Crédito imagen: Charlie Paull © 2016 MBARI.
En todo el Ártico, numerosos estudios revisados por pares muestran que el deshielo del permafrost crea tierras inestables que impactan negativamente en infraestructuras importantes y en comunidades indígenas. Ahora, un nuevo estudio de investigadores de MBARI y sus colaboradores publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences encuentra cambios dramáticos en alta mar y es el primero en documentar cómo el deshielo del permafrost sumergido bajo el agua en el borde del Océano Ártico está afectando el lecho marino.
Alrededor de una cuarta parte de la tierra en el hemisferio norte es permafrost o suelo congelado. Al final de la última glaciación (hace 12 000 años), el derretimiento de los glaciares y el aumento del nivel del mar sumergieron grandes franjas de permafrost. Hasta hace poco, este permafrost sumergido había sido en gran medida inaccesible para los investigadores. Pero ahora, gracias a los avances tecnológicos, incluidos los robots cartográficos autónomos de MBARI, los científicos pueden realizar estudios detallados y evaluar los cambios en el lecho marino.
Crédito imagen: Eve Lundsten © 2022 MBARI
Estudios batimétricos de alta resolución en el mar canadiense de Beaufort han revelado cambios en el lecho marino entre 2010 y 2019. Usando robots de mapeo autónomos, los científicos documentaron múltiples depresiones grandes similares a sumideros, la más grande del tamaño de una manzana entera de edificios de seis pisos, se había desarrollado en menos de una década.
«Sabemos que están ocurriendo grandes cambios en el paisaje del Ártico, pero esta es la primera vez que hemos podido implementar tecnología para ver que los cambios también están ocurriendo en alta mar», dijo Charlie Paull, Geólogo de MBARI que dirigió el estudio con Scott Dallimore del Servicio Geológico de Canadá, Recursos Naturales de Canadá y un equipo internacional de investigadores. “Si bien los sumideros submarinos que hemos descubierto son el resultado de ciclos climáticos glaciales-interglaciales a más largo plazo, sabemos que el Ártico se está calentando más rápido que cualquier otra región de la Tierra. A medida que el cambio climático continúa remodelando el Ártico, es fundamental que también comprendamos los cambios en el permafrost sumergido en alta mar».
Desde 2003, MBARI ha sido parte de una colaboración internacional para estudiar el lecho marino del mar canadiense de Beaufort con el Servicio Geológico de Canadá, el Departamento de Pesca y Océanos de Canadá y, desde 2013, con el Instituto de Investigación Polar de Corea. El apoyo para este trabajo fue proporcionado por la Fundación David y Lucile Packard, el Servicio Geológico de Canadá, Pesca y Océanos de Canadá, y el Ministerio Coreano de Océanos y Pesca (beca KIMST No. 1525011795).
“Esta investigación fue posible gracias a la colaboración internacional durante la última década que ha brindado acceso a modernas plataformas de investigación marina, como la tecnología robótica autónoma de MBARI y los rompehielos operados por la Guardia Costera de Canadá y el Instituto de Investigación Polar de Corea”, dijo Dallimore. “El gobierno de Canadá y el pueblo Inuvialuit que vive en la costa del mar de Beaufort valoran mucho esta investigación, ya que los complejos procesos descritos tienen implicaciones para la evaluación de los riesgos geológicos, la creación de un hábitat marino único y nuestra comprensión de los procesos biogeoquímicos”.
El mapeo repetido del lecho marino con un sonar basado en barcos y un vehículo submarino autónomo (AUV) fue fundamental para este trabajo. Los AUV de mapeo de MBARI pueden resolver la batimetría del lecho marino hasta una resolución de una cuadrícula cuadrada de un metro (alrededor de tres pies), o aproximadamente del tamaño de una mesa. Estos robots auto guiados han sido fundamentales para permitir la visualización detallada del fondo marino y documentar los cambios a lo largo del tiempo.
Cuatro relevamientos del fondo submarino ártico mostraron cambios rápidos y dinámicos en su morfología
En 2010, mientras realizaban los primeros levantamientos cartográficos multihaz sistemáticos de parte del borde y la pendiente de la plataforma en el mar canadiense de Beaufort, los investigadores encontraron una banda de terreno del fondo marino inusualmente accidentado a lo largo de un tramo de 95 kilómetros (59 millas) de la plataforma aproximadamente a 180 kilómetros (110 millas) de la costa, a lo largo de lo que alguna vez fue el límite hacia el mar del permafrost relicto del Pleistoceno. Los sondeos repetidos permitieron a los investigadores comenzar a comprender los procesos que crean el terreno del fondo marino distintivamente accidentado en el mar canadiense de Beaufort.
Los tres estudios multihaz posteriores, con AUV en 2013 y 2017 y por barco en 2019, proporcionaron mapas de alta resolución de un área más pequeña de 4,8 kilómetros cuadrados (1,9 millas cuadradas) cerca del borde del permafrost sumergido de 120 a 150 metros (394 a 492 pies) de profundidad para ayudar a los investigadores a comprender los procesos responsables de las características únicas del fondo marino observadas por primera vez en 2010. Las diferencias medidas en estos estudios durante un período de nueve años proporcionaron tres instantáneas de cambios rápidos y dinámicos en la morfología del fondo marino.
Los investigadores documentaron la formación de nuevas depresiones empinadas de forma irregular. La más grande era una depresión de forma ovalada de 28 metros (92 pies) de profundidad, 225 metros (738 pies) de largo y 95 metros (312 pies) de ancho. El equipo de investigación atribuye estos cambios al colapso intermitente del lecho marino debido al calentamiento gradual del sedimento del permafrost congelado debajo de la plataforma ártica desde el final de la última edad de hielo.
La degradación del permafrost submarino del Ártico es producida por procesos antiguos y lentos, no antropogénicos
La degradación del permafrost del Ártico terrestre se atribuye, en parte, al aumento de la temperatura media anual debido al cambio climático provocado por el hombre. Los cambios que documentó el equipo de investigación se derivan de cambios climáticos mucho más antiguos y lentos relacionados con nuestro surgimiento de la última edad de hielo, y cambios similares parecen haber estado ocurriendo a lo largo del borde marino del antiguo permafrost durante miles de años.
“No tenemos muchos datos a largo plazo sobre la temperatura del fondo marino en el mar canadiense de Beaufort, pero los datos disponibles no muestran una tendencia al calentamiento, lo que descartó que el cambio climático antropogénico impulsara los cambios dramáticos en el terreno del fondo marino. En cambio, el calor transportado en los sistemas de agua subterránea que se mueven lentamente está impulsando estos cambios”, explicó Paull.
Crédito imagen: Eve Lundsten © 2022 MBARI
El agua subterránea salobre generada por el permafrost descongelado se filtra hacia arriba a lo largo del borde inferior de los cuerpos de permafrost relictos restantes, acelerando el deshielo del permafrost en los sedimentos de arriba. Las cavidades llenas de agua reemplazan el exceso de hielo que alguna vez estuvo dentro del permafrost relicto. Los vacíos subterráneos previamente llenos de permafrost colapsaban periódicamente para producir los grandes sumideros que se formaban rápidamente y que se observaban en el lecho marino.
El equipo de investigación también documentó otras características distintas del fondo marino creadas por el agua del permafrost descongelado.
En áreas donde la descarga de aguas subterráneas es más limitada, las aguas del fondo del océano mantienen la temperatura de los sedimentos cerca del fondo marino lo suficientemente baja como para que las aguas salobres ascendentes se vuelvan a congelar a medida que se acercan al fondo marino ligeramente más frío. Cuando el hielo en los sedimentos cercanos al fondo marino se congela, se expande y crea pingos: colinas circulares con un núcleo de hielo. Los mapas del fondo marino revelaron una gran cantidad de pingos adyacentes al área de descarga principal. Si bien los pingos se consideraban anteriormente principalmente como forma de relieve terrestre, este estudio ha confirmado que estas características son, de hecho, pingos submarinos. La densidad de estos pingos es la más alta conocida en cualquier lugar.
“El derretimiento continuo del permafrost relicto debajo de la Plataforma Ártica, la expulsión de aguas salobres y la formación de nuevo hielo en el suelo dentro de los sedimentos cercanos al fondo marino trabajan en conjunto para crear la morfología única y rápidamente cambiante observada en el lecho marino del Ártico”, dijo Paull. “Estos rápidos cambios en el lecho marino exigen nuestra atención. Necesitamos entender cómo la descomposición del permafrost submarino relicto afectará las vastas áreas que subyacen a las plataformas continentales del Ártico. Esta investigación pionera ha revelado cómo se puede detectar el deshielo del permafrost submarino y luego monitorearlo una vez que se establecen las líneas de base”.
El equipo espera que también puedan estar ocurriendo procesos similares en otros sistemas submarinos de permafrost. Se desconoce cuán generalizados son los cambios similares en las plataformas árticas, ya que esta es una de las primeras áreas en el Ártico estudiadas con múltiples estudios batimétricos multihaz. Sin embargo, el deshielo del permafrost puede ser un proceso importante para esculpir el lecho marino en todo el Ártico.
Crédito imagen: Roberto Gwiazda © 2017 MBARI
Investigación futura
El equipo de investigación regresará al Ártico este verano a bordo del R/V Araon, un rompehielos coreano. Este viaje con los colaboradores canadienses y coreanos de MBARI desde hace mucho tiempo, junto con la incorporación del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos, ayudará a refinar nuestra comprensión de la descomposición del permafrost submarino.
Dos de los AUV de MBARI mapearán el lecho marino con un detalle notable y el MiniROV de MBARI, un vehículo portátil operado a distancia, permitirá una mayor exploración y muestreo para complementar los sondeos de mapeo.
El mar canadiense de Beaufort, un área remota del Ártico, se ha vuelto accesible recientemente debido a que el cambio climático impulsa la retirada del hielo marino. Aprender sobre el frágil entorno del Ártico antes de que se altere aún más por la presencia humana en expansión es especialmente importante y urgente. Esta investigación en curso en el Ártico y la próxima expedición ejemplifican la misión de MBARI de hacer avanzar la ciencia y la tecnología oceánicas para comprender un océano cambiante.
El paper
Paull, C.K., S.R. Dallimore, Y.K. Jin, D.W. Caress, E. Lundsten, R. Gwiazda, K. Anderson, J.H. Clarke, S. Youngblut, and H. Melling (2022). Rapid seafloor changes associated with the degradation of Arctic submarine permafrost. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119: e2119105119. doi.org/10.1073/pnas.2119105119
Fuente: Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI).
Artículo original: ‘Mapping reveals rapid changes to the Arctic seafloor as ancient submerged permafrost thaws’. March 14, 2022.
Material relacionado
Sobre el Permafrost
Crédito foto: Boris Radosavljevic.
Una excelente introducción a lo que es el permafrost, con buenas ilustraciones y recursos, se encuentra en:
- Permafrost. An Introduction. Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI).
En particular el siguiente video:
Esta animación responde a estas preguntas. Científicos del Instituto Alfred Wegener realizan expediciones anuales a las regiones polares para comprender los diversos procesos en el permafrost y evaluar con precisión los impactos de su degradación.
Crédito: Instituto Alfred Wegener / Lars Grübner.
Ver también:
- Permafrost. Ellen Wohl. Oxford Bibliographies / Oxford University Press.
Sobre los Pingos
- Pingo. Wikipedia.
Dos excelentes artículos del investigador Charlie Paull del Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), muestran en detalle el estudio del origen de los pingos submarinos, que responden a un proceso distinto al de los pingos de superficie:
- Of pingos and pockmarks. Charles K Paull. Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). December 15, 2003.
- Pockmarks and pingos, part II: How methane creates hills and pits in the seafloor off Taiwan. Kim Fulton-Bennett. Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI). August 19, 2019.
Curiosidades
El Permafrost en Marte
Crédito de la imagen: NASA/JPL/Universidad de Arizona.
El permafrost marciano y las Líneas de Pendiente Recurrentes (RSL)
Crédito de la imagen: NASA/JPL/Universidad de Arizona.
un equipo de investigadores dirigido por la científica investigadora sénior del Instituto SETI, Janice Bishop , miembro del equipo del Instituto de Astrobiología de la NASA (NAI) del Instituto SETI, ha presentado una teoría sobre lo que está causando los deslizamientos de tierra en la superficie de Marte.
Las ideas anteriores sugerían que los flujos de escombros líquidos o los flujos granulares secos causaron este movimiento. Ninguno de los modelos puede explicar por completo las características del flujo estacional marciano conocidas como líneas de pendiente recurrentes (RSL). El equipo plantea la hipótesis alternativa de que el derretimiento del hielo a pequeña escala en el regolito cercano a la superficie está provocando cambios en la superficie que la hacen vulnerable a las tormentas de polvo y al viento. Como resultado, las características RSL aparecen y/o se expanden en la superficie de Marte hoy. Además, el equipo cree que las capas delgadas de hielo que se derrite son el resultado de interacciones entre el hielo de agua subterránea, las sales de cloro y los sulfatos, que crean un aguanieve inestable, similar a un líquido, que provoca sumideros, colapso del suelo, flujos superficiales y levantamientos.
El artículo siguiente lo presenta en detalle:
- Martian Landslides Caused by Underground Salts and Melting Ice? SETI Institute. February 3, 2021.