Una mejor comprensión del deshielo de los icebergs y la formación de hielo en los lagos podría proporcionar nuevos indicadores del cambio climático.
Eric Hester ha pasado los últimos tres años persiguiendo icebergs. Hester, estudiante de posgrado en matemáticas de la Universidad de Sydney en Australia, e investigadores de la Institución Oceanográfica Woods Hole en Massachusetts están estudiando cómo la forma de un iceberg da forma a su fusión.
“El hielo se deforma a medida que se derrite”, dijo la oceanógrafa física Claudia Cenedese, quien ha trabajado con Hester en el proyecto. «Hace estas formas muy extrañas, especialmente en la parte inferior, como la forma en que el viento da forma a una montaña en una escala de tiempo más larga».
En la 73a Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física, Hester presentó los resultados de los experimentos de su grupo destinados a comprender cómo el derretimiento altera el límite cambiante de un iceberg que se encoge, y cómo esas alteraciones a su vez afectan el derretimiento.
La dinámica del derretimiento del iceberg falta en la mayoría de los modelos climáticos, dijo Cendese. Incluirlos podría ayudar con la predicción: los icebergs bombean agua dulce de las capas de hielo a los océanos, impulsando las comunidades de organismos vivos. Los icebergs son la fuente dominante de agua dulce en los fiordos de Groenlandia y un contribuyente significativo a la pérdida de agua dulce en la Antártida. Los icebergs juegan un papel crítico en el clima, dijo Cenedese, y no deben descuidarse en los modelos. La física del derretimiento del hielo se comprende bien y algunos modelos la simulan con precisión, dijo. Otros no lo hacen. «Pero lo que no se puede hacer en esas simulaciones es cambiar la forma del hielo».
Los icebergs se forman con una amplia gama de formas y tamaños, dijo Hester, y distintos procesos termodinámicos afectan a diferentes superficies. La base, sumergida en agua, no se derrite de la misma forma que el lateral. «Y cada cara no se derrite de manera uniforme», agregó Cenedese.
Hester llevó a cabo sus experimentos sumergiendo un bloque de hielo teñido en un canal con un flujo de agua controlado y viendo cómo se derretía. Él y sus colegas descubrieron que el lado que mira hacia una corriente se derrite más rápido que los lados que corren paralelos al flujo. Mediante la combinación de enfoques experimentales y numéricos, Hester y sus colaboradores trazaron las influencias relativas de factores como la velocidad relativa del agua y la relación de aspecto, o la proporción de altura a ancho en un lado. Como era de esperar, encontraron que el fondo tenía la tasa de fusión más lenta.
Cenedese dijo que el proyecto de Hester reúne a colaboradores de una variedad de disciplinas y países, y que se necesitaba una colaboración diversa para un proyecto tan interdisciplinario. «Trabajar de forma aislada no es tan productivo en este caso».
Otros estudios discutidos en la conferencia se centraron en la formación de hielo, en lugar de derretirse. Durante una sesión sobre flujos cargados de partículas, el ingeniero Jiarong Hong del Laboratorio St. Anthony Falls de la Universidad de Minnesota, en Minneapolis, discutió los resultados de experimentos que muestran cómo la turbulencia influye tanto en la velocidad como en la distribución de la nieve a medida que cae y se asienta. Los hallazgos también podrían ayudar a los científicos a comprender mejor la precipitación, dijo Hong.
Otro proyecto, presentado por el físico Chao Sun de la Universidad de Tsinghua en China y su grupo durante una sesión sobre flujos impulsados por convección y flotabilidad, se centró en la formación de hielo en los lagos.
Trabajando con una beca de la Fundación de Ciencias Naturales de China con Ziqi Wang de la Universidad de Tsinghua, Enrico Calzavarini de la Universidad de Lille en Francia y Federico Toschi de la Universidad de Tecnología de Eindhoven en los Países Bajos, Sun mostró cómo la formación de hielo en un lago está estrechamente relacionado con la dinámica de fluidos del agua debajo.
Un lago puede poseer capas de agua de diferentes densidades y temperaturas. «Las anomalías de la densidad del agua pueden inducir una dinámica de fluidos elaborada debajo de un frente de hielo en movimiento y pueden cambiar drásticamente el comportamiento del sistema», dijo Sun. «Esto a menudo se ha ignorado en estudios anteriores».
El grupo de Sun combinó experimentos físicos, simulaciones numéricas y modelos teóricos para investigar la conexión entre el hielo y los flujos convectivos (turbulentos). Identificaron cuatro regímenes distintos de diferentes dinámicas de flujo, cada uno de los cuales interactúa con otras capas y el hielo a su manera. Sin embargo, incluso con esa complejidad, el grupo desarrolló un modelo teórico preciso que podría usarse en estudios futuros.
«Hizo una predicción justa del espesor de la capa de hielo y del tiempo de congelación», dijo Sun.
Dado que la formación y el derretimiento del hielo juega un papel tan crítico en el clima, dijo, una mejor comprensión de la dinámica de fluidos detrás del proceso podría ayudar a los investigadores a identificar y estudiar con precisión los marcadores de un mundo en calentamiento. «El tiempo que tarda en formarse y derretirse el hielo, por ejemplo, podría potencialmente proporcionar un indicador del cambio climático».
Resúmenes destacados
¿Cómo afecta la forma del iceberg al derretimiento?
Dinámica de asentamiento de nieve en turbulencia atmosférica
Cómo el crecimiento del hielo del lago depende de la dinámica de fluidos subyacente