Cientistas descobriram um enorme sistema de águas subterrâneas em sedimentos sob o gelo da Antártida

Reservatórios nunca mapeados anteriormente poderiam acelerar geleiras e liberar carbono.

Muitos pesquisadores acreditam que a água líquida é a chave para entender o comportamento da forma congelada encontrada nas geleiras. Sabe-se que a água derretida amolece suas bases de cascalho e acelera sua marcha em direção ao mar. Nos últimos anos, cientistas na Antártida descobriram centenas de Lagos e rios líquidos Ameaçado dentro do próprio gelo. Eles fotografaram espessas bacias de sedimentos sob o gelo, que provavelmente contêm os maiores reservatórios de água de todos os tempos. Mas até agora, ninguém confirmou a presença de quantidades significativas de água líquida nos sedimentos sob o gelo, nem investigou como ela interage com o gelo.

Agora, uma equipe de pesquisa mapeou pela primeira vez um enorme sistema de águas subterrâneas que circulam ativamente nos sedimentos profundos da Antártida Ocidental. Eles dizem que tais sistemas, possivelmente comuns na Antártida, podem ter efeitos até então desconhecidos sobre como o continente congelado reage ou talvez até contribua para as mudanças climáticas. Publique a pesquisa na revista Ciência Em 5 de maio de 2022.

Sites de pesquisa em Whillans Ice Stream. Estações de imagens eletromagnéticas foram instaladas em duas áreas públicas (marcas amarelas). A equipe viajou para áreas mais amplas para realizar outras tarefas, indicadas pelos pontos vermelhos. Clique na imagem para ver uma versão maior. Crédito: Cortesia Chloe Gustafson

A principal autora do estudo, Chloe Gustafson, que conduziu a pesquisa como estudante de pós-graduação na[{” attribute=””>Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory. “The amount of groundwater we found was so significant, it likely influences ice-stream processes. Now we have to find out more and figure out how to incorporate that into models.”

Scientists have for decades flown radars and other instruments over the Antarctic ice sheet to image subsurface features. Among many other things, these missions have revealed sedimentary basins sandwiched between ice and bedrock. But airborne geophysics can generally reveal only the rough outlines of such features, not water content or other characteristics. In one exception, a 2019 study of Antarctica’s McMurdo Dry Valleys used helicopter-borne instruments to document a few hundred meters of subglacial groundwater below about 350 meters of ice. But most of Antarctica’s known sedimentary basins are much deeper, and most of its ice is much thicker, beyond the reach of airborne instruments. In a few places, researchers have drilled through the ice into sediments, but have penetrated only the first few meters. Thus, models of ice-sheet behavior include only hydrologic systems within or just below the ice.

Coauthor Matthew Siegfried pulls up a buried electrode wire. Credit: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

This is a big deficiency; most of Antarctica’s expansive sedimentary basins lie below current sea level, wedged between bedrock-bound land ice and floating marine ice shelves that fringe the continent. They are thought to have formed on sea bottoms during warm periods when sea levels were higher. If the ice shelves were to pull back in a warming climate, ocean waters could re-invade the sediments, and the glaciers behind them could rush forward and raise sea levels worldwide.

The researchers in the new study concentrated on the 60-mile-wide Whillans Ice Stream, one of a half-dozen fast-moving streams feeding the Ross Ice Shelf, the world’s largest, at about the size of Canada’s Yukon Territory. Prior research has revealed a subglacial lake within the ice, and a sedimentary basin stretching beneath it. Shallow drilling into the first foot or so of sediments has brought up liquid water and a thriving community of microbes. But what lies further down has been a mystery.

No final de 2018, um jato de esqui da USAF LC-130 abateu Gustafson, juntamente com o geofísico Kerry Key de Lamont Doherty, o geofísico da Colorado School of Mines Matthew Siegfried e a alpinista Megan Seifert em Whillans. Sua missão: mapear melhor os sedimentos e suas propriedades usando ferramentas geofísicas colocadas diretamente na superfície. Longe de qualquer ajuda, se algo desse errado, seriam necessárias seis semanas cansativas de viagem, cavando na neve, plantando máquinas e inúmeras outras tarefas.

A equipe usou uma tecnologia chamada de imagem magnética, que mede a penetração da energia eletromagnética natural gerada na atmosfera do planeta na Terra. Gelo, sedimentos, água doce, água salgada e leito rochoso conduzem energia eletromagnética em vários graus; Ao medir as diferenças, os pesquisadores podem criar mapas semelhantes a ressonância magnética de diferentes itens. A equipe plantou suas ferramentas em poços de neve por um dia ou mais, depois as desenterrou e as moveu, eventualmente fazendo leituras em cerca de quarenta locais. Eles também reanalisaram as ondas sísmicas naturais que emanam da Terra que foram coletadas por outra equipe para ajudar a caracterizar a rocha, o sedimento e o gelo subjacentes.

Sua análise mostrou que, dependendo da localização, o sedimento se estende abaixo da base de gelo de meio quilômetro a quase dois quilômetros antes de atingir o xisto. Eles confirmaram que o sedimento estava cheio de água líquida ao longo do caminho. Os pesquisadores estimam que, se totalmente extraído, formaria uma coluna de água de 220 a 820 metros de altura – pelo menos 10 vezes mais rasa do que os sistemas hidrológicos rasos dentro e na base do gelo – e possivelmente muito mais. .

A água salgada conduz energia melhor do que a água doce, então eles também foram capazes de mostrar que a água subterrânea se torna mais salgada com a profundidade. Isso faz sentido, disse Key, porque acredita-se que os sedimentos tenham se formado em um ambiente marinho há muito tempo. As águas oceânicas podem ter atingido pela última vez o que é agora a área coberta por Whillans durante um período quente cerca de 5.000 a 7.000 anos atrás, saturando os sedimentos com água salgada. Quando o gelo avançou novamente, ficou evidente que a água doce derretida pela pressão de cima e pelo atrito na base do gelo havia sido claramente empurrada para os sedimentos superiores. Key disse que pode continuar a filtrar e se misturar hoje.

Os pesquisadores dizem que essa drenagem lenta de água doce no sedimento pode impedir que a água se acumule na base do gelo. Isso pode atuar como um freio no movimento para frente do gelo. Medições feitas por outros cientistas na linha terrestre da corrente de gelo – o ponto onde a corrente de gelo terrestre encontra a plataforma de gelo flutuante – mostram que a água lá é um pouco menos salina do que a água do mar normal. Isso indica que a água doce flui através do sedimento para o oceano, abrindo caminho para a entrada de mais água derretida e mantendo o sistema estável.

No entanto, dizem os pesquisadores, se a superfície do gelo for muito fina – uma possibilidade distinta à medida que o clima esquenta – a direção do fluxo de água pode ser revertida. As pressões suspensas diminuirão e as águas subterrâneas mais profundas podem começar a fluir em direção à base de gelo. Isso pode aumentar a lubrificação da base de gelo e aumentar seu movimento para frente. (Whillans já está se movendo em direção ao mar cerca de 1 metro por dia – rápido demais para geleiras.) Além disso, se as águas subterrâneas profundas estiverem fluindo para cima, elas podem levar o calor geotérmico gerado naturalmente no xisto. Isso pode derreter a base de gelo e empurrá-la para frente. Mas se e em que medida isso vai acontecer não está claro.

“Em última análise, não temos limitações significativas na permeabilidade dos sedimentos ou na rapidez com que a água pode fluir”, disse Gustafson. Faria uma grande diferença que gerasse uma reação rápida? Ou a água subterrânea desempenha um papel menor no grande esquema do fluxo de gelo? “

Os pesquisadores dizem que a presença conhecida de micróbios nos sedimentos rasos adiciona outra ruga. É provável que esta bacia e outras tenham sido habitadas abaixo; E se as águas subterrâneas começarem a subir, retirará o carbono dissolvido que esses organismos usam. O fluxo lateral de águas subterrâneas enviará parte desse carbono para o oceano. Isso transformaria a Antártida em uma fonte de carbono anteriormente não considerada em um mundo em que já nada. Mas a questão novamente é se isso terá algum impacto significativo, disse Gustafson.

Os pesquisadores dizem que o novo estudo é apenas o começo para responder a essas perguntas. Eles escreveram: “A confirmação da existência da dinâmica das águas subterrâneas profundas mudou nossa compreensão do comportamento das correntes glaciais e nos forçará a modificar os modelos de águas subglaciais”.

Outros autores são Helen Fricker da Scripps Institution of Oceanography, J. Paul Winberry da Central Washington University, Ryan Ventorelli da Tulane University e Alexander Michaud do Bigelow Oceanographic Laboratory. Chloe Gustafson é agora pesquisadora de pós-doutorado na Scripps.

Referência: “Um sistema dinâmico de águas subterrâneas salinas mapeado em uma corrente de gelo antártica” por Chloe D. Gustafson, Keri K, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. maio de 2022, Ciência.
DOI: 10.1126 / science.abm3301