Tras ocho años de estudio y cinco campañas en el Continente Blanco, un equipo multidisciplinario logró “construir” un método que permitirá determinar, en base a la composición química del hielo, el clima del pasado en una zona de alto interés científico planetario: la península Antártica.
Estudiar el cambio climático en la península Antártica no es una tarea sencilla. Si a la difícil logística se suma el hecho de que existen muy pocos registros meteorológicos y los que hay son recientes e irregulares en el tiempo o están demasiado dispersos geográficamente, la tarea se torna compleja.
La comunidad científica experta en clima había propuesto utilizar el hielo antártico como sensor meteorológico. Sin embargo, el hielo parece tener un lenguaje difícil de interpretar, no pudiendo hacerse una lectura directa de este.
Eso es justamente lo que un equipo multidisciplinario logró revertir, según lo publicado recientemente en la prestigiosa revista The Cryosphere. En un extenso artículo denominado “Nuevos conocimientos sobre el uso de isótopos estables de agua en la península Antártica septentrional como herramienta para los estudios climáticos regionales” (https://doi.org/10.5194/tc-12-1069-2018) detallaron una combinación de datos provenientes del análisis a nivel atómico del hielo, con mediciones meteorológicas, validando al hielo como un verdadero “termómetro” e indicador de condiciones ambientales.
Francisco Fernandoy Pedreros, geólogo chileno y autor principal del artículo, lideró un equipo de expertos en geofísica, meteorología, glaciología y estadística que estudiaron en terreno la península Antártica entre el 2008 y el 2015. Allí colectaron muestras de hielo, datos meteorológicos y geofísicos. Fernandoy señala que “la publicación de esta investigación valida científicamente que el estudio químico del hielo es un indicador de temperatura y, por lo tanto, puede usarse como un código para reconstruir las condiciones del clima del pasado”.
Península Antártica
El Continente Helado se mantiene así no solo por la baja radiación que recibe en la alta latitud en la que se encuentra, sino también por el alto albedo (reflejo de la radiación solar sobre el hielo). Junto con esto, se encuentra bien aislado oceánica y atmosféricamente del resto del planeta. A nivel oceánico, la Corriente Circumpolar Antártica (CCA) fluye sin cesar de oeste a este. A nivel atmosférico, las corrientes llamadas “vientos del oeste” o “Westerlies” (término en idioma inglés), circulan en la misma dirección. Ambos flujos generan una barrera de agua y aire alrededor de la Antártica.
Por otra parte, la forma de la península Antártica, una desafiante y atractiva cadena de montañas y glaciares que se proyectan hacia el norte, hace que el sistema océano-atmósfera, en su flujo natural, se encuentre directamente con su cara oeste, influyendo sobre la formación de hielo marino estacional y la acumulación de nieve que da paso a la formación de hielo glaciar.
Si a esto agregamos que el agua del mar y los vientos del oeste son, en promedio, más cálidos desde la era industrial y que el relieve de la Península es impactado de manera diferente según latitud, altitud y estacionalidad, el panorama se pone aún más difícil de interpretar, pero no imposible. Esto fue lo que Fernandoy y colaboradores estudiaron por ocho años.
Área de estudio y puntos de muestreo. (a) El punto verde muestra la Base O’Higgins (Ejército de Chile) en la costa oeste de la península Antártica. Los testigos de hielo recuperados entre 2008 y 2015 se muestran con puntos rojos. (b) Ubicación de Base O’Higgins, Base Bellingshausen, y plateau Laclavère. Imagen de satélite (Landsat ETMC) y modelo de elevación digital (RADARSAT) disponible en el mosaico de imágenes Landsat de la Antártica (LIMA) (https://lima.usgs.gov/).
El hielo como termómetro
El equipo científico integrado por investigadores de diferentes experticias y nacionalidades, fueron cinco veranos a terreno para extraer más de 10 testigos de hielo de veinte metros de profundidad, en un gradiente altitudinal que iba desde la costa en las cercanías de la base O’Higgins, ubicada en la costa oeste de la península Antártica, hasta los 1130 metros sobre el nivel del mar, en el plateau Laclavère.
Cada testigo de hielo extraído, fue conservado y transportado, primero a la base Escudero del Instituto Antártico Chileno, en la isla Rey Jorge, y luego procesado en salas frías especialmente acondicionadas en Viña del Mar. Finalmente, fueron trasladados a laboratorios de isótopos estables de la Universidad Nacional Andrés Bello y del Alfred Wegener Institut, en Alemania, para someterlos a análisis. Allí se extrajo y procesó cada una de las capas de hielo estacionales que se correspondieran con los años 2008 a 2015. Se analizaron más de cinco mil muestras de hielo, con sus respectivas réplicas para total validez científica.
La proporción isotópica de las muestras de nieve y hielo sacadas de la Antártica, se comparó con los registros meteorológicos diarios y mensuales de presión a nivel del mar y precipitaciones, registradas en la estación rusa Bellingshausen, en la isla Rey Jorge, y en la base chilena Bernardo O’Higgins, en la costa oeste de la península Antártica, además de datos de humedad relativa del océano circundante, temperatura superficial del mar, cobertura de hielo marino y temperatura del aire obtenidos in situ y también en las bases de datos públicos, aportados por la comunidad científica internacional.
Conclusiones
El largo proceso de campo y de laboratorio realizado, era necesario para validar que el estudio de isótopos estables de hielo es, desde ahora en adelante, suficiente para reflejar variaciones meteorológicas pasadas y apoyar los modelos que proyectan el clima actual y futuro. Es decir, que el hielo es un termómetro de la atmósfera y océanos.
El equipo, además, confirmó algo que sospechaban: el hielo marino estacional es clave en la estabilidad térmica de la península Antártica y también “que el plateau Laclavère, en la península Antártica, es candidato para la futura extracción de un testigo de hielo de mayor profundidad, para leer el clima hasta cientos de años hacia atrás”, agrega Fernandoy, quien ya planifica su próxima expedición al Continente Blanco con el apoyo del Instituto Antártico Chileno.
Así, el grupo de investigadores pertenecientes a la Universidad Nacional Andrés Bello (Francisco Fernandoy), la Universidad de Chile y el British Antarctic Survey (Dieter Tetzner), la Universidad de Magallanes (Guisella Gacitúa), la Pontificia Universidad Católica de Chile (Fabrice Lambert) y el Centro de Estudios Avanzados en Zonas Áridas (Shelley MacDonell), en colaboración con profesionales del Alfred Wegener Institut (Hanno Meyer y Kirstin Hoffman) y la Universidad de Bremen (Ulrike Falk), de Alemania, no solo aportan nuevos datos de la zona, también caracterizan con extrema precisión un período de tiempo que, aunque breve a escala climática, sienta las bases para futuros estudios y, lo más interesante, abren la posibilidad de re-análisis de muestras ya extraídas de una región centinela del cambio global.
Los datos, generados con el financiamiento de Fondecyt (11121551) y el Instituto Antártico Chileno, y el apoyo logístico de la Fuerza Aérea y el Ejército de Chile, serán igualmente reportados a iniciativas globales como la red Past Global Changes (PAGES) y el Tropical to Polar Connections Institute.
¿Isótopos estables?
Los isótopos son diferentes versiones de átomos de un mismo elemento químico presente en la naturaleza, que se diferencian entre sí por tener uno o más neutrones (partícula subatómica neutra) extras en su núcleo. Algunas de estas versiones son más estables que otras (en términos energéticos y temporales). Por ejemplo, el oxígeno tiene más de diez variedades naturales de sí mismo, mientras que el hidrógeno unas tres. De estas variedades, existen algunos que tienden a desintegrarse naturalmente (isótopos radioactivos), mientras que otros tienen una configuración estable que no decae en el tiempo (isótopos estables).
Recordando que la composición química de una molécula de agua es H2O, cabe señalar que a esta se pueden incorporar en proporciones muy bajas de isótopos pesados como el oxígeno 18 (18O) y el hidrógeno 2 o deuterio (2H), que son variedades muy escasas en la naturaleza (0,2 % y 0,02 % respectivamente).
La abundancia de isótopos pesados es utilizada para el estudio del clima, pues son indicadores de la energía presente en el ambiente al momento en que esas moléculas fueron parte del ciclo hidrológico natural, es decir, desde que el agua de mar se evaporó y formó las nubes, que a su vez precipitaron posteriormente en forma de lluvia y nieve, la que posteriormente se convierte en el hielo polar acumulado en capas.
Cuando hay una proporción mayor de oxígeno 18 y deuterio en una muestra, significa que había más energía en el sistema climático, es decir, más calor. Estudiar la proporción de isótopos estables presentes en el hielo (H2O sólida), se traduce, por lo tanto, en el estudio de las temperaturas pasadas, del aquel tiempo y lugar en el que no había instrumentos meteorológicos.
