Cambio climático abrupto II

 Casquetes polares y glaciares

La última vez que no hubo presencia apreciable de hielo en el planeta fue hace 35 millones de años, durante un período en el que el dióxido de carbono (CO₂) atmosférico era de 1.250 ± 250 partes por millón en volumen (ppmV) y el nivel del mar estaba 73 metros (m) más alto que en la actualidad. Durante el último período interglacial (~120.000 años atrás), con niveles de CO₂ similares a los valores preindustriales y temperaturas de verano en el Ártico más cálidas que hoy, el nivel del mar estaba entre 4 y 6 m por encima del nivel actual. Se cree que la mayor parte de esa subida del nivel del mar (SLR) se originó en la capa de hielo de Groenlandia, aunque la tasa de subida de nivel del mar es desconocida.

El aumento del nivel del mar promedió entre 10 y 20 milímetros por año  durante los dos últimos períodos de desglaciación (130.000-116.000 años y 21.000-14.000 años, respectivamente), con grandes "flujos de agua de deshielo" en los que las tasas de SLR superaron los 50 mm/a y se mantuvieron durante varios siglos. Cada uno de estos flujos de agua de deshielo añadió a los océanos de 1.5 a 3 veces el volumen de la actual capa de hielo de Groenlandia (7 m). La causa, el origen de la capa de hielo y el mecanismo de estos flujos de agua de deshielo no se comprenden bien, pero la rápida pérdida de hielo debió de haber tenido un efecto en la circulación oceánica, provocando una alteración en el clima global.

Figura 1

La capa de hielo en Groenlandia y la Antártida tienen dos componentes: hielo grueso asentado en tierra firme, que descansa sobre un lecho más o menos sólido, y plataformas de hielo y lenguas de glaciar más delgadas que flotan. Una capa de hielo es, en realidad, un glaciar gigante, y al igual que la mayoría de los glaciares, se nutre de la acumulación continua de nieve en su superficie. A medida que se acumulan capas sucesivas de nieve, las capas inferiores se comprimen gradualmente hasta convertirse en hielo sólido. La entrada de nieve se equilibra con el flujo glaciar hacia el exterior, de modo que la altura de la capa de hielo permanece aproximadamente constante a lo largo del tiempo.

La gravedad impulsa el hielo a deslizarse y fluir cuesta abajo, desde los puntos más altos del interior hasta la costa. Allí, el hielo se derrite o se desprende en forma de icebergs, que eventualmente también se derriten, devolviendo el agua al océano de donde provino. El flujo del hielo en el interior se organiza en una serie de cuencas de drenaje separadas por divisores de hielo, que concentran el flujo en glaciares de descarga estrechos y delimitados por montañas o en corrientes de hielo rápidas, rodeadas de hielo de movimiento lento en lugar de paredes de roca.

En la Antártida, gran parte de este hielo en movimiento ha alcanzado la costa y se ha extendido sobre la superficie del océano para formar plataformas de hielo que flotan en el mar, pero están unidas al hielo en tierra firme. Existen plataformas de hielo a lo largo de más de la mitad de la costa de la Antártida, pero muy pocas en Groenlandia (Mapas y Gráficos de UNEP; K. Steffen, CIRES, Universidad de Colorado en Boulder).

La interacción de aguas oceánicas cálidas con la periferia de las grandes capas de hielo representa una de las posibilidades más significativas de cambio abrupto en el sistema climático. Las aguas oceánicas proporcionan una fuente de energía que puede generar altas tasas de fusión bajo las plataformas de hielo y en los glaciares que desembocan en el mar. La fragmentación de icebergs en los extremos de los glaciares es un mecanismo de pérdida de hielo y puede desestabilizar el frente de hielo. La pérdida de masa por derretimiento oceánico y fragmentación de icebergs representa más del 95% de la ablación en la Antártida y entre el 40% y 50% de la ablación en Groenlandia.

En la última década hemos visto evidencia, principalmente recopilada por sensores satelitales y aéreos, de que los cambios más evidentes en las capas de hielo han estado ocurriendo en su periferia. Algunos de estos cambios, como en el área del glaciar Pine Island, en la Antártida, se han atribuido al efecto del calentamiento de las aguas oceánicas en el margen de la capa de hielo 

Fusión Basal de las Plataformas de Hielo

Una respuesta no lineal de la fusión de las plataformas de hielo al incremento de temperaturas oceánicas es un principio central en el escenario de cambio climático abrupto derivado de la interacción océano–plataforma de hielo. Esta respuesta no lineal es un resultado teórico y computacional; las observaciones actuales son insuficientes para verificar esta conclusión. No obstante, la base de este resultado radica en que la tasa de fusión en la base de una plataforma de hielo es el producto de la carga térmica y la velocidad de las aguas oceánicas en la base. Cuanto mayor sea la carga térmica o la velocidad, mayor será la tasa de fusión. Una idea clave derivada de la investigación teórica y de modelado es que, al aumentar la temperatura del agua oceánica, también aumenta la flotabilidad de la corriente debajo de la plataforma de hielo, ya que el mayor derretimiento es provocado por las aguas más cálidas. Una corriente más flotante sube más rápido, causa mayor fusión y se vuelve aún más flotante. Este efecto de retroalimentación positiva es un mecanismo no lineal clave en la respuesta de la base de una plataforma de hielo al calentamiento de las aguas oceánicas.

La susceptibilidad de las plataformas de hielo a tasas de fusión elevadas y al colapso depende de la presencia de aguas cálidas que ingresen en las cavidades bajo las plataformas. La evidencia observacional indica que el océano se ha calentado en las últimas décadas, y que este calentamiento ha sido moderado (aproximadamente 0.5 °C a nivel global). Aunque este es un mecanismo para permitir la entrada de aguas más cálidas en una cavidad debajo de la plataforma de hielo, un mecanismo más eficiente para la fusión no es calentar las aguas oceánicas globales, sino redirigir aguas cálidas ya existentes del océano hacia las cavidades bajo las plataformas de hielo. La circulación oceánica es impulsada por los contrastes de densidad de las masas de agua y por la fuerza de los vientos en la superficie. Cambios sutiles en la fuerza de los vientos en superficie  pueden tener consecuencias importantes en la redistribución de las corrientes de agua cálida en los océanos polares. Un cambio en los patrones de viento (es decir, un proceso relativamente rápido) podría producir cambios significativos y rápidos en las temperaturas de las aguas oceánicas que llegan a las puertas de las plataformas de hielo.

Algunas consideraciones sobre glaciares 

En términos de volumen, los casquetes de hielo superan ampliamente al resto de glaciares. Si todo el hielo se derritiera, la subida equivalente del nivel del mar sería de 57 m por la Antártida y de 7 m por Groenlandia, pero solo de 0.5 m por el resto de glaciares. Del total antártico, alrededor de 7 m provendrían de la Antártida Occidental, que podría ser especialmente vulnerable a cambios abruptos.

El hielo en la superficie terrestre es un sólido blando porque está a, o no muy lejos de, su punto de fusión. Por lo tanto, se deforma fácilmente bajo presión, extendiéndose por su propio peso hasta alcanzar un equilibrio entre la ganancia de masa, principalmente por nevadas, en el interior frío o partes superiores del glaciar, y la pérdida de masa en las partes bajas por derretimiento o, a nivel del mar, por la fragmentación de icebergs. El glaciar puede, sin embargo, seguir extendiéndose cuando llega al nivel del mar y, en este caso, desarrolla una lengua flotante o, cuando intervienen varios glaciares, una plataforma de hielo de soporte, cuyo peso es sostenido no por la Tierra sólida, sino por el océano. Un glaciar que alcanza el nivel del mar se denomina glaciar de marea.

Las plataformas de hielo, que se encuentran mayormente en la Antártida, tienen típicamente unos cientos de metros de espesor y no deben confundirse con el hielo marino, que tiene solo unos pocos metros de espesor. Son una parte crítica del sistema porque pueden perder masa no solo por fusión en sus superficies y por fragmentación, sino también por fusión en sus bases. Un aumento de la fusión basal, debido por ejemplo a la llegada de agua de mar más cálida, puede “tirar” de más hielo a través de la línea de asentamiento.

La línea de asentamiento separa el hielo que descansa sobre la tierra firme del hielo flotante de la plataforma o lengua de hielo. Es también el punto en el que el hielo contribuye al cambio en el nivel del mar. Cuando comienza a flotar, desplaza agua de mar, independientemente de si se convierte o no en un iceberg.

Las plataformas de hielo tienen otro rol crucial, ya que parecen ser térmicamente inestables: no hay plataformas de hielo donde la temperatura promedio anual sea superior a unos -5 °C. Recientemente, varias plataformas de hielo "cálidas" han colapsado de forma dramática, y su desintegración ha sido seguida por una aceleración igualmente dramática de los glaciares tributarios a través de lo que una vez fue la línea de asentamiento, donde el hielo asentado se fragmenta directamente en el océano a una tasa mucho mayor que antes de la ruptura de la plataforma de hielo.

Las corrientes de hielo son flujos rápidos de hielo rodeados de hielo de movimiento más lento, y constituyen el principal medio por el cual el hielo se evacua desde el interior de las capas de hielo y llega a las grandes plataformas de hielo.