Cambio climático: ¿cómo lo sabemos?

Por Néstor Vidal*

Los glaciares se forman cuando las capas de nieve se acumulan una encima de la otra. Cada capa de nieve es diferente en química y textura, la nieve de verano es diferente a la de invierno. Con el tiempo, la nieve enterrada se comprime bajo el peso de la nieve sobre ella, formando hielo. Las partículas y los productos químicos disueltos que fueron capturados por la nieve que caía se convierten en parte del hielo, al igual que las burbujas de aire atrapado. Las capas de hielo se acumulan a lo largo de las estaciones y los años, creando un registro de las condiciones climáticas en el momento de la formación, incluida la acumulación de nieve, la temperatura local, la composición química de la atmósfera, las concentraciones de gases de efecto invernadero, la actividad volcánica y la actividad solar.

Los núcleos de hielo son cilindros extraídos de capas y glaciares. Son esencialmente cápsulas del tiempo congeladas que permiten a los científicos reconstruir el clima en el pasado. Las capas de los núcleos de hielo corresponden a años y estaciones, con el hielo más joven en la parte superior y el más antiguo en la parte inferior del núcleo. Al perforar la capa o el glaciar y recuperar el hielo de la antigüedad, los científicos pueden determinar la composición y el comportamiento de la atmósfera en el pasado, cómo era el clima cuando cayó la nieve y cómo ha cambiado el tamaño de las capas de hielo y los glaciares. Cambio en el pasado en respuesta a diferentes condiciones climáticas. Estos núcleos han proporcionado información sobre el clima y la dinámica del hielo durante muchos cientos de miles de años con una resolución muy alta, a veces estacional. Esta información permite a los científicos determinar cómo y por qué cambió el clima en el pasado. Al comprender esto, los científicos pueden mejorar las predicciones de cómo cambiará el clima en el futuro.

Este gráfico proporciona evidencia de que el CO 2 atmosférico ha aumentado desde la Revolución Industrial. (Crédito: Luthi, D., et al. 2008; Etheridge, DM, et al 2010; Vostok datos de núcleos de hielo)

Debido a su alta resolución temporal, la naturaleza física de sus registros proxy y su capacidad para archivar concentraciones reales de gases de efecto invernadero (y no efecto invernadero) del pasado, los núcleos de hielo se han convertido en uno de los estándares de oro en la investigación del paleoclima.

Sobre NSF-ICF

La instalación de núcleos de hielo de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF-ICF), anteriormente el Laboratorio Nacional de Núcleos de Hielo (NICL) de EE. UU., Es una instalación para almacenar, curar y estudiar núcleos de hielo meteórico recuperados de las regiones glaciares del mundo. Proporciona a los científicos la capacidad de realizar exámenes y mediciones en núcleos de hielo y preserva la integridad de estos en un depósito a largo plazo para investigaciones actuales y futuras.

ALMACENAMIENTO Y CONSERVACIÓN

La responsabilidad más importante de NSF-ICF es el almacenamiento y la conservación seguros y protegidos de los núcleos de hielo que son recolectados principalmente por proyectos patrocinados por la National Science Foundation. NSF-ICF almacena actualmente más de 17.000 metros de núcleos de hielo recolectados de varios lugares en la Antártida, Groenlandia y América del Norte. El congelador de archivo principal de NSF-ICF tiene un tamaño de 55,000 pies cúbicos y se mantiene a una temperatura de -36 ° C. Cuando llega un envío de hielo nuevo, las cajas aisladas que llevan los núcleos se descargan rápidamente en el congelador de archivo principal. Una vez que el hielo nuevo ha alcanzado el equilibrio térmico con su nuevo entorno, se desempaqueta, organiza, rastrilla e inspecciona cuidadosamente. Después del trasiego, los tubos se registran en el sistema de inventario de NSF-ICF.

Cada tubo de plata en estos estantes contiene una sección de un metro de largo de un núcleo de hielo. Las cajas blancas contienen nuevos núcleos de la División de la capa de hielo de la Antártida Occidental (WAIS). —Crédito: Peter Rejcek, NSF.

EXAMEN Y PROCESAMIENTO DE NÚCLEOS

Además del congelador de archivo principal, NSF-ICF también tiene una sala de examen a -25°C que los científicos usan para examinar los núcleos de hielo. La sala de examen tiene un tamaño de 12,000 pies cúbicos y está contigua al área principal de archivos. Además, también hay una sala limpia fría con filtro HEPA de clase 100 que se mantiene a -25 ° C que los científicos pueden usar.

Los científicos a menudo usan la sala de exámenes para cortar muestras de los núcleos de hielo y luego enviar las muestras a su universidad o laboratorio para su análisis. En la instalación de NSF-ICF se llevan a cabo muy pocos análisis de los núcleos de hielo. Casi todas las mediciones que se realizan en los núcleos se llevan a cabo en las universidades o el laboratorio científico. Una actividad frecuente que se lleva a cabo en NSF-ICF es lo que se llama una línea de procesamiento central, o CPL, para abreviar. Cuando llega un nuevo núcleo de hielo a NSF-ICF, investigadores de todo el país, incluidos jóvenes científicos que trabajan en sus doctorados, se reúnen en NSF-ICF para la CPL. Durante la CPL, los científicos, junto con el personal de NSFICF, miden, catalogan, cortan y envían trozos del núcleo de hielo a sus respectivas universidades y laboratorios para su análisis. Dependiendo de la complejidad del plan de corte, los núcleos normalmente se pueden ejecutar a través de una CPL a una velocidad de 30 a 35 metros por  día. A este ritmo, un núcleo de hielo de 1000 metros de largo tarda de seis a ocho semanas en procesarse.

El plano de la sala de examen se adaptará específicamente al número de científicos y al tipo de ciencia o muestreo que se realizará durante una CPL en particular. Se pueden configurar hasta 10 estaciones diferentes de preparación, corte o análisis para acomodar el núcleo con procesamiento adicional que se realiza fuera de la línea principal si es necesario.

PERFORACIÓN DE NÚCLEOS DE HIELO

Los núcleos de hielo se perforan en los glaciares y en las capas de hielo de todos los continentes de la Tierra. La mayoría de los núcleos de hielo, sin embargo, provienen de la Antártida y Groenlandia, donde los más largos se extienden a 3 kilómetros (más de 2 millas) o más de profundidad. Los núcleos de las regiones frías del interior de las capas de hielo polares proporcionan registros climáticos detallados y excepcionalmente bien conservados. Esto se debe a que la falta de fusión en estos lugares no corrompe el registro de gases atrapados ni borra el registro de otras impurezas. Los hielos más antiguos se extienden a 130.000 años en Groenlandia y 800.000 años en la Antártida.

Los núcleos de hielo generalmente se perforan mediante un taladro mecánico o térmico. Ambos tipos de taladros hacen una incisión en un anillo, o círculo, alrededor de un núcleo vertical central.

Un taladro mecánico es simplemente un tubo giratorio o un barril de perforación con cortadores en la cabeza. Cuando se gira el barril de perforación, los cortadores hacen una incisión en un círculo alrededor del hielo que se va a extraer hasta que el barril se llena de hielo. Los recortes, también denominados virutas, se transportan a una cámara de virutas en el taladro. El cilindro del taladro se hace girar mediante fuerza física, como en el caso de los sinfines manuales simples, o con un motor electromecánico, como en el caso de los taladros electromecánicos sofisticados. Los taladros térmicos, por el contrario, utilizan un elemento calefactor en forma de anillo para derretir un anillo alrededor del hielo que se va a extraer y el agua derretida se almacena en un tanque en el taladro.

En sitios donde el hielo está muy por debajo del punto de congelación, como el interior de las capas de hielo polares, se deben utilizar taladros mecánicos. En contraste, los taladros térmicos son particularmente efectivos para extraer muestras de hielo más cálido (por ejemplo, hielo aproximadamente por encima de -10 ° C) y se utilizan con frecuencia en glaciares de latitudes medias o bajas. En muchos glaciares no polares, sin embargo, las condiciones del hielo pueden variar de hielo "frío" a hielo "cálido", lo que requiere perforación tanto mecánica como térmica para recuperar la mejor calidad posible del núcleo durante todo el intervalo de profundidad que se perfora.

La longitud del barril de perforación determina la longitud máxima de una sección de núcleo que se puede recuperar en una sola ejecución de perforación. Los núcleos de hielo se recuperan típicamente en secciones de 1 metro hasta 6 metros de largo y típicamente de 50 a 132 milímetros de diámetro. La recolección de un núcleo de hielo largo, por lo tanto, requiere muchos ciclos repetidos, o ejecuciones de perforación, para bajar el taladro, cortar una sección del núcleo, levantar el taladro de regreso a la superficie, retirar la sección del núcleo de hielo perforado del barril y preparar el taladro para volver a bajar por el agujero para recuperar más hielo. –

La evidencia científica del calentamiento del sistema climático es inequívoca.

La actual tendencia de calentamiento es de particular importancia, ya que es inequívocamente el resultado de la actividad humana desde mediados del siglo 20 y procediendo a un ritmo sin precedentes a través de milenios. Es innegable que las actividades humanas han calentado la atmósfera, el océano y la tierra y que se han producido cambios rápidos y generalizados en la atmósfera, el océano, la criosfera y la biosfera.

Los satélites que orbitan la Tierra y otros avances tecnológicos han permitido a los científicos ver el panorama general, recopilando muchos tipos diferentes de información sobre nuestro planeta y su clima a escala global. Este conjunto de datos, recopilados durante muchos años, revela las señales de un clima cambiante.

La naturaleza de atrapamiento de calor del dióxido de carbono y otros gases se demostró a mediados del siglo XIX. Su capacidad para afectar la transferencia de energía infrarroja a través de la atmósfera es la base científica de muchos instrumentos de la NASA. No hay duda de que el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero debe hacer que la Tierra se caliente en respuesta.

Los núcleos de hielo extraídos de los glaciares de Groenlandia, la Antártida y las montañas tropicales muestran que el clima de la Tierra responde a los cambios en los niveles de gases de efecto invernadero. También se pueden encontrar pruebas antiguas en anillos de árboles, sedimentos oceánicos, arrecifes de coral y capas de rocas sedimentarias. Esta evidencia antigua, o paleoclima, revela que el calentamiento actual está ocurriendo aproximadamente diez veces más rápido que la tasa promedio de calentamiento de recuperación de la era de hielo. El dióxido de carbono de la actividad humana está aumentando 250 veces más rápido que lo que lo hizo a partir de fuentes naturales después de la última Edad de Hielo. 

*ANALISTA DEL CENTRO DE INVESTIGACIÓN FORENSE, CIENCIA Y NUEVAS TECNOLOGÍAS