Los científicos miden la atracción gravitacional del hielo en un par de satélites. Esto les permite estimar la pérdida de hielo y su contribución al aumento del nivel del mar.
Las capas de hielo y los glaciares de la Tierra almacenan una gran cantidad de agua terrestre, hasta el 69 por ciento del agua dulce del planeta. Este es un dato del Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo de EE. UU. Cuando este hielo se derrite y fluye cuesta abajo, el agua que alguna vez estuvo almacenada en tierra ahora contribuye al volumen en los mares.
Los mares del planeta han aumentado durante más de un siglo, con efectos adversos. Por ejemplo, el aumento de las inundaciones costeras, la erosión de las playas y la intrusión de agua salada en los suministros de agua subterránea dulce. Hay más de una causa para el aumento. Pero el mayor contribuyente en las últimas décadas proviene del derretimiento de las capas de hielo y los glaciares del planeta.
¿Cuánto del aumento del nivel del mar proviene del derretimiento de las capas de hielo y los glaciares?
Una forma de rastrearlo es medir cuánta masa están perdiendo.
Mediciones en tierra
Los científicos han estado haciendo mediciones repetidas en tierra en sitios selectos durante décadas. Este enfoque continúa hoy y amplía importantes registros de cambio a largo plazo. Las mediciones de campo tradicionales también son importantes para calibrar modelos y comprender qué causa los cambios observados por los satélites. Pero la investigación demostró que las mediciones de campo pueden sobrestimar la pérdida de hielo cuando se utilizan para extrapolar áreas más grandes con pocas observaciones.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.
Mediciones satelitales: Gravimetría.
En las últimas dos décadas, los satélites de observación de la Tierra han abierto nuevas vías para observar las cambiantes masas de hielo del planeta. De ese modo se ha mejorado la frecuencia y cobertura de las mediciones. El método que mide más directamente la pérdida de masa de los glaciares y las capas de hielo se llama gravimetría. Consiste en que los científicos esencialmente “pesan” el hielo de la Tierra midiendo su atracción gravitacional en un par de satélites.
Los satélites GRACE y GRACE-FO
Las principales herramientas para esta medición han sido los satélites Gravity Recovery and Climate Experiment Follow On (GRACE-FO). Es una misión conjunta lanzada en 2018 por la NASA y el Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ), y GRACE. Esta última, es una misión predecesora entre las mismas organizaciones, de 2002 a 2017. Los satélites gemelos en cada misión detectan cambios sutiles en el campo de gravedad de la Tierra. Las fuerzas gravitacionales están determinadas por la masa. Por lo que los cambios observados en el campo de gravedad de la Tierra indican una redistribución de la masa. Dichos aumentos o disminuciones pueden deberse a cambios en el almacenamiento de agua subterránea o al deterioro de las capas de hielo y los glaciares.
El mapa en la parte superior de esta página se basa en datos de los satélites GRACE y GRACE-FO. Muestra dónde se desvió la masa en la superficie del planeta en Agosto de 2020, del promedio de todos los meses entre 2004 y 2009. Los tonos de rojo y naranja indican dónde disminuyó la masa de la Tierra. Esta disminución es principalmente debida a cambios en la cantidad de agua, incluida la nieve y el hielo. Las áreas azules muestran dónde creció la masa. Observe que algunos de los cambios más dramáticos se concentran en las áreas ricas en hielo de la Antártida occidental, Groenlandia y el sureste de Alaska.
¿Cómo funcionan?
Cada una de las misiones GRACE consta de dos satélites a la misma altitud. Está uno detrás del otro en órbita, separados un promedio de 220 kilómetros, orbitando la Tierra de polo a polo unas 15 veces al día. La clave de la medición es que la distancia entre los satélites varía ligeramente dependiendo de la masa de la superficie de la Tierra debajo.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.
Veamos qué sucede a medida que el satélite líder pasa sobre una gran masa en la superficie terrestre. Esta puede ser por ejemplo, una cadena montañosa o una capa de hielo. La fuerza de gravedad empuja al satélite ligeramente hacia adelante, acelerándolo y aumentando su distancia del satélite que lo sigue. Este último aún no se ve afectado por la misma masa. Después de que el satélite líder pasa por encima de la protuberancia, la gravedad lo empuja hacia atrás. Esto sucede aproximadamente al mismo tiempo que el satélite que lo sigue avanza , lo que disminuye la distancia entre ellos. Estos cambios en la separación, se miden con una precisión dentro de una micra mediante instrumentos de rango de microondas en los satélites. Las medidas son utilizadas por los científicos para derivar mapas de la gravedad y masa de la Tierra.
Identificando las anomalías de la gravedad causadas por la masa de hielo
Para los científicos que estudian cómo el hielo terrestre contribuye al aumento del nivel del mar, estos mapas generales de «anomalías de masa» son útiles. Pero no suficientes. Desde la misión GRACE, los científicos trabajaron para aislar qué anomalías de la gravedad fueron causadas por la masa de hielo, a diferencia de otros factores. Como puede ser, la masa de montañas debajo de la capa de hielo. Una vez que los científicos tuvieron algunos años de observaciones, pudieron comenzar a ver cómo cambiaba la masa de hielo.
El «equivalente a nivel del mar».
Los científicos usan GRACE de forma rutinaria para estudiar cambios masivos en las capas de hielo más grandes del planeta en Groenlandia y la Antártida. A partir de esas mediciones, pueden calcular el «equivalente al nivel del mar». Los cambios en la masa de las capas de hielo y los glaciares se miden normalmente en gigatoneladas (Gt). Descubrieron que el derretimiento o desprendimiento de 1000 gigatoneladas de hielo terrestre en el océano eleva el nivel del mar global en 2,8 milímetros.
Cambios de la masa de hielo en Groenlandia
Crédito animación: Estudio de Visualización Científica de la NASA / Marit Jentoft-Nilsen.
El mapa de arriba muestra pérdidas masivas en la capa de hielo de Groenlandia, según las mediciones de la misión GRACE de 2002 a 2016. La investigación ha demostrado que durante ese lapso, la capa de hielo arrojó alrededor de 280 gigatoneladas de hielo por año. Esto provocó que el nivel del mar global aumentara 11,2 milímetros (0,4 pulgadas) o aproximadamente 0,8 milímetros (0,03 pulgadas) por año.
Los datos más recientes de GRACE-FO indican que Groenlandia ha seguido perdiendo una enorme cantidad de hielo. En solo dos meses durante el verano excepcionalmente cálido de 2019, la isla perdió 600 gigatoneladas de hielo. Eso es más del doble de las pérdidas anuales promedio entre 2002-2019.
Contribución conjunta de Groenlandia y la Antártida al aumento del nivel del mar
El derretimiento del hielo en la Antártida también está contribuyendo al aumento del nivel del mar. Entre 2002 y 2017, los científicos descubrieron las pérdidas de masa de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida. Combinadas contribuyeron con aproximadamente 1,2 milímetros por año al nivel medio global del mar. Eso es aproximadamente un tercio del aumento total del nivel del mar durante ese tiempo.
La contribución de los otros glaciares más allá de los polos
El hielo más allá de Groenlandia y la Antártida ya ha contribuido de manera significativa al aumento del nivel del mar. De hecho, el derretimiento de los glaciares ha contribuido más al aumento del nivel del mar que las capas de hielo polar desde 1900. Aunque es probable que eso cambie en el próximo siglo. Con los datos de GRACE, los científicos encontraron que los glaciares de montaña perdieron anualmente alrededor de 200 gigatoneladas de hielo entre 2002 y 2016. De esa manera contribuyeron con 8 milímetros al nivel medio global del mar .
Las cifras anteriores, derivadas de GRACE, muestran cambios de masa para algunas de estas principales regiones glaciares más allá de los polos. Las mayores pérdidas de masa ocurrieron en Alaska. Otras áreas, como el oeste de Canadá y los Estados Unidos, han experimentado cambios relativamente pequeños hasta 2012, seguidos de un período de pérdidas mayores.
Teniendo en cuenta el ajuste isostático
Los científicos continúan refinando sus estimaciones de GRACE. Por ejemplo, están trabajando constantemente para corregir el ajuste isostático de los glaciares. Este consiste en la remodelación de la corteza terrestre y su redistribución de masa cuando se reduce el peso del hielo en algunos lugares.
Combinando los datos gravimétricos con la altimetría láser
Los datos gravimétricos también están convergiendo con otras mediciones, como la altimetría láser. Conjuntamente muestran una imagen cada vez más completa del papel del hielo en el aumento del nivel del mar. También identifican qué factores son más importantes e impulsan los cambios observados. Los datos modernos se utilizan para comprender las contribuciones al aumento del nivel del mar en el pasado y para estimar la evolución futura.
Créditos e información adicional
Imágenes del Observatorio de la Tierra de la NASA de Lauren Dauphin. Ella utilizó datos de anomalías de masa de superficie de espesor equivalente de agua terrestre mensual de las siguientes fuentes. De GRACE, del Centro de Archivos Activos Distribuidos de Oceanografía Física (PODAAC), y datos de Wouters, Bert, et al. (2019) . Animación del Estudio de visualización científica de la NASA / Marit Jentoft-Nilsen. Historia de Kathryn Hansen, con apoyo de imágenes y texto de Felix Landerer / NASA JPL y Bert Wouters / TU Delft.
Encuentre más historias sobre nuestros océanos y costas cambiantes en la colección de aumento del nivel del mar del Observatorio de la Tierra . Explore otras historias sobre el nivel del mar de nuestros colegas de la NASA en Rising Waters .
¿Busca datos relacionados con el aumento del nivel del mar? Consulte el buscador de datos de cambio del nivel del mar en el sitio ‘Earthdata’ de la NASA. Este sitio destaca las herramientas utilizadas para estudiar las anomalías de la masa de hielo, incluidos los datos de los satélites GRACE y GRACE-FO.
Nota del editor
Este artículo forma parte de una serie sobre cómo la NASA y otras instituciones científicas miden y controlan el aumento del nivel del mar. Encuentra las otras historias aquí .
Fuente: NASA Earth Observatory.
Artículo original: «Taking a Measure of Sea Level Rise: Gravimetry«. Kathryn Hansen, with image and text support by Felix Landerer, and Bert Wouters.
Referencias y Recursos
- AntarcticGlaciers.org (2020, July 15) Calculating glacier ice volumes and sea level equivalents. Accessed November 4, 2020.
- Frederikse, T. et al. (2020) The causes of sea-level rise since 1900. Nature, 584 (2020), 393–397.
- Gardner, A. S. et al. (2013) A Reconciled Estimate of Glacier Contributions to Sea Level Rise: 2003 to 2009. Science, 340 (6134), 852–857.
- GRACE-FO (2020, March 18) GRACE, GRACE-FO Satellite Data Track Ice Loss at the Poles. Accessed November 4, 2020.
- GRACE-FO Spacecraft. Accessed November 4, 2020.
- GRACE-FO Ice Sheets and Glaciers. Accessed November 4, 2020.
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- NASA Education (2007, April 16) Measuring Gravity With GRACE. Accessed November 4, 2020.
- NASA’s Jet Propulsion Laboratory (2020, August 20) NASA-led Study Reveals the Causes of Sea Level Rise Since 1900. Accessed November 4, 2020.
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- Velicogna, I. et al. (2014) Regional acceleration in ice mass loss from Greenland and Antarctica using GRACE time-variable gravity data. Geophysical Research Letters, 41 (22), 8130–8137.
Curiosidades
La anatomía de la pérdida de hielo glacial
Crédito: NASA.
Un clima más cálido está pasando factura a los glaciares de Groenlandia y la Antártida, derritiéndolos desde arriba y debajo de la superficie. Cuanto más se derriten, más aumenta el nivel del mar.
Cuando un cubo de hielo se expone a una fuente de calor, como agua tibia o aire, se derrite. Por lo tanto, no es de extrañar que un clima más cálido esté provocando el derretimiento de nuestros glaciares y capas de hielo. Sin embargo, predecir cuánto se derretirán los glaciares y las capas de hielo y qué tan rápido no es tan sencillo. Estas dos cantidades son componentes clave del aumento del nivel del mar. El siguiente artículo lo presenta y contiene una selección de recursos sobre el tema.
- La anatomía de la pérdida de hielo glacial. Carlos Costa. Sociedad Astronómica Octante, SAO. Nov. 7, 2020.