El papel de las capas de hielo en el clima

Hoy en día, las capas de hielo cubren un área aproximadamente del tamaño de América del Sur. Aunque esto representa solo alrededor del tres por ciento de la superficie de la Tierra, al igual que el hielo marino del Ártico, juegan un papel importante para el clima. Para investigar las capas de hielo y sus interacciones con el clima, estamos desarrollando un modelo climático en el que el tamaño de las capas de hielo cambia con el tiempo. Estos cambios e interacciones aún no están adecuadamente representados en los modelos climáticos convencionales.

Texto: Marie -Luise Kapsch & Clemens Schannanwell / Instituto Max Planck de Meteorología

En las últimas décadas, las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida han disminuido significativamente y las proyecciones científicas apuntan a un retroceso cada vez mayor en el futuro. Las capas de hielo se forman en la Tierra en áreas que reciben suficiente nieve, que se acumulan y forman hielo con el tiempo debido a la presión. Por lo tanto, se crea de manera diferente al hielo marino, del que a menudo se habla en público, y se forma por la congelación del agua de mar. Dado que la mayor parte de la capa de hielo está en tierra, el derretimiento de las capas de hielo conduce a un aumento del nivel del mar, a diferencia del derretimiento del hielo marino. Según la cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero y el derretimiento de la capa de hielo que la acompaña, es probable que el nivel del mar aumente entre 0,3 y 1,1 metros hasta finales de este siglo. Esto no solo tiene implicaciones climáticas, sino también sociales y económicas, ya que alrededor de 267 millones de personas en todo el mundo viven en áreas a menos de 1 metro sobre el nivel del mar.

En los últimos períodos, las capas de hielo han estado sujetas a fuertes cambios climáticos. Por ejemplo, hace 21.000 años, la temperatura media mundial era unos cinco grados centígrados más baja y el nivel del mar era unos 120 metros más bajo que el actual. Grandes capas de hielo cubrían Groenlandia, la Antártida y partes de América del Norte y Eurasia, casi el ocho por ciento de la superficie de la Tierra. Hace unos 19.000 años, las temperaturas comenzaron a subir y un gran porcentaje de las capas de hielo desaparecieron. Esta transición se llama post-disolución. Hoy, solo quedan los dos casquetes polares de Groenlandia y la Antártida. Para comprender mejor estos cambios climáticos y las interacciones entre las capas de hielo y el clima, realizamos simulaciones a largo plazo utilizando un modelo climático recientemente desarrollado. Usando este modelo, también queremos sacar conclusiones sobre la evolución futura del clima.

Las pequeñas diferencias tienen un poderoso efecto sobre el clima

Uno de los objetivos de nuestro trabajo ha sido obtener una mejor comprensión del impacto de la incertidumbre en la extensión y la altura de las capas de hielo en el clima. Para hacer esto, simulamos la descomposición reciente con diferentes reconstrucciones de la capa de hielo como condiciones de contorno. Las reconstrucciones se obtienen analizando los restos geológicos de antiguos mantos de hielo, que, sin embargo, están incompletos tanto en el tiempo como en el espacio. Esto conduce a diferentes reconstrucciones, que varían mucho en la altura y extensión de la capa de hielo. Los cálculos de nuestro modelo muestran que incluso las pequeñas diferencias en estas propiedades tienen una fuerte influencia en el clima. Las variaciones afectan tanto al clima durante el último período glacial como al momento y alcance de las abruptas fluctuaciones climáticas durante el último derretimiento en el hemisferio norte. La razón principal de esto es que el aumento de la capa de hielo y la adición de agua de deshielo liberada en el océano por el cambio de las capas de hielo afecta la atmósfera y la circulación oceánica. Estos, a su vez, regulan la cantidad de calor transferido desde los subtrópicos al Océano Atlántico Norte y, por lo tanto, determinan el clima en las regiones vecinas, como Europa.

Corriente glacial continua después del punto de inflexión

Grandes cambios en las capas de hielo También afectó repetidamente al clima entre hace 60.000 y 25.000 años, la llamada fase isotópica marina 3. Esta fase se caracterizó por fuertes y periódicas fluctuaciones de temperatura en el hemisferio norte. Además, ocurrieron inestabilidades periódicas de las capas de hielo, conocidas como eventos Heinrich, llamados así por su descubridor alemán. Durante el evento Heinrich, se descargaron grandes cantidades de icebergs de la capa de hielo de América del Norte. Estos icebergs ingresaron al océano, donde, entre otras cosas, afectaron la circulación oceánica y provocaron un enfriamiento significativo en el Atlántico Norte. Los mecanismos exactos que conducen a estos eventos siguen sin estar claros.

Realizamos simulaciones para comprender cómo las diferentes condiciones climáticas afectan el momento del evento Heinrich. En nuestras simulaciones, los eventos de Heinrich ocurren con frecuencia en diferentes regiones de la capa de hielo de América del Norte, pero difieren regionalmente en su dinámica. También descubrimos que un clima más cálido a menudo conduce a cruzar un umbral crítico, o punto de inflexión, donde los eventos de Heinrich ya no pueden ocurrir y, en cambio, se desarrolla una glaciación continua. Tal transición podría elevar el nivel del mar varios metros y demuestra que los puntos de inflexión pasados ​​pueden haber alterado la evolución a largo plazo del clima.

Nuestros estudios subrayan la importancia de las capas de hielo para la evolución climática a corto y largo plazo. Muestran lo importante que es tener en cuenta los cambios en las capas de hielo para simular modelos pasados ​​y futuros. En trabajos futuros, queremos identificar puntos de inflexión en el sistema climático causados ​​por cambios en la capa de hielo que tienen el potencial de alterar la evolución del clima a largo plazo. Estos incluyen cambios en la corriente en chorro, la circulación de inversión del Atlántico (AMOC, por sus siglas en inglés), que comprende la Corriente del Golfo, y Reacciones de hielo de albedo. Este último se refiere al hielo que refleja más radiación solar que la vegetación y, por lo tanto, la Tierra se calienta menos en las regiones cubiertas de hielo. Nuestro sistema modelo nos permite comprender e investigar completamente estos procesos y retroalimentaciones entre las capas de hielo y el clima.