La capa de hielo del Ártico alcanza su pico cada año a mediados de marzo, antes de la reducción con temperaturas primaverales más cálidas. Pero en las últimas tres décadas, esta capa de hielo del invierno se ha reducido: su máximo anual alcanzado mínimos históricos, de acuerdo con las observaciones por satélite, en 2007 y nuevamente en 2011.
La comprensión de los procesos que conducen a la formación de hielo marino puede ayudar a los científicos a predecir el futuro alcance de la cobertura de hielo del Ártico - un factor esencial en la detección de las fluctuaciones del clima. Pero los modelos existentes varían en sus predicciones de cómo va a evolucionar el hielo marino.
Ahora, los investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachussetts) han desarrollado un nuevo método para la combinación óptima de los modelos y las observaciones, y simular con precisión la magnitud estacional de hielo marino del Ártico y de la circulación oceánica debajo del mismo. El equipo aplicó su método de síntesis para producir una simulación del Mar del Labrador, en la costa meridional de Groenlandia, que conjugaba observaciones reales de satélite y buques en la zona.
A través de su modelo, los investigadores identificaron una interacción entre el hielo marino y las corrientes oceánicas que es importante para determinar lo que se llama "la extensión del hielo del mar" cuando, en invierno, los vientos y las corrientes oceánicas empujan la recién formada capa de hielo hacia aguas más cálidas. Además, la fusión en primavera del hielo puede formar un "baño" de agua de mar dulce más propicia para que el hielo pueda sobrevivir hasta el invierno siguiente.
Medir este fenómeno es una pieza importante en el rompecabezas para predecir con precisión la extensión del hielo del mar, dice Patrick Heimbach, un científico de investigación en el departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT.
"Hasta hace unos años, la gente pensaba que podríamos tener una temporada sin hielo en el Ártico para 2050", dijo Heimbach. "Pero observaciones recientes de pérdida de hielo sostenida hacen que los científicos se pregunten si este Ártico libre de hielo en verano podría ocurrir mucho antes de lo que cualquiera de los modelos predicen ... y la gente quiere entender qué procesos físicos están implicados en el crecimiento del hielo marino y su declive."
A medida que las temperaturas del Ártico caen cada invierno, el agua de mar se convierte en hielo, empezando como finos copos de nieve y cristales de hielo en la superficie del océano, que poco a poco se acumulan para formar grandes panqueques con forma de hojas. Estas capas de hielo finalmente colisionan y se fusionan para crear enormes témpanos de hielo que se extienden cientos de kilómetros.
Cuando el agua de mar se congela, se filtra la sal, que se mezcla con las aguas más profundas para crear una capa densa. El hielo que la cubre es dulce y ligera en comparación, con muy poca sal en su composición. Cuando el hielo se derrite en la primavera, se crea una capa de agua dulce en la superficie del océano, creando las condiciones ideales para que el hielo del mar para formar el próximo invierno.
Heimbach diseñó un modelo para simular la capa de hielo, el grosor y el transporte en respuesta a la presión atmosférica y la circulación oceánica. En un enfoque novedoso, desarrolló un método conocido en la ciencia computacional y la ingeniería como "estado óptimo y estimación de parámetros" para conectar una gran variedad de observaciones para mejorar las simulaciones.
Los investigadores probaron su enfoque en los datos originalmente adoptadas en 1996 y 1997 en el Mar del Labrador, un brazo del océano Atlántico Norte que se encuentra entre Groenlandia y Canadá. Entre ellos figuraban las observaciones por satélite de la capa de hielo, así como lecturas locales de velocidad del viento, temperatura del aire y del agua y la salinidad del agua. El enfoque produce un ajuste perfecto entre las condiciones del hielo marino y el océano simulados y los observados en el Mar del Labrador - una gran mejora respecto a los modelos existentes.
La síntesis óptima del modelo y las observaciones revelaron no sólo dónde se forma hielo, sino también cómo las corrientes oceánicas transportan los témpanos de hielo dentro y entre temporadas. Desde sus simulaciones, el equipo encontró que, cuando se forma nuevo hielo en las regiones del norte del Ártico, las corrientes oceánicas empujan el hielo al sur, en un proceso que se llama advección. El hielo se desplaza más al sur, en aguas no congeladas, en las que se funde, creando una nueva capa de agua de mar que con el tiempo aísla más hielo entrante de aguas más cálidas del subsuelo de origen subtropical del Atlántico.
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