamente 53 metros de nivel del mar equivalente. El WAIS es más pequeño pero más vulnerable al cambio climático, que tiene unos 3,3 metros de equivalente a nivel del mar. Juntos, estas hojas de hielo forman un enorme reservorio de agua congelada que se ha acumulado durante millones de años.

Hoja de hielo antártico oriental

El EAIS es una hoja de hielo de alta elevación que se encuentra en un cantón continental, lo que lo hace relativamente estable en comparación con su contraparte occidental. La superficie de hielo se eleva a más de 4.000 metros sobre el nivel del mar en algunas zonas, y el espesor del hielo puede superar los 4.800 metros en las partes más profundas. El EAIS se caracteriza por un lento flujo de hielo y un clima frío y seco. Las tasas de acumulación de nieve son bajas, y la hoja de hielo está en casi equilibrio con el clima actual. Sin embargo, estudios recientes sugieren que partes de la EAIS, en particular la Cuenca Subglacial de Aurora y la región glaciar Totten, están mostrando signos de adelgazamiento y mayor pérdida de hielo. Aunque la EAIS ha sido tradicionalmente considerada como la hoja de hielo "estable", evidencia emergente indica que puede ser más sensible a las aguas oceánicas cálidas de lo que se pensaba anteriormente.

Hoja de hielo antártico occidental

El WAIS es una hoja de hielo marina, lo que significa que grandes porciones de su línea de tierra están por debajo del nivel del mar. Esto lo hace intrínsecamente inestable porque el agua tibia del océano puede subcortar los estantes de hielo y provocar un retiro rápido. El WAIS descansa en una cama que se inclina hacia el interior, una configuración que puede conducir a la inestabilidad de las hojas de hielo marinas. Si la línea de tierra se retira, expone hielo más grueso al océano, acelerando la tasa de retiro. El WAIS es drenado por varias corrientes importantes de hielo, incluyendo el Glaciar de la Isla del Pino y el Glaciar de Thwaites, que son uno de los glaciares más rápidos en la Antártida. Estos glaciares han experimentado un importante adelgazamiento y aceleración en los últimos decenios, lo que ha contribuido considerablemente al aumento mundial del nivel del mar.

Formación y estructura de las hojas de hielo

Las hojas de hielo antártico comenzaron a formar hace aproximadamente 34 millones de años durante la transición Eoceno-Oligoceno. La apertura del Paso de Drake y el desarrollo de la Corriente Circumpolar Antártica aislaron al continente de aguas oceánicas más cálidas, permitiendo que el hielo se acumulara. Durante millones de años, la nieve compactó en el abeto y luego en el hielo glacial, creando capas que registran la historia climática de la Tierra. Las hojas de hielo están sumergidas por un complejo paisaje subglacial que incluye sierras, valles y lagos subglaciales. El más grande de estos lagos es el lago Vostok, que se encuentra debajo de unos 4 kilómetros de hielo y ha sido aislado de la atmósfera durante millones de años.

La estructura interna de las hojas de hielo se caracteriza por capas de hielo que tienen diferentes propiedades físicas. Las capas superiores consisten en fiern de baja densidad, mientras que las capas más profundas son hielo denso y claro. El hielo se deforma bajo su propio peso, fluyendo desde el interior hacia la costa. Las velocidades de flujo de hielo varían de menos de 10 metros por año en el interior a más de 1.000 metros por año en los flujos de hielo rápidos y glaciares de salida. El hielo se descarga en el océano ya sea como icebergs o a través de fundición en la base de estantes de hielo.

Estantes de hielo: La extensión flotante

Los estantes de hielo son las extensiones flotantes de las hojas de hielo que ocurren donde el hielo fluye del continente y sobre el océano. Ellos juegan un papel crítico en la estabilización de la hoja de hielo al proporcionar backstress que retiene el flujo de hielo interior. Los estantes de hielo más grandes de la Antártida son la plataforma de hielo Ross y la plataforma de hielo Filchner-Ronne, cada una de las cuales cubre un área mayor que Francia. Los estantes de hielo pierden masa a través de la calvicie y la fundición basal. Calving produce icebergs, algunos de los cuales son enormes icebergs tabulares que pueden persistir durante años. El derretimiento de la base ocurre cuando el agua tibia del océano circula bajo el estante de hielo, fundiendo la parte inferior. Este proceso es un conductor clave del adelgazamiento de la plataforma de hielo y puede conducir al colapso de la plataforma de hielo, como se ve con la plataforma de hielo Larsen B en 2002.

Impacto mundial de la fusión de hielo

El derretimiento de las hojas de hielo antártico tiene consecuencias de gran alcance para el sistema climático mundial y las sociedades humanas. El impacto más directo es el aumento del nivel del mar. Las hojas de hielo antártico contienen suficiente agua para elevar los niveles mundiales del mar en aproximadamente 58 metros. Incluso una pequeña fracción de esta pérdida de hielo tendría efectos significativos en las comunidades costeras de todo el mundo. En las últimas décadas, la tasa de pérdida de hielo de la Antártida se ha acelerado. Según NASA, el continente perdió un promedio de 118 mil millones de toneladas de hielo al año entre 2002 y 2017, principalmente de la Antártida Occidental. Según estimaciones más recientes, la tasa de pérdida de hielo ha aumentado a unos 200 millones de toneladas anuales.

Más allá del aumento del nivel del mar, el derretimiento del hielo antártico afecta a la circulación oceánica y los patrones climáticos. La entrada de agua dulce del hielo de derretimiento puede interrumpir la formación del agua del fondo antártico, una masa de agua fría y densa que impulsa la circulación mundial del océano. Los cambios en la circulación oceánica pueden alterar el transporte de calor, los patrones de precipitación y la distribución de nutrientes marinos. Además, la pérdida de hielo de la Antártida expone aguas oceánicas más oscuras, que absorben más radiación solar y amplifican el calentamiento a través de un circuito de retroalimentación positivo conocido como la retroalimentación del hielo.

Niveles de mar en aumento

El aumento del nivel del mar es quizás el impacto más bien documentado del derretimiento de las hojas de hielo. A nivel mundial, los niveles del mar han aumentado alrededor de 20 centímetros desde principios del siglo XX, y la tasa de aumento se está acelerando. La contribución de la Antártida a este aumento ha aumentado de alrededor del 5 por ciento en la década de 1990 a más del 20 por ciento hoy. Si continúan las tendencias actuales, la Antártida podría convertirse en el contribuyente dominante al aumento del nivel del mar para finales del siglo. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) proyectos que los niveles mundiales del mar podrían aumentar de 0,6 a 1,1 metros en 2100 en escenarios de alta emisión, con una mayor contribución de la Antártida si la inestabilidad de las hojas de hielo se acelera.

Las comunidades costeras ya están experimentando los efectos del aumento del nivel del mar en forma de aumento de las inundaciones, la erosión y la intrusión de agua salada. Las naciones insulares de baja altitud y las regiones del delta son particularmente vulnerables. Las ciudades importantes, como Nueva York, Shanghai y Mumbai, podrían enfrentar desafíos importantes si los niveles del mar siguen aumentando. En algunas zonas se están aplicando medidas de adaptación, como los muros marinos, las barreras a las inundaciones y el retiro gestionado, pero la magnitud del desafío es inmensa.

Impacto en la Circulación Oceánica

La formación del agua del fondo antártico se produce en algunas regiones clave alrededor de la Antártida, incluyendo el Mar de Weddell y el Mar de Ross. Este proceso implica el enfriamiento y hundimiento de aguas superficiales, que luego se extienden hacia el norte a lo largo del fondo marino. La entrada de agua dulce del hielo fundido reduce la salinidad y densidad de las aguas superficiales, inhibiendo el proceso de hundimiento. Las observaciones han demostrado que el agua del fondo antártico ha estado abriendo y calentando en las últimas décadas, lo que indica que la tasa de formación puede estar disminuyendo. Los cambios en la formación del agua inferior pueden afectar a la circulación global, que desempeña un papel clave en la distribución del calor y el carbono alrededor del planeta. Una desaceleración de esta circulación podría alterar los patrones climáticos, incluyendo la intensidad de los monzones y la posición de las vías de tormenta.

Factores que afectan a la estabilidad de la hoja de hielo

La estabilidad de las hojas de hielo antárticas está influenciada por un conjunto complejo de factores que operan en diferentes escalas de tiempo. Estos incluyen temperatura atmosférica, temperatura oceánica, refuerzo de plataforma de hielo, hidrología subglacial y dinámicas internas de hielo. Comprender cómo interactúan estos factores es esencial para predecir el comportamiento futuro de las hojas de hielo.

Atmosférico Warming

El aumento de las temperaturas atmosféricas afecta principalmente a las hojas de hielo mediante un aumento de la fusión superficial. Aunque el derretimiento superficial es más común en la península Antártica, también puede ocurrir en otras regiones costeras. Meltwater puede penetrar en la capa de abeto y volver a liberarse, o puede correr hacia el océano. En algunos casos, el agua derretida puede drenar a través de grietas a la base del hielo, donde puede lubricar la cama y acelerar el flujo de hielo. La Península Antártica ha experimentado algunos de los calentamientos más rápidos de la Tierra, con temperaturas que se elevan alrededor de 3 grados Celsius desde la década de 1950. Este calentamiento ha llevado al colapso de varios estantes de hielo, incluyendo Larsen A y Larsen B.

Ocean Warming

Las aguas oceánicas cálidas son un motor primario de la pérdida de hielo de la Antártida Occidental. El Circumpolar Deep Water, una masa de agua relativamente cálida, fluye hacia la plataforma continental y hacia las cavidades bajo los estantes de hielo. Este agua derrite el hielo desde abajo, adelgazando los estantes de hielo y reduciendo su capacidad para reforzar el flujo de hielo interior. La línea de tierra, donde la hoja de hielo pierde contacto con la cama y comienza a flotar, retrocede mientras el estante de hielo disminuye. En la Antártida Occidental, el Glaciar de la Isla Pine y el Glaciar Thwaites son particularmente vulnerables porque se sientan en una pendiente de cama retrograda, lo que significa que la cama se profundiza en el interior. Esta configuración puede llevar al retiro de fuga si la línea de tierra cruza un umbral crítico. Los científicos han acuñado el término "inestablecimiento de hojas de hielo marinas" para describir este proceso.

Ice Shelf Buttresing

Los estantes de hielo actúan como nalgas que restringen el flujo de hielo interior. Cuando un estante de hielo está presente, proporciona retrete que ralentiza los flujos de hielo que se alimentan en él. Si el estante de hielo adelgaza o colapsa, este efecto de nalgas se reduce y el hielo interior se acelera. La pérdida de la plataforma de hielo Larsen B en 2002 llevó a un aumento de 3 a 8 veces en el flujo de los glaciares que lo alimentaban. Del mismo modo, el adelgazamiento de la Isla del Pino y los estantes de hielo de Thwaites ha llevado a la aceleración y retirada de la línea de tierra. La estabilidad de los estantes de hielo depende de su grosor, la presencia de subidas de hielo y puntos de perforación, y la temperatura del agua del océano debajo de ellos.

Hidrología Subglacial y Condiciones de Cama

Las condiciones en la base de la hoja de hielo juegan un papel crucial en la determinación de velocidades de flujo de hielo. Donde la cama está caliente y mojada, el hielo puede deslizarse más fácilmente, lo que conduce a un flujo más rápido. Los lagos subglaciales, como los del sistema Whillans Ice Stream, pueden drenar periódicamente y causar pulsos de movimiento rápido de hielo. La distribución del agua subglacial está controlada por la topografía de la cama y el flujo de calor geotérmico. En algunas regiones, el flujo de calor geotérmico alto puede mantener la cama caliente incluso si la superficie es fría. Comprender el entorno subglacial es difícil porque las observaciones directas son limitadas, pero las encuestas sísmicas, las mediciones de radar y los datos de satélite están proporcionando nuevas ideas.

Principales regiones de preocupación

Si bien toda la hoja de hielo de la Antártida es de interés científico, algunas regiones han atraído especial atención debido a sus rápidos cambios y potencial para grandes contribuciones al aumento del nivel del mar. El sector del Mar Amundsen de la Antártida Occidental, que incluye a los glaciares Pine Island y Thwaites, se conoce a menudo como el "bajo vientre débil" de la hoja de hielo. Estos glaciares se encuentran entre los más rápidos de la Antártida y están experimentando algunas de las mayores tasas de pérdida de hielo. El Glaciar Thwaites, en particular, ha sido llamado el " Glaciar Doomsday" debido a su potencial para elevar los niveles del mar alrededor de 0,6 metros si se colapsa completamente, y potencialmente más si desencadena el colapso de los glaciares adyacentes.

En la Antártida Oriental, el Glaciar Totten es una preocupación importante. Este glaciar drena una porción de la Cuenca Subglacial de Aurora, que contiene un estimado de 3,5 metros de nivel del mar equivalente. El Glaciar Totten es vulnerable al agua oceánica caliente que alcanza la línea de tierra a través de un profundo trough. Las observaciones han demostrado que el glaciar ha sido adelgazamiento y su línea de tierra se ha retirado en los últimos años. Otras regiones de interés son la plataforma de hielo Getz, la plataforma de hielo Ross y la plataforma de hielo Filchner-Ronne, cada una de las cuales desempeña un papel único en la estabilidad de las hojas de hielo.

Actividades de vigilancia e investigación

La vigilancia de las hojas de hielo de la Antártida es una empresa masiva que requiere una combinación de teleobservación por satélite, observaciones sobre el terreno y modelos numéricos. El objetivo es rastrear los cambios en la masa de la hoja de hielo, la velocidad del flujo de hielo, la posición de la línea de tierra y el espesor de la plataforma de hielo. Esta información se utiliza para mejorar las predicciones del futuro aumento del nivel del mar y para comprender los procesos que impulsan la pérdida de hielo.

Misiones por satélite

Los satélites son la principal herramienta para vigilar las hojas de hielo a escala continental. El GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) y misiones GRACE-FO miden los cambios en el campo de gravedad de la Tierra, que pueden utilizarse para determinar los cambios en la masa de hojas de hielo. Estas misiones han proporcionado un registro continuo de la pérdida masiva de la Antártida desde 2002. Las misiones ICESat e ICESat-2 utilizan altímetro láser para medir los cambios en la elevación de la superficie de hielo, proporcionando datos de alta resolución sobre los cambios de espesor de la hoja de hielo. Las misiones Sentinel-1 y RADARSAT-2 proporcionan datos de radar que pueden utilizarse para rastrear las velocidades de flujo de hielo y las posiciones de las líneas de tierra. En conjunto, estas misiones por satélite constituyen un sistema amplio de vigilancia.

Observaciones sobre el terreno

Las observaciones sobre el terreno son esenciales para calibrar los datos de satélite y para comprender los procesos que impulsan el comportamiento de las hojas de hielo. Los investigadores implementan receptores GPS en la superficie de hielo para medir velocidades de flujo de hielo y deformación. El radar de captación de hielo se utiliza para mapear la topografía de la cama y las capas internas de la hoja de hielo. Los núcleos de hielo se perforan para recuperar muestras de hielo antiguo y burbujas de aire, proporcionando un registro de condiciones climáticas pasadas. Los instrumentos oceanográficos de subice se despliegan mediante pozos para medir la temperatura y la salinidad de las aguas oceánicas bajo los estantes de hielo. Estas observaciones son difíciles y costosas, pero proporcionan datos críticos que no pueden obtenerse del espacio.

Modelado numérico

Los modelos numéricos se utilizan para simular el comportamiento de las hojas de hielo y para proyectar cambios futuros. Estos modelos incorporan la física del flujo de hielo, las interacciones entre la hoja de hielo y el océano, y los efectos del forzamiento climático. Los modelos de vanguardia incluyen el modelo de hoja de hielo paralelo (PISM), el modelo de sistema de hoja de hielo (ISSM) y el modelo de hoja de hielo comunitario (CISM). Estos modelos se utilizan para evaluar la probabilidad de inestabilidad de las hojas de hielo marinas y cuantificar la gama de posibles contribuciones al aumento del nivel del mar de la Antártida. Las predicciones de estos modelos se asocian con incertidumbres significativas, en particular con respecto al momento y la magnitud del colapso de la hoja de hielo. Reducir estas incertidumbres es un objetivo importante de la comunidad de investigación.

Proyecciones futuras

Proyectar el comportamiento futuro de las hojas de hielo antártico es un complejo desafío científico. El Sexto Informe de Evaluación del IPCC proporciona una gama de proyecciones para la contribución de la Antártida al aumento del nivel del mar en 2100, de aproximadamente 5 centímetros bajo escenarios de baja emisión a más de 40 centímetros bajo escenarios de alta emisión. Estas proyecciones no incluyen el potencial para el colapso rápido de la hoja de hielo, que podría añadir sustancialmente más. Los estudios sugieren que si se activa la inestabilidad de las hojas de hielo marinas, la Antártida podría contribuir más de 1 metro al aumento del nivel del mar en 2100 y varios metros en 2300.

El destino a largo plazo de las hojas de hielo depende de la trayectoria de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Si las emisiones siguen aumentando, es probable que el calentamiento de la atmósfera y el océano aumente la pérdida de hielo de la Antártida. Si las emisiones se reducen marcadamente, puede ser posible frenar o incluso detener el retiro de las hojas de hielo. Sin embargo, algunos procesos, como el retiro de la línea de tierra en la Antártida Occidental, pueden ya ser irreversibles en los plazos humanos. Las decisiones tomadas en las próximas décadas determinarán el alcance de la fusión de la hoja de hielo y el aumento del nivel del mar asociado por siglos venideros.

Conclusión

Las hojas de hielo antárticas son las mayores formas de tierra glaciales de la Tierra y desempeñan un papel central en el sistema climático mundial. Almacenan grandes cantidades de agua dulce, y su derretimiento tiene consecuencias directas para los niveles del mar, la circulación oceánica y los patrones climáticos. Las hojas de hielo son sistemas dinámicos que responden a cambios en la temperatura, las corrientes oceánicas y las condiciones atmosféricas. Las observaciones recientes han revelado la aceleración de la pérdida de hielo, en particular en la Antártida Occidental, suscitando preocupación por el aumento del nivel del mar en el futuro. Los esfuerzos de vigilancia e investigación, incluidas las misiones por satélite, las observaciones sobre el terreno y el modelado numérico, están proporcionando nuevas ideas sobre el comportamiento de las hojas de hielo. Sin embargo, siguen existiendo importantes incertidumbres, en particular en lo que respecta al potencial de colapso rápido de la hoja de hielo. El futuro de las hojas de hielo de la Antártida está estrechamente vinculado a la política climática mundial, haciendo de su estudio una cuestión de profunda importancia para la humanidad.