Estan los hielos de la Antartida y Groenlandia en peligro? en el foro de Ciencia y Naturaleza:

Introducción

Mucho se habla del posible inminente colapso de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida debido al calentamiento global que sería causado por el hombre, y el catastrófico ascenso del nivel del mar que ocurriría.
Recientemente mi atención fue atraída por el estudio de Alan Carlin (2007), que se trataba básicamente sobre cómo la reducción de las emisiones podrían ser una estrategia peligrosa para evitar el cambio climático. Carlin hace sonar la alarma acerca del cambio climático afirmando que, “La antigua y larga preocupación sobre los cambios climáticos es que podría haber un 'punto de no retorno' donde una suba continuada de las temperaturas globales podrían gatillar un calentamiento auto reforzado, no lineal, u otros efectos ambientales peligrosos más allá de los que resultan de manera inmediata del aumento mismo de la temperatura.”

Carlin argumenta que el colapso de las grandes capas de hielo es una de las peores amenazas que enfrentamos. Basa su discusión de esta amenaza percibida en estudios de Hansen (2007) y otros que proponen que el rápido derretimiento de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida Occidental (y por consiguiente de toda la Antártida) llevaría a un aumento del nivel del mar de cinco metros o más. Carlin nota que "Hansen et al creen que el más crítico de estos efectos peligrosos es la posibilidad de un sustancial crecimiento del nivel del mar debido a la rotura de partes o de toda la cobertura de hielo de Groenlandia o la Antártida Occidental."

El escenario de Hansen no es razonable. Por cierto, ni siquiera es posible. La aparente ignorancia de Hansen sobre el mecanismo por el que los glaciares fluyen le lleva a enormes errores. En este estudio, describiré la dinámica de los glaciares, tales como el balance del glaciar, la manera como los glaciares fluyen (por medio de un procesos conocido como “creep” (o “reptado lentísimo”), como el “creep” está relacionado con la temperatura, las presiones y las tensiones, y cómo las simples reglas del reptado nos permiten comprender algunas observaciones sobre los glaciares.


El Modelo de Glaciar de Hansen está equivocado!
Hansen es un modelista, y su escenario del colapso de las capas de hielo se basa en un modelo falso.

Su modelo tiene a la capa de hielo deslizándose a lo largo de un plano inclinado, lubricado por el agua derretida de la superficie, que aumenta a causa del calentamiento global. El mismo modelo es adoptado en mucho modelos copiados de otros más antiguos. Christofferson y Hambrey (2006) y Lamber et al, (2207) son ejemplos típicos. Un popular artículo basado en el mismo errado modelo apareció en la edición de junio 2007 de la revista National Geographic y la idea está presente en libros de texto como 'La Gran Edad de Hielo' (2000) de R.C.L. Wilson et al.

Desgraciadamente, el modelo de Hansen no incluye la forma principal de las Capas de Hielo de Groenlandia o la Antártida, como tampoco la comprensión sobre la manera en que fluyen los glaciares. El comportamiento predicho de las capas de hielo está basado en tasas de derretimiento y acumulación al día de hoy, y en el concepto de una capa de hielo deslizándose hacia abajo sobre un plano inclinado sobre una base lubricada por agua del derretimiento, que en sí misma estaría creciendo a causa del calentamiento global. La idea de un glaciar que se desliza cuesta abajo sobre una base lubricada parecía una buena idea cuando fue presentada por primera vez por de Saussure en 1779, pero desde entonces se ha aprendido bastante más.

No es suficiente pensar que el clima actual en las próximas décadas pueda afectar el flujote las capas de hielo. Las capas de hielo simplemente no crecen y se derriten en respuesta a la temperatura global. Cualquiera con esta visión ingenua tendría dificultad para explicar por qué la glaciación estuvo presente en el Hemisferio Sur durante 30 millones de años, y en el Hemisferio Norte por tan sólo 3 millones.

Para comprender lo que es posible, es necesario conocer algo sobre la física del flujo de los glaciares, que explica algunas cosas que no son tenidas en cuenta en el modelo de Hansen, como ser:

• ¿Por qué los cristales de hielo al pie del glaciar son mil veces más grandes que los de la nieve que los alimenta?
• ¿Por qué los el hielo de los lagos se deforma a menores tensiones que otros hielos?
• ¿Por qué las grietas sólo llegan hasta una profundidad límite?

En realidad, las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida están ubicadas en bacías cóncavas y no pueden deslizarse fuera de ellas a lo largo de un plano. Además, el flujo de los glaciares depende de las tensiones como también de las temperaturas, y la mayor parte de las capas de hielo están muy por debajo del punto de derretimiento. La acumulación de kilómetros de hielos imperturbado en cilindros de hielo de la Antártida y Groenlandia (los mismos que algunas veces son usados para alimentar ideas sobre el calentamiento global) muestran centenas de miles de años de acumulación sin derretimiento ni flujo. Excepto alrededor de los bordes, las capas de hielo fluyen en la base y dependen del calor geotérmico, no del calor del clima en su superficie. Es imposible que las capas de hielo de la Antártida o Groenlandia “colapsen.”


Balance de un glaciar

En general, los glaciares crecen, fluyen, y se derriten de manera constante, con un balance de ganancias y pérdidas. La nieve cae en los terrenos altos. Se hace cada vez más compacta con el tiempo, el aire es expulsado, y se transforma en hielo sólido. Algunas burbujas de aire quedan atrapadas, y pueden ser usadas por los científicos para examinar más tarde la composición del aire al momento de la deposición. Más precipitaciones de nieve forman otra capa en la parte superior, que sigue el mismo proceso, de manera que el hielo crece en espesor por el agregado de nuevas capas de nieve en la superficie. La existencia de tales capas, más jóvenes arriba, permite que el hielo glacial sea estudiado en el tiempo , como en los cilindros de hielo de Vostok, una fuente básica de datos sobre la temperatura y el CO2 a lo largo de unos 400.000 años.

Cuando el hielo es lo bastante grueso, comienza a fluir bajo el impulso de la gravedad. Un glaciar de montaña fluye ladera abajo, pero en algunas partes puede fluir ladera arriba emulado por una masa mayor de hielo. En una capa de hielo el flujo se produce desde el centro más alto de la deposición en dirección a los bordes de la capa de hielo. Cuando el hielo alcanza una altitud menor, o una latitud menor, donde la temperatura es mayor, comienza a derretirse o a evaporarse.

(La evaporación y el derretimiento simultáneo es llamado 'ablación', pero para simplicidad usaré el término 'derretimiento por ahora.)

Si el crecimiento y el derretimiento se equilibran, el glaciar parece estar 'estacionario'. Si las precipitaciones exceden al derretimiento, el glaciar crece. Si el derretimiento excede a las precipitaciones, el glaciar retrocede.


Cómo se mueven los glaciares

El flujo es primariamente por medio de un procesos llamado “creep” (o 'reptar lentamente'”), esencialmente el movimiento de átomos de un cristal a otro. Las primeras claves para esto provinieron de un estudio de hielo de lagos, que puede fluir a tensiones muy por debajo de la tensión de cizallamiento o corte, si el la tensión es aplicada paralela a la superficie del lago. Esto es consecuencia de las propiedades cristalinas del hielo. El hielo es un mineral hexagonal con planos de deslizamiento paralelos a la base. (ver [a] en la figura 1). El hielo de lagos es una hoja de cristales con los ejes-c verticales y los planos de deslizamiento todos paralelos a la superficie del lago, de modo que un empuje a los planos de deslizamiento deforma al hielo de manera inmediata (Ver[b] en la Figura Es necesaria mucha mayor tensión para deformar al hielo perpendicular a los planos de deslizamiento (Ver [c] en Figura 1):

Otro método de flujotes importante en el hielo “normal”. Hay una constante ganancia y pérdida de átomos entre los distintos cristales en una masa de hielo, y en la ausencia de una tensión, un grano individual de hielo pierde la misma cantidad de átomos que gana, de manera que permanece inalterado. Pero si un cristal es tensionado perderá más átomos de los que gana y por ello se reducirá, mientras que un próximo grano, sin tensión, ganará más átomos de los que pierda y en consecuencia crecerá. De esta manera habrá una ganancia preferencial en aquellos cristales que estén orientados de tal manera que sus planos de deslizamiento están paralelos a la tensión, y los granos con otras orientaciones tenderán a desaparecer.

Figura 2: La lengua del glaciar es el extremos más bajo del mismo, también conocido como la terminación o el pie del glaciar. Este es un glaciar en la cabeza del Fiordo Canon, Isla Ellesmere, Canadá (Fuente: National Snow and Data Center).


Esto se observa en glaciares donde se encuentra que una orientación preferida de los cristales aparece con la distancia valle abajo, y los cristales de hielo en la lengua del glaciar tienen un volumen mil veces mayor que los primeros cristales formados en la fuente del glaciar. Estas observaciones no pueden ser explicadas por los mecanismos que ignoran la estructura cristalina del hielo.

Cómo puede fluir un sólido? En el caso del hielo, lo hace por el procesos llamado 'creep', que no fue comprendido hasta los días de la cristalografía de rayos-X. Los cristales de hielo son como mazo de cartas que pueden desplazarse fluidamente sobre los demás con suma facilidad. En el hielo de lago, los planos están paralelos a la superficie del lago, y ese tipo de hielo se deforma bajo muy bajas tensiones. Si un cristal no está en posición de de deslizarse, los átomos saltan de los cristales más estresados a los de menor estrés, de manera que éstos últimos crecen a expensas de los primeros.
El flujo de material en un sólido cristalino se conoce como 'creep', y hay tres leyes de 'creep' relevantes al flujo de hielo:

• El Creep es proporcional a la temperatura.
• El Creep es proporcional a la presión o tensión (esencialmente proporcional al peso del hielo de las capas superiores.
• Hay un estrés mínimo, llamado 'estrés de rendimiento' por debajo del cual el 'creep' no se produce.

Todas estas leyes tienen un efecto significativo sobre el movimiento de los glaciares, Los glaciares Alpinos difieren significativamente de las capas de hielo de Groenlandia o la Antártida, y necesario tener cuidado transferir conocimientos de una clase de glaciar al otro. Incidentalmente, la física del hielo descritas aquí fueron elaboradas a los largo de más de 60 años por gente como Perutz (1940).


El Creep es proporcional a la temperatura


Figura 3: Glaciar de valle en la parte central norte de las Montañs Chugach, Alaska. (Fuente: USGS)


Mientras más cerca esté la temperatura del punto de derretimiento, mayor es el ritmo de 'creep'. En experimentos a una tensión fija, se descubrió que el ritmo de 'creep' a 1ºC bajo cero es 100 veces mayor que 20ºC bajo cero. El os glaciares de valle (glaciares formados en los valles montañosos, ver Figura 3), el hielo está en casi todas partes en el prevaleciente punto de derretimiento del hielo porque el calor latente del hielo es mucho más grande que su calor específico.

Se requiere muy poco calor para elevar la temperatura de un bloque de hielo desde -1ºC a 0ºC; toma unas 80 veces más calor para transformar al mismo bloque de hielo a 0ºC en agua 0ºC. Dado que la temperatura no varía en los valles de montaña, esta primera ley del 'creep' no los afecta [3]

[3] – El hielo fluye más rápidamente cuando está cerca del punto de fusión. En los glaciares alpinos (o de montaña) los glaciares en los bordes de las capas de hielo está todo cercano al punto de fusión, pero en el centro de las capas de hielo la temperatura está muy por debajo del punto de fusión y el flujo está ausente o es muy bajo.

Pero las capas de hielo son muy diferentes. Ellas son congeladas por temperaturas muy por debajo del punto de congelamiento, lo que reduce grandemente su capacidad de fluir. Las capas de hielo pueden tener kilómetros de espesor, y su parte más caliente es en realidad su base, donde el hielo es calentado por el calor de la tierra, y donde se concentra el flujo. Esto fue evidenciado por el hecho de que perforando en el Proyecto de Perforación de Hielo del Norte de Groenlandia (NGRIP, por Northern Greenland Ice Core Project) fue detenida por unas temperaturas relativamente altas cerca de la base. Se tuvo que diseñar un nuevo equipo para perforar sólo de 3001 a 3085 metros. Se debe q que el hielo sólo fluye en la base que puede acumular un gran espesor de hielo estratificado, como lo revelan los cilindros de hielo.

Algunos cilindros de helo no muestran ningún flujo. Este es hielo de base fría. Una gran literatura sobre geomorfología describe formas de tierra delicadas como peñas y tierras con patrones en áreas que antes estuvieron cubiertas por una capa de hielo. La visión general es que el hielo de base fría preserva, esencialmente, cualquier forma de tierra preexistente, y que el potencial de erosión del hielo de base fría es cero o mínima.

Importante para las ideas de “colapso”, el hielo no se está deslizando: no se mueve para nada. Groenlandia se diferencia de la Antártida en que la capa de hielo se derrama a través de aberturas en el borde las montañas, y que los glaciares están sobre valles profundos y estrechos. De acuerdo con van der Vee et al., (2007), dichos valles tienen un gradiente geotérmico más alto que lo normal, de modo que puede ser el calor geotérmico, más que el calentamiento global, la causa de que varios glaciares de Groenlandia tengan tasas de flujo más altas que lo normal. Los derrames tienen algunas de las características de los glaciares alpinos, donde la evidencia de la recesión de los glaciares es más obvia.


El Creep es proporcional a la Tensión

Es decir, proporcional al peso del hielo por encima. Esto significa que mientras más grueso es el hielo más rápido fluirá. Esto se muestra en el gran espesor del hielo no perturbado que revelan los cilindros de hielo que son usados para los estudios paleoclimáticos. En la Antártida, los cilindros de Vostok que proveen la información deseada continúan hasta una profundidad de 3310 metros o 414.000 años, pero pero por debajo de esta profundidad, el hielo comienza a deformarse.

Hay una tensión mínima, la tensión de rendimiento, por debajo de la cual el 'creep' no opera. En la superficie no hay tensión, de manera que el hielo tampoco fluye; a una cierta profundidad el peso del hielo es suficiente para causar flujo, y todo el hielo por debajo de este límite debe fluir. Las fronteras de este umbral entre hielo que no fluye y el hielo que fluye marca la posición de la tensión de rendimiento y la transición de hielo quebradizo a hielo plástico.

En la Antártida y Groenlandia las grietas profundas ocurren en dirección a los bordes, donde el hielo está fluyendo. Pero no en las áreas de acumulación. En el medio de las capas de hielo no hay gritas para transmitir agua a la base de la capa de hielo, aún si estuviese presente (lo que es imposible).


Algunos Resultados de las Leyes del Fluir de los Glaciares

Estas simples reglas del 'creep' nos permiten comprender algunas observaciones acerca de los glaciares.

Avance Brusco del Glaciar ('surge')

La velocidad de los glaciares de valle ha sido medida durante mucho tiempo y es bastante variable. Algunas veces un glaciar de valle fluirá varias veces más rápido que antes. Supongamos que tenemos un período de mil años de fuerte precipitación. Esto causará un engrosamiento del hielo y un flujo más rápido del glaciar. El pulso del flujo más rápido eventualmente pasará valle abajo. Es importante comprender que el aumento del ritmo de flujo no está relacionado con la actual temperatura del aire, sino con las precipitaciones de hace mucho tiempo atrás.

Derretimiento y Clima

El 21 de Julio de 1983 se registró la temperatura más baja confiablemente medida en la Tierra con 89.2ºC bajo cero. La temperatura más alta registrada en Vostok es de 19ºC bajo cero, ocurrida en enero 1992. Durante el mes de Junio de 1987 la temperatura nunca subió de los 72.2ºC bajo cero. A estas temperaturas el hielo no puede fluir bajo las presiones que prevalecen cerca de la superficie. El calentamiento no tiene ningún efecto a tan bajas temperaturas : el hielo no fluirá más rápido a 60ºC bajo cero que a 70ºC bajo cero.

Las capas de hielo pueden llevar muchos miles de años para fluir desde el área de acumulación al área de derretimiento. El balance entre el movimiento y el derretimiento no se relaciona entonces con el clima actual, sino con el clima de hace varios miles de años.

Glaciares y Precipitación

Los glaciares y las capas de hielo están en un estado de semiequilibrio, gobernados por las tasas de acumulación y las de derretimiento. Para que un glaciar mantenga su tamaño actual debe tener precipitaciones en su origen o cabecera. Esto conduce a una ligeramente compleja relación con la temperatura. Si el clima regional se vuelve demasiado seco, no habrá precipitaciones de manera que el glaciar disminuirá. Esto podría producirse si las región se vuelve lo bastante fría como para reducir la evaporación del océano. Si la temperatura aumenta, l evaporación aumenta y por ende habrá nevadas. Paradójicamente, un aumento de la temperatura regional podría llevar a un crecimiento de los glaciares y las capas de hielo. Por ejemplo, las actuales capas de hielo de tanto la Antártida como la de Groenlandia está creciendo por la acumulación de la nieve.

La Edad de las Capas de Hielo

Las perforaciones del hielo en Groenlandia tiene más decores kilómetros de hielo imperturbado que se remonta a más de 105.000 años, mucho menos que el equivalente en la Antártida. Las perforaciones en Vostok proveen de datos para los pasados 414.000 años antes de que las capas de hielo comenzaran a deformarse. La perforación de “Dome F” alcanzó 3035 metros y “Dome C” 3309 metros, y ambas se remontan a 720.000 años atrás. La perforación en Epica e la Antártida va hasta los 760.000 años atrás como lo hacen las muestras de hielo Guliya del Tibet. Pero lo que es más importante que la edad es que el gran espesor del hielo está preservado, y conserva el registro completo de deposición, a pesar del hecho de que las temperaturas algunas veces han sido más altas que ahora. Esos registros no se ajustan a al modelo de derretimiento de la superficie, ni siquiera de manera infrecuente. Después de tres cuartos de millón de años de continua acumulación documentada, cómo podemos creer que precisamente ahora las capas de hielo del mundo están colapsando!

El Colapso de las Capas de Hielo

Algunas de las actuales afirmaciones de que las capas de hielo “colapsan” están basadas en falsos conceptos. Las capas de hielo no se derriten desde la superficie hacia abajo –sólo lo hacen en sus bordes. Una vez que los bordes se han perdido, una subsiguiente pérdida dependerá del ritmo de flujo del hielo. La tasa de flujo de una capa de hielo no depende del clima actual, sino de la cantidad de hielo ya acumulada, y eso seguirá fluyendo durante un tiempo sumamente largo. Es posible que cualquier aumento de la temperatura cause un aumento de las nevadas, alimentando de tal manera el crecimiento de la capa de hielo, y no disminuyéndola.

Los cilindros de hielo que usan para determina la clima durante los pasados 400.000 años también muestran que el hielo ha crecido durante ese período por la acumulación de capas estatigráficas de nieve, y que no se han deformado o vuelto a derretir. El mecanismo retratado por Christofferson y Hambrey (2006), por el cual los lagos de agua del derretimiento en la superficie encuentran su camino a través de las grietas y rajaduras en el hielo, lubricándole fondo del glaciar no es compatible son la acumulación de las capas inalteradas de nieve. Podría concebirse que ocurra en los glaciares de valle, pero nada nos dice del colapso de las capas de hielo.


Conclusión

Los catastrofistas del calentamiento afirman que las capas de helo de Groenlandia y la Antártida se están derritiendo de modo catastrófico, y causarán un súbito aumento del nivel del mar de cinco o más metros. Esto ignora el mecanismo del flujo de los glaciares, que se hace por medio del 'creep'. Los glaciares no se derriten desde la superficie hacia abajo, como tampoco se están deslizando a lo largo de un plano inclinado lubricado por el agua derretida. La existencia de una cobertura de hielo de más de tres kilómetros de hielo que preserva los detalles de las nevadas antiguas y de la atmósfera usados para descifrar los niveles del CO2 y la temperatura, muestran que las capas de hielo se han acumulado durante cientos de miles de años sin derretirse. Las variaciones en el derretimiento alrededor de los bordes de las capas de hielo no son indicación de que etén colapsando. Por cierto, el “colapso” es imposible.


Referencias

• Appenzeller, T. (2006), “The Big Thaw,” National Geographic, June 2007: 56-71.
• Bamber, J.L., Alley, R.B. and Joughin, I. (2007), “Rapid response of modern day ice sheets to external forcing,” Earth and Planetary Science Letters, 257: 1-13.
• Carlin, A. (2007), NCEE Working Paper #07-07: Solo los usuarios registrados pueden ver los links. ¡Registrate ahora, es gratis! WPNumberNew/2007-07?OpenDocument.
• Christoffersen, P. and Hambrey, M.J. (2006), “Is the Greenland Ice Sheet in a state of collapse?” Geology Today, 22: 98-103.
• De Saussure, H-B. (1779-1796). Voyages dans les Alpes.(4 volumes) Manget, Geneva.
• Hansen, J. (2007), “Scientific reticence and sea level rise.” Environmental Research Letters, 2(2): < href="http://www.iop.org/EJ/article/1748-9326/2/2/024002/erl7_2_024002.pdf">Solo los usuarios registrados pueden ver los links. ¡Registrate ahora, es gratis!.
• Perutz. M.F. (1940), “Mechanism of glacier flow,” Proceedings of the Physical Society, 52: 132-135, 1940.
• van der Veen, C.J., Leftwich, T., von Frese, R., Csatho, B.M. & Li, J. (2007), “Subglacial topography and geothermal heat flux: Potential interactions with drainage of the Greenland ice sheet,” Geophysical Research Letters, v.34, LI2501, doi:10.1029/2007 GL030046.