Boletín 59
Enero – Abril de 2018

Texto: Adolfo Eraso y Mª del Carmen Domínguez
Fotos: GLACKMA

Los autores de este artículo nos exponen cuál es la situación actual del calentamiento global de nuestro planeta. Lo hacen basándose en los análisis y estudios llevados a cabo en el hielo glaciar a través del proyecto GLACKMA. Un calentamiento que, desde hace aproximadamente siglo y medio, ha dejado de ser un efecto de la variación natural, para acelerarse, convertido en el resultado de la acción humana.

INFORMACIÓN CONTENIDA EN EL HIELO GLACIAR

El hielo continental, los glaciares, se forman por sucesivas nevadas cuyo peso acaba compactando las nieves anteriores y, al final del proceso, terminan creando el verdadero hielo glaciar.

La nieve recién caída es muy floja, su densidad es de 0,10 a 0,15 gr/cm3 (el agua dulce a 4ºC es de 1,0 gr/cm3). Pero las sucesivas nevadas compactan las nevadas anteriores. Su densidad va aumentando gradualmente a base de expulsar el aire que se encuentra entre la nieve. A mayor cantidad de aire expulsado, mayor densidad alcanzan las capas de nieve. Llega un momento en el que las capas que soportan más peso, las inferiores, se colapsan, iniciándose un proceso denominado diagénesis, por el cual la nieve termina siendo hielo, endureciéndose, y la mayor parte del aire contenido en la nieve se expulsa al exterior… ¡pero no todo!

A 79ºN de latitud, “calving” (rotura del hielo en los bordes) en el frente del glaciar Austrelovenbreen.

Acusada fusión glaciar en el verano ártico

Salida de un río endoglaciar en el frente de un glaciar en Svalbard

Cuando el hielo se ha formado, las últimas porciones de aire ya no pueden salir al exterior, quedando retenidas en el hielo duro en forma de burbujas de aire. Éstas diferencian el hielo glaciar, así formado, del hielo marino que no contiene burbujas de aire. Este proceso característico del hielo glaciar es importantísimo desde el punto de vista científico, pues las burbujas retenidas en el hielo contienen aire, cuya composición y características corresponden al de la atmósfera existente en el momento de la
nevada en cuestión. Si supiéramos la edad en la que cayó esa nevada, sabríamos cual era la composición de la atmósfera en ese momento. ¡Pero sí! Podemos saber cuándo fue, porque podemos medir la antigüedad del hielo. Veamos cómo.

El hielo contiene isótopos radiactivos, cuya desintegración específica, a modo de relojes naturales, nos permite conocer la edad del hielo en el que se convirtió nuestra nevada. Nos referimos concretamente al isótopo radiactivo Berilo 10 (10Be), que se forma en la alta atmósfera por la acción de radiaciones de alta energía, que posee un periodo de semidesintegración de 1.500.000 años.

En consecuencia, la composición de la atmósfera y su distribución temporal en el pasado son datos que el hielo glaciar conserva, de manera que mediante la extracción de un testigo continuo podemos reconstruir año a año el pasado climático del Pleistoceno, cuando las glaciaciones tuvieron lugar.

Y todavía hay más: las precipitaciones (lluvias en nuestras latitudes y nevadas en los círculos polares) provienen de las nubes, las cuales se forman por evaporación de las aguas del mar. Las aguas evaporadas contienen moléculas de H2O (compuestos de la combinación de átomos de Hidrógeno y de Oxígeno), cuya masa atómica es de 1 para el Hidrógeno y 16 para el Oxígeno (1H y 16O). Pero resulta que ambos átomos tienen también isótopos estables, menos abundantes pero más pesados (Deuterio 2H y Oxígeno dieciocho 18O). ¿Qué pasa con ellos?

Al formarse las nubes por evaporación de las aguas marinas, los vientos las transportan a los continentes. En ese trayecto, las aguas compuestas por moléculas más pesadas tienden a condensarse y precipitar (lluvia o nieve) en la atmósfera con más facilidad que las moléculas más ligeras. Este proceso es tanto más importante cuanto más fría es la temperatura existente. Al final, las nieves caídas en los casquetes helados están más concentradas de los citados isótopos pesados, al ser más fría la temperatura reinante. Esto significa que, partiendo del valor constante de la composición isotópica del mar (SMOW: Standard Mean Ocean Water), la variación de esos isótopos pesados que medimos en nuestra nevada nos permite estimar cuál era la temperatura reinante entonces.

Adolfo Eraso y Mª Carmen Domínguez (Karmenka), fundadores de GLACKMA

Sin embargo hemos de señalar que el valor de la paleotemperatura, así deducida, no es dato sino estimación, y su establecimiento en el tiempo de nuestro calendario no es sinóptico con los datos, pues está sujeta a la dinámica de las corrientes marinas, que tardan de 5 a 8 siglos en recorrer un ciclo completo.

Río glaciar proveniente de la fusión de hielo

Adolfo Eraso.

EL REGISTRO DEL CO2 EN LA HISTORIA RECIENTE DE LA TIERRA: UNA VARIACIÓN NATURAL

Con el registro glaciar elaborado tras la extracción de testigos continuos de hielo en las perforaciones efectuadas, se observa que la concentración de CO2 en la atmósfera terrestre durante los pasados 800.000 años hasta el periodo cálido actual (hace unos dos siglos), ha oscilado desde 180 ppm en los momentos más fríos, hasta 280 ppm en los más cálidos. Esta variación en el contenido en CO2 de la atmósfera responde a causas naturales, cuyos mecanismos -antagónicos y por tanto reguladores- que las causan, son principalmente:

  • la producción de CO2 por las erupciones volcánicas, que aumentan su contenido en la atmósfera.
  • la digestión de CO2 atmosférico por la formación de arrecifes en los mares cálidos y poco profundos, que disminuyen su contenido.
  • la emisión de O2 (oxígeno) por los bosques durante el día y el verano polar, y de CO2 (dióxido de carbono) durante la noche, es decir la función clorofílica.

Al actuar el CO2 como un gas de efecto invernadero, cuanto mayor es su proporción en la atmósfera, la radiación térmica reflejada al espacio por la tierra (el albedo) es menor. Su efecto térmico se queda en la atmósfera, aumentando su temperatura.

Ese aumento natural de CO2, entre 180 y 280 ppm, se corresponde con un aumento de temperatura ambiente media anual de 10ºC y viceversa, y una variación del nivel del mar del orden de 130 metros, correspondiente a la transferencia de masa entre el hielo glaciar y el agua oceánica. Esta situación, motivada por causas naturales, ha permanecido así hasta el siglo XIX.

Trabajando a la intemperie

EL HOMBRE Y EL CALENTAMIENTO GLOBAL. EL CO2 SE DISPARA

A partir de entonces la situación cambió al superponerse a las causas naturales el efecto antrópico, generando un aumento de hasta 100 ppm adicionales de CO2, es decir 380 ppm en tan sólo 150 años (ahora hemos superado ya las 400 ppm y sigue subiendo rápidamente). Por lo tanto, tras un incremento de 100 ppm ocurrido porcausas naturales a lo largo de 148 siglos, el mismo incremento (de otras 100 ppm) se ha alcanzado ahora tan solo en 2 siglos. Y sigue subiendo de manera acelerada.

¿Qué ocurrió hace siglo y medio?, ¿qué ha seguido sucediendo desde entonces?

La respuesta a las dos preguntas anteriores la tiene el hombre como responsable. Desde el inicio de la era industrial, el consumo de carbón, y otros combustibles fósiles como el petróleo, generan nuevas fuentes de producción de CO2. Este nuevo aporte de CO2 es antrópico, es decir generado por el hombre, y su evolución es cuando menos alarmante, pues aumenta con la población -que es exponencialmente creciente- y con el nivel de vida. La llamamos sociedad de bienestar y es también creciente. De continuar así, la temperatura del planeta aumentará, se fundirá mayor masa glaciar y el mar se llenará cada vez más, pudiendo alcanzar 70 metros sobre el nivel actual si toda la masa glaciar desapareciera.

El incremento tan acentuado del deshielo glaciar ayuda a la generación de enromes grietas, aumentando el riesgo al trabajar en los glaciares.

 

El mar sube, pero despacito, y la temperatura ambiente también. Ambos suben lentamente, pero de manera creciente. Esa lentitud se debe al efecto regulador de la masa oceánica, cuya reserva de entalpía es enorme, y también a que la red de corrientes marinas tarda varios siglos en dar la vuelta completa por los océanos. Sin embargo, no nos olvidemos de que el pistoletazo de salida ya lo dimos hace siglo y medio, cuando rompimos las primeras pautas que regulaban el proceso. Ahora la carrera está en marcha, luchando contra las inercias mayores que enmarcaban el proceso natural que hemos descrito.

En fin, nos esperan subidas significativas de la temperatura y ascensos del nivel del mar. Deberíamos prepararnos para ello, ya que somos incapaces no sólo de invertir, sino de reducir nuestra producción de CO2, que sigue subiendo aceleradamente con mucha rapidez.

Karmenka aforando en un río glaciar, con aguas a 0,3ºC

Inicio de una expedición. Desembarco en la costa con 200 kilos de equipaje.

Karmenka explorando las entrañas del glaciar

 

Descarga líquida glaciar para medir la evolución del calentamiento global
El calentamiento global que sufre el planeta, generado por el efecto invernadero, se traduce en un aumento gradual de su temperatura ambiente. Como consecuencia de este aumento de la temperatura, la masa de hielo de los grandes casquetes glaciares disminuye por fusión, y el nivel del mar aumenta. El efecto último del calentamiento global, el aumento del nivel del mar, ya se está midiendo. También la causa primera del calentamiento global, el aumento de gases de efecto invernadero. Para medir la evolución del calentamiento se podrían utilizar cualquiera de las dos variables intermedias del proceso: temperatura ambiente y descarga líquida glaciar.

La temperatura ambiente que pudiera darnos una respuesta rápida ante la evolución del calentamiento global, es una variable con un comportamiento bastante fugaz y fluctuante a escala corta de tiempo. Sin embargo, a escala plurianual o a tiempos más largos, está regulada por la temperatura de las aguas del mar, proceso que tiene una gran inercia térmica, ya que el ciclo de circulación de las corrientes marinas dura varios siglos. Este hecho complica su interpretación a corto plazo. Además es un parámetro que se está midiendo actualmente en la red sinóptica de la OMM (Organización Meteorológica Mundial).

Sin embargo, la descarga líquida glaciar es una variable mucho más estable en este sentido, con máximos y mínimos muy netos. Nuestra asociación, GLACKMA (GLAciares, CrioKarst y Medio Ambiente), la ha seleccionado para medir la evolución del calentamiento global, generando series temporales horarias de la misma y pudiendo así comparar glaciares grandes con pequeños, y árticos con antárticos.

 

LOS GLACIARES, SENSORES NATURALES DEL CALENTAMIENTO GLOBAL

Cuevas en hielo: criokarst
En determinados terrenos, parte de las aguas provenientes de lluvia y de los ríos se infiltra en el subsuelo a través de fisuras y huecos interconectados, ampliándolos por disolución y formando redes de conductos, galerías y cavernas por donde circulan ríos subterráneos. Existe una semejanza de formas en la disposición de este drenaje subterráneo que aparecen en las diversas rocas karstificables, aunque se implante en rocas de diferentes litologías: evaporíticas (yesos y sales), carbonatadas (calizas, dolomías, mármoles, conglomerados y areniscas) y a veces, cuando su edad geológica es muy antigua, en rocas en principio muy poco solubles (cuarcitas y granitos) y con gran profusión en el hielo glaciar.

En el caso de las rocas, la disolución representa el mecanismo que condiciona el paso de las moléculas constitutivas de la roca de la fase sólida a la líquida. En el caso del hielo, el paso de una a otra fase se realiza mediante el mecanismo de la fusión friccional, semejante al de disolución tanto en sus efectos (establecimiento del karst) como en la formulación matemática que los rige. La temperatura del agua de los ríos intraglaciares se mantiene a 0ºC, ya que el calor generado por el flujo del agua se consume en fundir parte del hielo de las paredes del conducto, mientras aumenta a la vez tanto el tamaño del conducto como el caudal circulante. Por tanto, cuanto mayor sea la longitud de un conducto endoglaciar tanto más se incrementará el caudal que circula por su interior, sin necesidad de recibir otros aportes o afluentes.

El conocimiento del mundo subterráneo glaciar, de reciente desarrollo, presenta ya resultados notables. Las exploraciones de simas en hielo han alcanzado profundidades de 200 metros en Groenlandia, reconociendo redes de cavernas superiores a 6 km en Svalbard, e inventariando ríos subterráneos de más de 25 m3/seg en Patagonia (conductos endoglaciares superiores a 3 km de longitud, etc). La existencia del karst en hielo, denominada criokarst, es abrumadoramente abundante. Su evolución es tan rápida que resulta observable a la escala humana de tiempos, y su estudio permite cuantificar la recesión glaciar. Las exploraciones recientes en el interior de los glaciares evidencian que la circulación endoglaciar es mucho más importante de lo que se suponía y mucho más rápida que en las rocas solubles.

Karmenka descendiendo por un moulin o pozo glaciar y Adolfo asegurándola.

 

Iceberg varados

 

Importancia de los glaciares subpolares. Primera hipótesis de trabajo
En las expediciones que hemos realizado se ha observado la existencia de flujos y drenajes endoglaciares y subglaciares, no sólo en glaciares temperados sino también en los subpolares. En estos últimos los drenajes no son tan intensos como en los temperados, y el número de días en los que la descarga hídrica glaciar tiene lugar es también menor. No obstante la extensión de los glaciares subpolares en el planeta es mucho mayor que la correspondiente a los temperados.

Resultando así que el volumen global de agua drenada, descargada por el conjunto de los glaciares subpolares, es equivalente al de los glaciares temperados.
Descarga glaciar y temperatura ambiente. Segunda hipótesis de trabajo En las series temporales de intervalo horario, generadas por nuestras estaciones ubicadas en distintos glaciares de ambos círculos polares, hemos observado que la descarga específica glaciar y la temperatura ambiente se correlacionan de manera directa. A pequeños aumentos de temperatura, corresponden pequeños aumentos de caudal y viceversa. La relación es muy estrecha a escala horaria. También a escala plurianual existe una directa correlación entre ambas.

Cuencas Piloto Experimentales (CPE) de GLACKMA
El trabajo realizado por GLACKMA está encaminado a la implementación de determinados glaciares como sensores naturales del calentamiento global, utilizándolos como registro continuo para estimar tanto la evolución temporal del cambio climático como su distribución según latitudes en ambos hemisferios.

El conocimiento de la dinámica de la hidrología glaciar es fundamental para una buena comprensión del comportamiento glaciar. La hidrogeología glaciar controla la mayor parte de la dinámica glaciar y de los procesos geológicos glaciares. El objetivo de GLACKMA -complementando el conocimiento del drenaje
subglaciar y los modelos teóricos- consiste en la generación de series temporales plurianuales de descarga glaciar, estableciendo una base empírica robusta.

Para poder emplear los glaciares como indicadores en tiempo presente de dicho calentamiento, es necesaria la implementación de Cuen as Piloto Experimentales (CPE) a diferentes latitudes, que registren los parámetros hidráulicos de la descarga glaciar en continuo. Actualmente la red de estaciones de GLACKMA está formada por 7 estaciones con registro continuo (intervalos horarios) de descarga glaciar (8760 datos anuales por cada parámetro medido y cada estación). Se dispone así de una red de observación de glaciares en ambos hemisferios, que permite un control comparativo de la descarga glaciar según la evolución del clima. La asociación GLACKMA contempla la divulgación de los resultados obtenidos, tras adaptarla haciéndola accesible a los diferentes grupos destinatarios, contribuyendo, además, a la concienciación, sensibilización y educación ciudadana con respecto al cambio climático y su repercusión en el medio ambiente.

Algunos resultados
Hasta el momento, con las series de datos generadas en la totalidad de estaciones de GLAKMA se observa el siguiente comportamiento:

  • Un crecimiento continuo de la descarga glaciar en todas las estaciones (las dos más lejanas entre sí están a más de 16.000 km de distancia, lo que confirma el carácter global de este proceso).
  • Cualquier variación en la temperatura ambiente conlleva una respuesta inmediata en la descarga glaciar. Su relación es directa.
  • A la misma latitud en ambos hemisferios, la descarga glaciar específica es de 3,5 a 4 veces mayor en el Ártico que en la Antártida. La estación Ártica de Svalbard a 79ºN de latitud y la de la Antártida Insular a 62ºS de latitud, presentan prácticamente la misma cuantía en el valor de la descarga glaciar específica, es decir, hay que subir 17º de latitud en el Ártico, para encontrar valores semejantes a los antárticos.
  • En época de verano, la descarga glaciar se duplicó en 13 años, en el periodo de 1987 a 2000.
  • En las series temporales continuas y plurianuales de descarga glaciar, ésta se ha duplicado entre los veranos de 2002/03 a 2005/06, y el número de días de duración de la onda de descarga también se duplicó en esos cuatro años (de 76 días en 2002/03 pasaron a ser 142 en 2005/06).

Primavera en el Ártico.

 

PRÓXIMO OBJETIVO: GROENLANDIA

En los últimos años en Groenlandia se están batiendo records continuamente por altas temperaturas y tasas de deshielo. En el año 2014, científicos de la Universidad de Leeds en Reino Unido, se cuestionaban el hecho de que las predicciones de la pérdida de hielo de Groenlandia y su impacto en los niveles del mar podrían haber sido subestimados en gran medida.

Los ríos y lagos supraglaciares que habían empezado a formarse, han ido incrementándose y extendiéndose. En el pasado verano del 2016, los eventos del  deshielo han tenido lugar muy al principio de la temporada. Según científicos del National Snow & Ice DataCenter (NSIDC), ocurrieron tres picos extremos de masa de hielo fundida antes del 19 de junio, constatando con ello que el ritmo de fusión es mucho más acelerado que en las temporadas anteriores. Investigaciones recientes llevadas a cabo por científicos de la Universidad de Utrecht, muestran de nuevo que los cálculos de la capa de hielo de Groenlandia parecen estar subestimados, debido a la falta de observaciones in situ en regiones clave.

Dada la magnitud del deshielo en el Ártico y la importancia de Groenlandia en el mismo, se hace imprescindible el registro continuo de datos in situ de este fenómeno. Es la razón por la que GLACKMA quiere instalar allí nuevas estaciones de medida de descarga glaciar, para incorporar a la red de estaciones ya existente.
Ese es nuestro próximo objetivo. ¿Quieres conservar tu granito de hielo en el Planeta Tierra? Únete a GLACKMA.

*Académico de RANS y NYAS (Russian Academy of Natural Sciences y New York Academy of Sciences).
**Profesora Titular de Matemática Aplicada en la Universidad de Salamanca.
Ambos son fundadores de la Asociación GLACKMA (Glaciares, CrioKarst y Medio Ambiente)
Constituida el 23 de diciembre de 2010. www.glackma.org 

Boletín 59
Enero – Abril de 2018