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núcleo de hielo

Muestra de núcleo de hielo tomada de un taladro Un núcleo de hielo es una muestra extraída de una capa de hielo o un glaciar de alta montaña . Dado que el hielo se forma por la ...

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Un núcleo de hielo siendo extraído lateralmente de un tubo de perforación.
Muestra de núcleo de hielo tomada de un taladro

Un núcleo de hielo es una muestra extraída de una capa de hielo o un glaciar de alta montaña . Dado que el hielo se forma por la acumulación gradual de capas anuales de nieve, las capas inferiores son más antiguas que las superiores, y un núcleo de hielo contiene hielo formado a lo largo de varios años. Los núcleos se perforan con barrenas manuales (para agujeros poco profundos) o taladros eléctricos; pueden alcanzar profundidades de más de dos millas (3,2  km) y contener hielo de hasta 800 000 años de antigüedad.

Las propiedades físicas del hielo y del material atrapado en él permiten reconstruir el clima a lo largo del rango de edad del núcleo. Las proporciones de diferentes isótopos de oxígeno e hidrógeno proporcionan información sobre las temperaturas antiguas , y el aire atrapado en pequeñas burbujas puede analizarse para determinar el nivel de gases atmosféricos como el dióxido de carbono . Dado que el flujo de calor en una gran capa de hielo es muy lento, la temperatura del pozo es otro indicador de la temperatura en el pasado. Estos datos pueden combinarse para encontrar el modelo climático que mejor se ajuste a toda la información disponible.

Las impurezas en los núcleos de hielo pueden depender de la ubicación. Las zonas costeras tienen mayor probabilidad de contener material de origen marino, como iones de sal marina . Los núcleos de hielo de Groenlandia contienen capas de polvo arrastrado por el viento que se correlacionan con períodos fríos y secos del pasado, cuando los desiertos fríos eran azotados por el viento. Los elementos radiactivos , ya sean de origen natural o generados por pruebas nucleares , pueden utilizarse para datar las capas de hielo. Algunos eventos volcánicos lo suficientemente potentes como para dispersar material por todo el mundo han dejado una huella en muchos núcleos diferentes que puede utilizarse para sincronizar sus escalas temporales.

Los núcleos de hielo se han estudiado desde principios del siglo XX, y se perforaron varios núcleos como resultado del Año Geofísico Internacional (1957-1958). Se alcanzaron profundidades de más de 400 m, un récord que se extendió en la década de 1960 a 2164 m en la Estación Byrd en la Antártida. Los proyectos soviéticos de perforación de hielo en la Antártida incluyen décadas de trabajo en la Estación Vostok , con el núcleo más profundo alcanzando los 3769 m. Numerosos otros núcleos profundos en la Antártida se han completado a lo largo de los años, incluido el proyecto de la capa de hielo de la Antártida Occidental y los núcleos gestionados por el British Antarctic Survey y la Expedición Científica Transantártica Internacional . En Groenlandia, una serie de proyectos de colaboración comenzó en la década de 1970 con el Proyecto de la Capa de Hielo de Groenlandia ; ha habido múltiples proyectos de seguimiento, siendo el más reciente, el Proyecto de Núcleo de Hielo del Este de Groenlandia , originalmente se esperaba que completara un núcleo profundo en el este de Groenlandia en 2020, pero desde entonces se pospuso. [ 1 ]

Estructura de las capas de hielo y sus núcleos

Un científico en un pozo de nieve
Toma de muestras de la superficie del glaciar Taku en Alaska. Se observa una capa de nieve compactada cada vez más densa entre la nieve superficial y el hielo azul del glaciar.

Un núcleo de hielo es una columna vertical a través de un glaciar, que toma muestras de las capas que se formaron a través de un ciclo anual de nevadas y deshielo. [ 2 ] A medida que se acumula la nieve, cada capa presiona las capas inferiores, haciéndolas más densas hasta que se convierten en firn . El firn no es lo suficientemente denso como para impedir que escape el aire; pero a una densidad de aproximadamente 830  kg/m³ se convierte en hielo, y el aire en su interior queda sellado en burbujas que capturan la composición de la atmósfera en el momento en que se formó el hielo. [ 3 ] La profundidad a la que esto ocurre varía según la ubicación, pero en Groenlandia y la Antártida oscila entre 64  m y 115  m. [ 4 ] Debido a que la tasa de nevadas varía de un sitio a otro, la edad del firn cuando se convierte en hielo varía mucho. En Summit Camp en Groenlandia, la profundidad es de 77 m y el hielo tiene 230 años; en Dome C en la Antártida la profundidad es de 95 m y la edad de 2500 años. [ 5 ] A medida que se acumulan más capas, la presión aumenta, y a unos 1500  m la estructura cristalina del hielo cambia de hexagonal a cúbica, lo que permite que las moléculas de aire se muevan hacia los cristales cúbicos y formen un clatrato . Las burbujas desaparecen y el hielo se vuelve más transparente. [ 3 ]

Dos o tres pies de nieve pueden convertirse en menos de un pie de hielo. [ 3 ] El peso superior hace que las capas más profundas de hielo se adelgacen y fluyan hacia afuera. El hielo se pierde en los bordes del glaciar debido a los icebergs o al deshielo estival, y la forma general del glaciar no cambia mucho con el tiempo. [ 6 ] El flujo hacia afuera puede distorsionar las capas, por lo que es conveniente perforar núcleos de hielo profundos en lugares donde hay muy poco flujo. Estos se pueden localizar utilizando mapas de las líneas de flujo. [ 7 ]

Las impurezas en el hielo proporcionan información sobre el entorno en el momento de su deposición. Estas incluyen hollín, ceniza y otros tipos de partículas provenientes de incendios forestales y volcanes ; isótopos como el berilio-10 creado por rayos cósmicos ; micrometeoritos ; y polen . [ 2 ] La capa más baja de un glaciar, llamada hielo basal, se forma frecuentemente a partir de agua de deshielo subglacial que se ha vuelto a congelar. Puede tener hasta unos 20 m de espesor y, aunque tiene valor científico (por ejemplo, puede contener poblaciones microbianas subglaciales), [ 8 ] a menudo no conserva información estratigráfica. [ 9 ]

Los núcleos de hielo se suelen perforar en zonas como la Antártida y el centro de Groenlandia, donde la temperatura casi nunca es lo suficientemente cálida como para provocar el deshielo, pero la luz solar del verano puede alterar la nieve. En las zonas polares, el sol es visible día y noche durante el verano local e invisible durante todo el invierno. Esto puede provocar la sublimación de parte de la nieve , dejando la capa superior, de aproximadamente una pulgada, menos densa. Cuando el sol se acerca a su punto más bajo en el cielo, la temperatura desciende y se forma escarcha en la capa superior. Enterrada bajo la nieve de los años siguientes, la escarcha de grano grueso se comprime formando capas más claras que la nieve invernal. Como resultado, en un núcleo de hielo se pueden observar bandas alternas de hielo más claro y más oscuro. [ 10 ]

Perforación

Dibujo de un cilindro con dos bridas helicoidales a su alrededor y dientes de corte en la parte inferior.
Barrena para hielo patentada en 1932; el diseño es muy similar a las barrenas modernas utilizadas para perforaciones poco profundas. [ 11 ]

Los núcleos de hielo se obtienen cortando alrededor de un cilindro de hielo de manera que se pueda extraer a la superficie. Los primeros núcleos se obtenían a menudo con barrenas manuales , que todavía se utilizan para perforaciones cortas. El diseño de las barrenas para núcleos de hielo se patentó en 1932 y ha cambiado poco desde entonces. Una barrena es esencialmente un cilindro con nervaduras metálicas helicoidales (conocidas como aletas) que lo rodean, en cuyo extremo inferior se encuentran las cuchillas de corte. Las barrenas manuales se pueden girar mediante una manivela en T o una manivela de apoyo , y algunas se pueden acoplar a taladros eléctricos portátiles para impulsar la rotación. Con la ayuda de un trípode para bajar y subir la barrena, se pueden extraer núcleos de hasta 50  m de profundidad, pero el límite práctico es de unos 30  m para las barrenas motorizadas, y menor para las manuales. Por debajo de esta profundidad, se utilizan taladros electromecánicos o térmicos. [ 11 ]

El aparato de corte de una perforadora se encuentra en el extremo inferior del cañón, el tubo que rodea el núcleo mientras la perforadora corta hacia abajo. Los recortes (fragmentos de hielo cortados por la perforadora) deben ser extraídos del pozo y eliminados, ya que de lo contrario reducirían la eficiencia de corte de la perforadora. [ 12 ] Se pueden eliminar compactándolos en las paredes del pozo o en el núcleo, mediante circulación de aire (perforación en seco), [ 12 ] [ 13 ] o mediante el uso de un fluido de perforación (perforación húmeda). [ 14 ] La perforación en seco está limitada a unos 400  m de profundidad, ya que por debajo de ese punto el pozo se cerraría debido a la deformación del hielo por el peso del hielo superior. [ 15 ]

Los fluidos de perforación se eligen para equilibrar la presión de modo que el pozo permanezca estable. [ 13 ] El fluido debe tener una viscosidad cinemática baja para reducir el tiempo de viaje (el tiempo que se tarda en sacar el equipo de perforación del pozo y devolverlo al fondo del pozo). Dado que la recuperación de cada segmento de núcleo requiere viaje, una velocidad de viaje más lenta a través del fluido de perforación podría agregar un tiempo significativo a un proyecto: un año o más para un pozo profundo. El fluido debe contaminar el hielo lo menos posible; debe tener baja toxicidad , por seguridad y para minimizar el efecto en el medio ambiente; debe estar disponible a un costo razonable; y debe ser relativamente fácil de transportar. [ 16 ] Históricamente, ha habido tres tipos principales de fluidos de perforación de hielo: fluidos de dos componentes basados ​​en productos similares al queroseno mezclados con fluorocarbonos para aumentar la densidad; compuestos de alcohol, incluidas soluciones acuosas de etilenglicol y etanol ; y ésteres , incluido el acetato de n-butilo . Se han propuesto fluidos más novedosos, incluidos nuevos fluidos a base de ésteres, aceites de dimetilsiloxano de bajo peso molecular , ésteres de ácidos grasos y fluidos a base de queroseno mezclados con agentes expansores de espuma. [ 17 ]

La perforación rotativa es el método principal de perforación de minerales y también se ha utilizado para la perforación en hielo. Utiliza una sarta de tubería de perforación que gira desde la parte superior, y el fluido de perforación se bombea hacia abajo a través de la tubería y luego hacia arriba a su alrededor. Los recortes se retiran del fluido en la parte superior del pozo y luego el fluido se bombea de nuevo hacia abajo. [ 14 ] Este enfoque requiere largos tiempos de viaje, ya que toda la sarta de perforación debe izarse fuera del pozo, y cada tramo de tubería debe desconectarse por separado y luego volver a conectarse cuando se reinserta la sarta de perforación. [ 12 ] [ 18 ] Junto con las dificultades logísticas asociadas con el transporte de equipo pesado a las capas de hielo, esto hace que las perforadoras rotativas tradicionales no sean atractivas. [ 12 ] En contraste, las perforadoras de cable permiten la extracción del tubo de extracción de testigos del conjunto de perforación mientras aún está en el fondo del pozo. El tubo de extracción de testigos se iza a la superficie y se extrae el testigo; el tubo se baja nuevamente y se vuelve a conectar al conjunto de perforación. [ 19 ] Otra alternativa son las plataformas de perforación con sarta flexible, en las que la sarta es lo suficientemente flexible como para enrollarse en la superficie. Esto elimina la necesidad de desconectar y volver a conectar las tuberías durante un viaje. [ 18 ]

La parte inferior de un taladro de hielo
Cabezal de taladro mecánico, mostrando los dientes de corte.

La necesidad de una sarta de tubería de perforación que se extienda desde la superficie hasta el fondo del pozo puede eliminarse suspendiendo todo el conjunto de fondo de pozo en un cable blindado que transmite energía al motor de fondo de pozo. Estas perforadoras suspendidas por cable pueden utilizarse tanto para pozos poco profundos como profundos; requieren un dispositivo antitorsión, como resortes de lámina que presionan contra el pozo, para evitar que el conjunto de perforación gire alrededor del cabezal de perforación mientras corta el núcleo. [ 20 ] El fluido de perforación generalmente circula hacia abajo alrededor del exterior de la perforadora y regresa hacia arriba entre el núcleo y el barril de extracción; los recortes se almacenan en el conjunto de fondo de pozo, en una cámara sobre el núcleo. Cuando se recupera el núcleo, la cámara de recortes se vacía para la siguiente perforación. Algunas perforadoras se han diseñado para recuperar un segundo núcleo anular fuera del núcleo central, y en estas perforadoras el espacio entre los dos núcleos puede utilizarse para la circulación. Las perforadoras suspendidas por cable han demostrado ser el diseño más fiable para la perforación profunda en hielo. [ 21 ] [ 22 ]

También se pueden utilizar taladros térmicos, que cortan el hielo calentando eléctricamente el cabezal, pero presentan algunas desventajas. Algunos se han diseñado para trabajar en hielo frío; tienen un alto consumo de energía y el calor que producen puede degradar la calidad del núcleo de hielo extraído. Los primeros taladros térmicos, diseñados para usarse sin fluido de perforación, tenían una profundidad limitada; las versiones posteriores se modificaron para trabajar en pozos llenos de fluido, pero esto ralentizó los tiempos de viaje y estos taladros conservaron los problemas de los modelos anteriores. Además, los taladros térmicos suelen ser voluminosos y pueden resultar poco prácticos en áreas con dificultades logísticas. Las modificaciones más recientes incluyen el uso de anticongelante , lo que elimina la necesidad de calentar el conjunto del taladro y, por lo tanto, reduce las necesidades de energía del mismo. [ 23 ] Los taladros de agua caliente utilizan chorros de agua caliente en el cabezal para derretir el agua alrededor del núcleo. Los inconvenientes son que es difícil controlar con precisión las dimensiones del pozo, el núcleo no se puede mantener estéril fácilmente y el calor puede causar un choque térmico en el núcleo. [ 24 ]

Al perforar hielo templado, las perforadoras térmicas tienen una ventaja sobre las perforadoras electromecánicas (EM): el hielo derretido por la presión puede volver a congelarse en las brocas de las perforadoras EM, lo que reduce la eficiencia de corte y puede obstruir otras partes del mecanismo. Las perforadoras EM también tienen mayor probabilidad de fracturar los núcleos de hielo cuando este se encuentra bajo alta tensión. [ 25 ]

Al perforar agujeros profundos, que requieren fluido de perforación, el agujero debe estar revestido (equipado con un revestimiento cilíndrico), ya que de lo contrario el fluido de perforación será absorbido por la nieve y el firn. El revestimiento debe llegar hasta las capas de hielo impermeables. Para instalar el revestimiento, se puede usar una barrena poco profunda para crear un agujero piloto, que luego se ensancha hasta que tenga el diámetro suficiente para alojar el revestimiento; también se puede usar una barrena de gran diámetro, evitando la necesidad de ensanchar. Una alternativa al revestimiento es usar agua en el pozo para saturar la nieve y el firn porosos; el agua eventualmente se congela. [ 4 ]

Los núcleos de hielo de diferentes profundidades no son igualmente demandados por los investigadores científicos, lo que puede provocar una escasez de núcleos de hielo a ciertas profundidades. Para solucionar esto, se ha trabajado en tecnología para perforar núcleos duplicados: núcleos adicionales, extraídos mediante la perforación de la pared lateral del pozo, a profundidades de especial interés. Se extrajeron con éxito núcleos duplicados en la divisoria WAIS durante la temporada de perforación 2012-2013, a cuatro profundidades diferentes. [ 26 ]

Grandes proyectos de perforación

La logística de cualquier proyecto de perforación es compleja porque las ubicaciones suelen ser de difícil acceso y pueden estar a gran altitud. Los proyectos más grandes requieren años de planificación y años de ejecución, y generalmente se llevan a cabo como consorcios internacionales. El proyecto EastGRIP , por ejemplo, que desde 2017 está perforando en el este de Groenlandia, está dirigido por el Centro para el Hielo y el Clima ( Instituto Niels Bohr , Universidad de Copenhague ) en Dinamarca , [ 27 ] e incluye representantes de 12 países en su comité directivo. [ 28 ] Durante una temporada de perforación, decenas de personas trabajan en el campamento, [ 29 ] y el apoyo logístico incluye capacidades de transporte aéreo proporcionadas por la Guardia Nacional Aérea de los EE. UU. , utilizando aviones de transporte Hércules propiedad de la Fundación Nacional de Ciencias . [ 30 ] En 2015, el equipo de EastGRIP trasladó las instalaciones del campamento de NEEM , un sitio anterior de perforación de núcleos de hielo en Groenlandia, al sitio de EastGRIP. [ 31 ] Se espera que la perforación continúe al menos hasta 2020. [ 32 ]

Procesamiento central

Un científico, de pie junto a un banco, corta una muestra de hielo.
Serrando el núcleo GRIP

Con algunas variaciones entre proyectos, los siguientes pasos deben ocurrir entre la perforación y el almacenamiento final del núcleo de hielo. [ 33 ]

La perforadora elimina un anillo de hielo alrededor del núcleo, pero no lo corta por debajo. Una palanca con resorte, denominada dispositivo de sujeción del núcleo, puede separarlo y mantenerlo en su lugar mientras se extrae a la superficie. A continuación, el núcleo se extrae del cañón de perforación, generalmente extendiéndolo horizontalmente para que se deslice sobre una superficie preparada. [ 33 ] El núcleo debe limpiarse del fluido de perforación a medida que se extrae; para el proyecto de extracción de núcleos de WAIS Divide , se instaló un sistema de vacío para facilitar esta tarea. La superficie que recibe el núcleo debe estar alineada con la mayor precisión posible con el cañón de perforación para minimizar la tensión mecánica sobre el núcleo, que puede romperse fácilmente. La temperatura ambiente se mantiene muy por debajo del punto de congelación para evitar el choque térmico. [ 34 ]

Se mantiene un registro con información sobre el núcleo, incluyendo su longitud y la profundidad de donde fue extraído, y el núcleo puede estar marcado para indicar su orientación. Generalmente se corta en secciones más cortas, siendo la longitud estándar en EE. UU. de un metro. Los núcleos se almacenan en el sitio, generalmente en un espacio por debajo del nivel de la nieve para simplificar el mantenimiento de la temperatura, aunque se puede utilizar refrigeración adicional. Si es necesario extraer más fluido de perforación, se puede soplar aire sobre los núcleos. Se toman las muestras necesarias para el análisis preliminar. Luego, el núcleo se embolsa, a menudo en polietileno , y se almacena para su envío. Se agrega embalaje adicional, incluyendo material de relleno. Cuando los núcleos se transportan por aire desde el sitio de perforación, la cabina de vuelo de la aeronave no está calefactada para ayudar a mantener una temperatura baja; cuando se transportan por barco, deben mantenerse en una unidad de refrigeración. [ 34 ]

Existen varios lugares en todo el mundo que almacenan núcleos de hielo, como el Laboratorio Nacional de Núcleos de Hielo en Estados Unidos. Estos lugares proporcionan muestras para su análisis. Una fracción sustancial de cada núcleo se archiva para análisis futuros. [ 34 ] [ 35 ]

Hielo quebradizo

Burbujas en una muestra de hielo antártico. Iluminadas con luz polarizada.
Fragmento de hielo antártico que muestra burbujas atrapadas. Imágenes de CSIRO .

En un rango de profundidad conocido como zona de hielo frágil , las burbujas de aire quedan atrapadas en el hielo bajo gran presión. Cuando el núcleo se lleva a la superficie, las burbujas pueden ejercer una tensión que excede la resistencia a la tracción del hielo, lo que provoca grietas y desprendimientos . [ 36 ] A mayores profundidades, el aire desaparece en los clatratos y el hielo vuelve a ser estable. [ 36 ] [ 37 ] En el sitio WAIS Divide, la zona de hielo frágil se encontraba entre los 520  m y los 1340  m de profundidad. [ 36 ]

La zona de hielo quebradizo suele producir muestras de menor calidad que el resto del núcleo. Se pueden tomar algunas medidas para mitigar el problema. Se pueden colocar revestimientos dentro del tubo de perforación para encerrar el núcleo antes de extraerlo a la superficie, pero esto dificulta la limpieza del fluido de perforación. En la perforación de minerales, se puede utilizar maquinaria especial para extraer muestras de núcleo a la presión del fondo del pozo, pero esto resulta demasiado costoso para las ubicaciones inaccesibles de la mayoría de los yacimientos. Mantener las instalaciones de procesamiento a temperaturas muy bajas limita los choques térmicos. Los núcleos son más quebradizos en la superficie, por lo que otra estrategia consiste en romperlos en  segmentos de 1 m dentro del pozo. Extruir el núcleo del tubo de perforación en una red ayuda a mantenerlo unido si se rompe. Los núcleos quebradizos también suelen dejarse reposar en almacenamiento en el yacimiento durante un tiempo, hasta un año completo entre temporadas de perforación, para que el hielo se relaje gradualmente. [ 36 ] [ 38 ]

datos de núcleos de hielo

Tener una cita

En los núcleos de hielo se realizan diversos tipos de análisis, como el conteo visual de capas, pruebas de conductividad eléctrica y propiedades físicas, y ensayos para la inclusión de gases, partículas, radionúclidos y diversas especies moleculares . Para que los resultados de estas pruebas sean útiles en la reconstrucción de paleoambientes , es necesario determinar la relación entre la profundidad y la edad del hielo. El método más sencillo consiste en contar las capas de hielo que corresponden a las capas anuales originales de nieve, pero esto no siempre es posible. Una alternativa es modelar la acumulación y el flujo del hielo para predecir cuánto tiempo tarda una nevada determinada en alcanzar una profundidad específica. Otro método consiste en correlacionar radionúclidos o gases atmosféricos traza con otras escalas temporales, como las periodicidades en los parámetros orbitales de la Tierra . [ 39 ]

Una dificultad en la datación de núcleos de hielo radica en que los gases pueden difundirse a través del firn, por lo que el hielo a una profundidad determinada puede ser considerablemente más antiguo que los gases atrapados en él. Como resultado, existen dos cronologías para un núcleo de hielo dado: una para el hielo y otra para los gases atrapados. Para determinar la relación entre ambas, se han desarrollado modelos para la profundidad a la que se atrapan los gases en una ubicación determinada, pero sus predicciones no siempre han resultado fiables. [ 40 ] [ 41 ] En lugares con muy poca nieve, como Vostok , la incertidumbre en la diferencia entre las edades del hielo y del gas puede superar los 1000 años. [ 42 ]

La densidad y el tamaño de las burbujas atrapadas en el hielo proporcionan una indicación del tamaño del cristal en el momento de su formación. El tamaño de un cristal está relacionado con su tasa de crecimiento, que a su vez depende de la temperatura, por lo que las propiedades de las burbujas pueden combinarse con información sobre las tasas de acumulación y la densidad del firn para calcular la temperatura a la que se formó el firn. [ 43 ]

La datación por radiocarbono se puede utilizar en el carbono presente en el CO₂ atrapado.2. En las capas de hielo polares hay aproximadamente 15–20 μg de carbono en forma deCO2 en cada kilogramo de hielo, y también puede haberde carbonatoprovenientes del polvo arrastrado por el viento (loess). ElCO2 se puede aislar sublimando el hielo en el vacío, manteniendo la temperatura lo suficientemente baja como para evitar que el loess libere carbono. Los resultados deben corregirse por la presencia de 14C producido directamente en el hielo por rayos cósmicos, y la cantidad de corrección depende en gran medida de la ubicación del núcleo de hielo. Correcciones para 14El carbono producido por las pruebas nucleares tiene un impacto mucho menor en los resultados. [ 44 ] El carbono en las partículas también se puede datar separando y analizando los componentes orgánicos insolubles en agua del polvo. Las cantidades muy pequeñas que se encuentran normalmente requieren al menos 300 g de hielo, lo que limita la capacidad de la técnica para asignar con precisión una edad a las profundidades del núcleo. [ 45 ]

Las escalas de tiempo de los núcleos de hielo del mismo hemisferio generalmente se pueden sincronizar utilizando capas que incluyen material de eventos volcánicos. Es más difícil conectar las escalas de tiempo en diferentes hemisferios. El evento Laschamp , una inversión geomagnética hace unos 40.000 años, se puede identificar en los núcleos; [ 46 ] [ 47 ] lejos de ese punto, mediciones de gases como CH4 (metano) puede usarse para conectar la cronología de un núcleo de Groenlandia (por ejemplo) con un núcleo de la Antártida. [ 48 ] [ 49 ] En los casos en que la tefravolcánicaestá intercalada con hielo, se puede datar usandodatación argón/argóny, por lo tanto, proporcionar puntos fijos para datar el hielo. [ 50 ] [ 51 ] La desintegración del uraniotambién se ha usado para datar núcleos de hielo. [ 50 ] [ 52 ] Otro enfoque es usarde probabilidad bayesianapara encontrar la combinación óptima de múltiples registros independientes. Este enfoque se desarrolló en 2010 y desde entonces se ha convertido en una herramienta de software, DatIce. [ 53 ] [ 54 ]

El límite entre el Pleistoceno y el Holoceno , hace aproximadamente 11.700 años, está ahora formalmente definido con referencia a datos de núcleos de hielo de Groenlandia. Las definiciones formales de los límites estratigráficos permiten a los científicos de diferentes lugares correlacionar sus hallazgos. Estos a menudo implican registros fósiles, que no están presentes en los núcleos de hielo, pero estos últimos contienen información paleoclimática extremadamente precisa que puede correlacionarse con otros indicadores climáticos. [ 55 ]

La datación de las capas de hielo ha demostrado ser un elemento clave para obtener fechas para los registros paleoclimáticos. Según Richard Alley , «en muchos sentidos, los núcleos de hielo son las "piedras Rosetta" que permiten el desarrollo de una red global de registros paleoclimáticos con datación precisa, utilizando las mejores edades determinadas en cualquier lugar del planeta». [ 43 ]

Análisis visual

Una serie de bandas oscuras y claras, con flechas que identifican las bandas más claras.
Sección de 19 cm de longitud del núcleo de hielo GISP 2, tomada a 1855  m, que muestra la estructura de capas anuales iluminada desde abajo por una fuente de fibra óptica. La sección contiene 11 capas anuales, con capas de verano (indicadas con flechas) intercaladas entre capas de invierno más oscuras. [ 56 ]

Los núcleos muestran capas visibles que corresponden a la nevada anual en el lugar de extracción. Si se excava un par de pozos en nieve fresca con una pared delgada entre ellos y se cubre uno de ellos, un observador en el pozo cubierto verá las capas reveladas por la luz del sol. Un pozo de seis pies puede mostrar desde menos de un año de nieve hasta varios años, dependiendo de la ubicación. Los postes que se dejan en la nieve año tras año muestran la cantidad de nieve acumulada anualmente, lo que permite verificar que la capa visible en un pozo de nieve corresponde a la nevada de un solo año. [ 57 ]

En el centro de Groenlandia, un año típico puede producir entre dos y tres pies de nieve invernal, además de unos pocos centímetros de nieve estival. Cuando esta se convierte en hielo, las dos capas no suman más de un pie de hielo. Las capas correspondientes a la nieve estival contienen burbujas más grandes que las capas invernales, por lo que las capas alternas permanecen visibles, lo que permite contar un núcleo y determinar la edad de cada capa. [ 58 ] A medida que la profundidad aumenta hasta el punto en que la estructura del hielo cambia a un clatrato, las burbujas ya no son visibles y las capas ya no se pueden distinguir. Ahora pueden hacerse visibles las capas de polvo. El hielo de los núcleos de Groenlandia contiene polvo transportado por el viento; el polvo aparece con mayor intensidad a finales del invierno y se presenta como capas grises nubosas. Estas capas son más fuertes y fáciles de ver en épocas del pasado en las que el clima de la Tierra era frío, seco y ventoso. [ 59 ]

Cualquier método para contar capas eventualmente presenta dificultades, ya que el flujo del hielo hace que las capas se vuelvan más delgadas y difíciles de ver a medida que aumenta la profundidad. [ 60 ] El problema es más agudo en lugares donde la acumulación es alta; los sitios de baja acumulación, como la Antártida central, deben datarse mediante otros métodos. [ 61 ] Por ejemplo, en Vostok, el conteo de capas solo es posible hasta una edad de 55 000 años. [ 62 ]

Durante el deshielo estival, la nieve derretida se vuelve a congelar en las capas inferiores de nieve y firn, y la capa de hielo resultante tiene muy pocas burbujas, por lo que es fácil de reconocer en un examen visual de un núcleo. La identificación de estas capas, tanto visualmente como midiendo la densidad del núcleo en función de la profundidad, permite calcular un porcentaje de características de deshielo (MF): un MF del 100 % significaría que el depósito de nieve de cada año mostró evidencia de deshielo. Los cálculos de MF se promedian en múltiples sitios o largos períodos de tiempo para suavizar los datos. Los gráficos de datos de MF a lo largo del tiempo revelan variaciones en el clima y han demostrado que desde finales del siglo XX las tasas de deshielo han ido en aumento. [ 63 ] [ 64 ]

Además de la inspección manual y el registro de las características identificadas en una inspección visual, los núcleos pueden escanearse ópticamente para obtener un registro visual digital. Esto requiere cortar el núcleo longitudinalmente para crear una superficie plana. [ 65 ]

Análisis isotópico

La composición isotópica del oxígeno en un núcleo se puede utilizar para modelar la historia de la temperatura de la capa de hielo. El oxígeno tiene tres isótopos estables, 16O , 17O y 18O. [ 66 ] La relación entre 18O y 16O indica la temperatura cuando cayó la nieve. [ 67 ] Porque 16O es más ligero que 18O , agua que contiene 16Es ligeramente más probable que el O se convierta en vapor, y el agua que contiene 18Es ligeramente más probable que el O se condense del vapor en lluvia o cristales de nieve. A temperaturas más bajas, la diferencia es más pronunciada. El método estándar de registro del 18O / 16La relación O se obtiene restando la relación en un estándar conocido como agua oceánica media estándar (SMOW): [ 67 ]

δ18O=((18O16O)sametropaglmi(18O16O)SMETROOW−1)×1000 o/oo,{\displaystyle \mathrm {\delta ^{18}O} ={\Biggl (}\mathrm {\frac {{\bigl (}{\frac {^{18}O}{^{16}O}}{\bigr )}_{sample}}{{\bigl (}{\frac {^{18}O}{^{16}O}}{\bigr )}_{SMOW}}} -1{\Biggr )}\times 1000\ ^{o}\!/\!_{oo},}

donde el signo ‰ indica partes por mil . [ 67 ] Una muestra con el mismo 18O / 16Relación O como SMOW tiene un δ 18 Ode 0‰; una muestra que está empobrecida en 18El oxígeno tiene un δ negativo 18 O. [ 67 ] Combinando el δ 18 OLas mediciones de una muestra de núcleo de hielo con la temperatura del pozo a la profundidad de donde proviene proporcionan información adicional, en algunos casos llevando a correcciones significativas a las temperaturas deducidas del δ 18 O.datos. [ 68 ] [ 69 ] No todos los pozos de perforación pueden utilizarse en estos análisis. Si el sitio ha experimentado un deshielo significativo en el pasado, el pozo de perforación ya no conservará un registro de temperatura preciso. [ 70 ]

Las proporciones de hidrógeno también se pueden utilizar para calcular un historial de temperatura. Deuterio ( 2H o D) es más pesado que el hidrógeno ( 1H ) y hace que el agua tenga más probabilidades de condensarse y menos probabilidades de evaporarse. A δLa relación D se puede definir de la misma manera que δ 18 O. [ 71 ] [ 72 ] Existe una relación lineal entre δ 18 Oy δ D : [ 73 ]

δD=8×δ18O+d,{\displaystyle \mathrm {\delta D} =8\times \mathrm {\delta ^{18}O} +\mathrm {d} ,}

donde d es el exceso de deuterio. Antes se pensaba que esto significaba que no era necesario medir ambas proporciones en un núcleo determinado, pero en 1979 Merlivat y Jouzel demostraron que el exceso de deuterio refleja la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del viento del océano donde se originó la humedad. Desde entonces, se ha acostumbrado a medir ambas. [ 73 ]

Los registros de isótopos de agua, analizados en núcleos de Camp Century y Dye 3 en Groenlandia, fueron fundamentales para el descubrimiento de los eventos de Dansgaard-Oeschger : un calentamiento rápido al comienzo de un período interglacial , seguido de un enfriamiento más lento. [ 74 ] Se han estudiado otras relaciones isotópicas, por ejemplo, la relación entre 13C y 12El carbono puede proporcionar información sobre cambios pasados ​​en el ciclo del carbono . La combinación de esta información con registros de niveles de dióxido de carbono, también obtenidos de núcleos de hielo, proporciona información sobre los mecanismos que subyacen a los cambios en el CO₂.2 con el tiempo. [ 75 ]

Muestreo paleoatmosférico

Tres gráficos dispuestos uno encima del otro; se puede observar visualmente que el CO2 y la temperatura están correlacionados; el gráfico de polvo está inversamente correlacionado con los otros dos.
Gráfico de CO 2 (verde), temperatura reconstruida (azul) y polvo (rojo) a partir del núcleo de hielo de Vostok durante los últimos 420.000 años.
Gráfico que muestra la relación entre la profundidad bajo la superficie y la fracción de concentración superficial en la superficie, para múltiples gases.
Gases que agotan la capa de ozono en el firn de Groenlandia. [ 76 ]

En la década de 1960 se comprendió que analizar el aire atrapado en los núcleos de hielo proporcionaría información útil sobre la paleoatmósfera , pero no fue hasta finales de la década de 1970 que se desarrolló un método de extracción fiable. Los primeros resultados incluyeron una demostración de que el COLa concentración de CO2 fue un 30% menor en elúltimo máximo glacialque justo antes del comienzo de la era industrial. Investigaciones posteriores han demostrado una correlación fiable entreel CO22 niveles y la temperatura calculada a partir de datos de isótopos de hielo. [ 77 ]

Porque CHEl metano ( CH₄ ) se produce en lagos yhumedales; su cantidad en la atmósfera está correlacionada con la intensidad delos monzones, que a su vez están correlacionados con la intensidad dela insolaciónestivalen latitudes bajas. Dado que la insolación depende delos ciclos orbitales, para los cuales se dispone de una escala temporal a partir de otras fuentes,el CH₄4 se puede utilizar para determinar la relación entre la profundidad del núcleo y la edad. [ 61 ] [ 62 ] NLos niveles de 2O ( óxido nitroso) también están correlacionados con los ciclos glaciares, aunque a bajas temperaturas el gráfico difiere un poco del deCO2 yCH4 gráficos. [ 77 ] [ 78 ] De manera similar, la relación entreN2 (nitrógeno) yO2 (oxígeno) se puede utilizar para datar núcleos de hielo: a medida que el aire queda gradualmente atrapado por la nieve que se convierte en firn y luego en hielo,O2 se pierde más fácilmente queN2 y la cantidad relativa deO2 se correlaciona con la intensidad de la insolación estival local. Esto significa que el aire atrapado retiene, en la proporción deO2 aN2 , un registro de la insolación estival, y por lo tanto, la combinación de estos datos con los datos del ciclo orbital establece un esquema de datación de núcleos de hielo. [ 61 ] [ 79 ]

La difusión dentro de la capa de nieve compactada provoca otros cambios que pueden medirse. La gravedad hace que las moléculas más pesadas se enriquezcan en la parte inferior de una columna de gas, y la cantidad de enriquecimiento depende de la diferencia de masa entre las moléculas. Las temperaturas más frías hacen que las moléculas más pesadas se enriquezcan más en la parte inferior de una columna. Estos procesos de fraccionamiento en el aire atrapado, determinados por la medición de los 15N / 14La relación N y de neón , criptón y xenón se han utilizado para inferir el espesor de la capa de firn y determinar otra información paleoclimática, como las temperaturas medias oceánicas pasadas. [ 69 ] Algunos gases, como el helio, pueden difundirse rápidamente a través del hielo, por lo que puede ser necesario analizar estos "gases fugitivos" a los pocos minutos de extraer el núcleo para obtener datos precisos. [ 34 ] Los clorofluorocarbonos (CFC), que contribuyen al efecto invernadero y también causan la pérdida de ozono en la estratosfera , [ 80 ] se pueden detectar en los núcleos de hielo después de aproximadamente 1950; casi todos los CFC en la atmósfera fueron creados por la actividad humana. [ 80 ] [ 81 ]

Los núcleos de Groenlandia, durante períodos de transición climática, pueden mostrar exceso de CO₂ en burbujas de aire al ser analizados, debido a la producción de CO₂ por impurezas ácidas y alcalinas. [ 82 ]

Glacioquímica

La nieve de verano en Groenlandia contiene algo de sal marina, arrastrada por el viento desde las aguas circundantes; hay menos en invierno, cuando gran parte de la superficie del mar está cubierta por hielo marino. De manera similar, el peróxido de hidrógeno aparece solo en la nieve de verano porque su producción en la atmósfera requiere luz solar. Estos cambios estacionales se pueden detectar porque conducen a cambios en la conductividad eléctrica del hielo. Colocar dos electrodos con un alto voltaje entre ellos en la superficie del núcleo de hielo proporciona una medición de la conductividad en ese punto. Arrastrándolos a lo largo del núcleo y registrando la conductividad en cada punto, se obtiene un gráfico que muestra una periodicidad anual. Dichos gráficos también identifican cambios químicos causados ​​por eventos no estacionales como incendios forestales y grandes erupciones volcánicas. Cuando se puede identificar un evento volcánico conocido, como la erupción de Laki en Islandia en 1783, en el registro del núcleo de hielo, proporciona una verificación cruzada de la edad determinada por el conteo de capas. [ 83 ] Se puede identificar material de Laki en los núcleos de hielo de Groenlandia, pero no se extendió hasta la Antártida; La erupción del Tambora en Indonesia en 1815 inyectó material en la estratosfera y puede identificarse en los núcleos de hielo de Groenlandia y la Antártida. Si se desconoce la fecha de la erupción, pero se puede identificar en varios núcleos, la datación del hielo puede, a su vez, proporcionar una fecha para la erupción, que puede utilizarse como capa de referencia. [ 84 ] Esto se hizo, por ejemplo, en un análisis del clima del período comprendido entre 535 y 550 d. C., que se creía influenciado por una erupción tropical desconocida alrededor del año 533 d. C.; pero que resultó ser causada por dos erupciones: una en 535 o principios de 536 d. C., y otra en 539 o 540 d. C. [ 85 ] También existen puntos de referencia más antiguos, como la erupción del Toba hace unos 72 000 años. [ 84 ]

Se han detectado muchos otros elementos y moléculas en los núcleos de hielo. [ 86 ] En 1969, se descubrió que los niveles de plomo en el hielo de Groenlandia habían aumentado en un factor de más de 200 desde la época preindustrial, y también se han registrado aumentos en otros elementos producidos por procesos industriales, como el cobre , el cadmio y el zinc . [ 87 ] El análisis de la composición elemental de los núcleos de hielo incluso se ha utilizado para determinar las actividades de las sociedades antiguas: la presencia de plomo en los núcleos de hielo de Groenlandia, por ejemplo, corresponde a períodos de guerra y extracción de recursos durante el Imperio Romano. [ 88 ] La presencia de ácido nítrico y sulfúrico ( HNO3 yH2 SO4 ) en la precipitación se puede demostrar que se correlaciona con el aumentode la combustióna lo largo del tiempo.Metanosulfonato(MSA) (CHEl 3 SO − 3 ) se produce en la atmósfera por organismos marinos, por lo que los registros de núcleos de hielo de MSA proporcionan información sobre la historia del ambiente oceánico. Tanto el peróxido de hidrógeno (H2 O2 ) yformaldehído(HCHO) se han estudiado, junto con moléculas orgánicas comoel negro de humoque están vinculadas a las emisiones de la vegetación y los incendios forestales. [ 86 ] Algunas especies, comoel calcioyel amonio, muestran una fuerte variación estacional. En algunos casos hay contribuciones de más de una fuente a una especie dada: por ejemplo, el Ca++proviene del polvo así como de fuentes marinas; el aporte marino es mucho mayor que el aporte de polvo y, por lo tanto, aunque las dos fuentes alcanzan su pico en diferentes épocas del año, la señal general muestra un pico en invierno, cuando el aporte marino es máximo. [ 89 ] Las señales estacionales pueden borrarse en sitios donde la acumulación es baja, por los vientos superficiales; en estos casos no es posible datar capas individuales de hielo entre dos capas de referencia. [ 90 ]

Algunas de las especies químicas depositadas pueden interactuar con el hielo, por lo que lo que se detecta en un núcleo de hielo no es necesariamente lo que se depositó originalmente. Algunos ejemplos incluyen HCHO y H2 O2. Otra complicación es que en áreas con bajas tasas de acumulación, la deposición de la niebla puede aumentar la concentración en la nieve, a veces hasta el punto en que la concentración atmosférica podría sobreestimarse por un factor de dos. [ 91 ]

radionúclidos

Gráfico que muestra la abundancia de 36Cl en función de la profundidad de la nieve, mostrando un pico en el momento de las pruebas nucleares en superficie.
36Cl procedente de las pruebas nucleares realizadas en el hielo de los glaciares estadounidenses en la década de 1960 .

Los rayos cósmicos galácticos producen 10Estar en la atmósfera a una velocidad que depende del campo magnético solar. La fuerza del campo está relacionada con la intensidad de la radiación solar , por lo que el nivel de 10Estar en la atmósfera es un indicador del clima. La espectrometría de masas con acelerador puede detectar los bajos niveles de 10Estar en núcleos de hielo, aproximadamente 10.000 átomos en un gramo de hielo, y estos pueden usarse para proporcionar registros a largo plazo de la actividad solar. [ 93 ] Tritio ( 3H ), creado por las pruebas de armas nucleares en las décadas de 1950 y 1960, se ha identificado en núcleos de hielo, [ 94 ] y tanto 36 Cl como 239Se ha encontrado Pu en núcleos de hielo en la Antártida y Groenlandia. [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] El cloro-36, que tiene una vida media de 301.000 años, se ha utilizado para datar núcleos, al igual que el kriptón ( 85 )Kr , con una vida media de 11 años), plomo ( 210Pb , 22 años) y silicio ( 32Sí , 172 años). [ 90 ]

Otras inclusiones

Los meteoritos y micrometeoritos que caen sobre el hielo polar a veces se concentran debido a procesos ambientales locales. Por ejemplo, en la Antártida hay lugares donde los vientos evaporan el hielo superficial, concentrando los sólidos que quedan, incluidos los meteoritos. Los estanques de agua de deshielo también pueden contener meteoritos. En la Estación del Polo Sur , el hielo de un pozo se derrite para proporcionar agua, dejando micrometeoritos. Estos han sido recolectados por una "aspiradora" robótica y examinados, lo que ha permitido mejorar las estimaciones de su flujo y distribución de masa. [ 98 ] El pozo no es un núcleo de hielo, pero se conoce la edad del hielo que se derritió, por lo que se puede determinar la edad de las partículas recuperadas. El pozo se vuelve unos 10 m más profundo cada año, por lo que los micrometeoritos recolectados en un año determinado son unos 100 años más antiguos que los del año anterior. [ 99 ] El polen , un componente importante de los núcleos de sedimentos, también se puede encontrar en los núcleos de hielo. Proporciona información sobre los cambios en la vegetación. [ 100 ]

Propiedades físicas

Además de las impurezas en un núcleo y la composición isotópica del agua, se examinan las propiedades físicas del hielo. Características como el tamaño de los cristales y la orientación de los ejes pueden revelar la historia de los patrones de flujo del hielo en la capa de hielo. El tamaño de los cristales también puede utilizarse para determinar fechas, aunque solo en núcleos poco profundos. [ 101 ]

Historia

Primeros años

Un hombre en una pasarela entre dos estanterías altas cargadas con muestras de núcleos de hielo.
Un almacén de muestras básicas

En 1841 y 1842, Louis Agassiz perforó agujeros en el Unteraargletscher en los Alpes ; estos se perforaron con varillas de hierro y no produjeron núcleos. El agujero más profundo alcanzado fue de 60  m. En la expedición antártica de Erich von Drygalski  en 1902 y 1903, se perforaron agujeros de 30 m en un iceberg al sur de las islas Kerguelen y se tomaron lecturas de temperatura. El primer científico en crear una herramienta de muestreo de nieve fue James E. Church , descrito por Pavel Talalay como "el padre de la topografía moderna de la nieve". En el invierno de 1908-1909, Church construyó tubos de acero con ranuras y cabezales de corte para extraer núcleos de nieve de hasta 3  m de longitud. Dispositivos similares se utilizan hoy en día, modificados para permitir el muestreo hasta una profundidad de unos 9  m. Simplemente se empujan en la nieve y se giran a mano. [ 102 ]

El primer estudio sistemático de las capas de nieve y firn fue realizado por Ernst Sorge, quien formó parte de la Expedición Alfred Wegener  al centro de Groenlandia en 1930-1931. Sorge excavó un pozo de 15 m para examinar las capas de nieve, y sus resultados fueron formalizados posteriormente en la Ley de Densificación de Sorge por Henri Bader, quien luego realizó trabajos adicionales de perforación en el noroeste de Groenlandia en 1933. [ 103 ] A principios de la década de 1950, una expedición SIPRE tomó muestras de pozos en gran parte de la capa de hielo de Groenlandia, obteniendo los primeros datos de la relación de isótopos de oxígeno. Otras tres expediciones en la década de 1950 comenzaron trabajos de perforación de hielo: una Expedición Antártica Conjunta Noruego-Británico-Sueca (NBSAE), en la Tierra de la Reina Maud en la Antártida; el Proyecto de Investigación del Campo de Hielo de Juneau (JIRP), en Alaska ; y Expeditions Polaires Françaises , en el centro de Groenlandia. La calidad del núcleo era deficiente, pero se realizó algún trabajo científico con el hielo recuperado. [ 104 ]

El Año Geofísico Internacional (1957-1958) vio un aumento de la investigación glaciológica en todo el mundo, siendo uno de los objetivos de investigación de alta prioridad los núcleos profundos en las regiones polares. SIPRE realizó ensayos de perforación piloto en 1956 (hasta 305 m) y 1957 (hasta 411 m) en el Sitio 2 en Groenlandia; el segundo núcleo, con el beneficio de la experiencia de perforación del año anterior, se recuperó en mucho mejores condiciones, con menos huecos. [ 105 ]  En la Antártida, se perforó un núcleo de 307 m en la Estación Byrd en 1957-1958, y un  núcleo de 264 m en Little America V , en la Plataforma de Hielo Ross , al año siguiente. [ 106 ] El éxito de la perforación de núcleos del Año Geofísico Internacional (AGI) generó un mayor interés en mejorar las capacidades de perforación de núcleos de hielo, y fue seguido por un proyecto del CRREL en Camp Century, donde a principios de la década de 1960 se perforaron tres agujeros, el más profundo alcanzando la base de la capa de hielo a 1387  m en julio de 1966. [ 107 ] La perforadora utilizada en Camp Century luego fue a Byrd Station, donde  se perforó un agujero de 2164 m hasta el lecho rocoso antes de que la perforadora se congelara en el pozo por el agua de deshielo subglacial y tuviera que ser abandonada. [ 108 ]

Los proyectos franceses, australianos y canadienses de las décadas de 1960 y 1970 incluyen un  núcleo de 905 m en Dome C en la Antártida, perforado por el CNRS ; núcleos en Law Dome perforados por ANARE , comenzando en 1969 con un  núcleo de 382 m; y núcleos del casquete polar de Devon recuperados por un equipo canadiense en la década de 1970. [ 109 ]

Núcleos profundos de la Antártida

Gráfico que muestra los niveles de CO2, resaltados para indicar los ciclos glaciares.
Datos compuestos para Dome C, niveles de CO 2 (ppm) que se remontan a casi 800.000 años y ciclos glaciares relacionados.

Los proyectos soviéticos de perforación de hielo comenzaron en la década de 1950, en la Tierra de Francisco José , los Urales , Nueva Zembla y en Mirny y Vostok en la Antártida; no todos estos primeros pozos recuperaron núcleos. [ 110 ] Durante las décadas siguientes, el trabajo continuó en múltiples lugares de Asia. [ 111 ] La perforación en la Antártida se centró principalmente en Mirny y Vostok, con una serie de pozos profundos en Vostok que comenzaron en 1970. [ 112 ] El primer pozo profundo en Vostok alcanzó los 506,9  m en abril de 1970; para 1973  se había alcanzado una profundidad de 952 m. Un pozo posterior, Vostok 2, perforado de 1971 a 1976, alcanzó los 450  m, y Vostok 3 alcanzó los 2202  m en 1985 después de seis temporadas de perforación. [ 113 ] Vostok 3 fue el primer núcleo en recuperar hielo del período glacial anterior, hace 150.000 años. [ 114 ] La perforación se interrumpió por un incendio en el campamento en 1982, pero se reanudó en 1984, alcanzando finalmente los 2546  m en 1989. Un quinto núcleo de Vostok se inició en 1990, alcanzó los 3661  m en 2007 y posteriormente se extendió a 3769  m. [ 109 ] [ 114 ] La edad estimada del hielo es de 420.000 años a 3310  m de profundidad; por debajo de ese punto es difícil interpretar los datos de forma fiable debido a la mezcla del hielo. [ 115 ]

Comparación de los núcleos de hielo EPICA Dome C y Vostok

EPICA , una colaboración europea de perforación de núcleos de hielo, se formó en la década de 1990, y se perforaron dos pozos en la Antártida Oriental: uno en Dome C, que alcanzó los 2871  m en solo dos temporadas de perforación, pero que tardó otros cuatro años en llegar al lecho rocoso a 3260 m; y otro en la Estación Kohnen , que llegó al lecho rocoso a 2760  m en 2006. El núcleo de Dome C tuvo tasas de acumulación muy bajas, lo que significa que el registro climático se extendió mucho; al final del proyecto, los datos utilizables se extendían hasta hace 800 000 años. [ 115 ]

Otros núcleos profundos de la Antártida incluyeron un proyecto japonés en Dome F , que alcanzó los 2503  m en 1996, con una edad estimada de 330 000 años para la parte inferior del núcleo; y un agujero posterior en el mismo sitio que alcanzó los 3035  m en 2006, estimado para alcanzar hielo de 720 000 años de antigüedad. [ 115 ] Equipos estadounidenses perforaron en la Estación McMurdo en la década de 1990, y en Taylor Dome (554  m en 1994) y Siple Dome (1004  m en 1999), con ambos núcleos alcanzando hielo del último período glacial. [ 115 ] [ 116 ] El proyecto de la capa de hielo de la Antártida Occidental (WAIS), completado en 2011, alcanzó los 3405 m; el sitio tiene una alta acumulación de nieve por lo que el hielo solo se extiende hacia atrás 62 000 años, pero como consecuencia, el núcleo proporciona datos de alta resolución para el período que cubre. [ 61 ] Un proyecto gestionado por el British Antarctic Survey , que se extendió hasta el último período glacial,  perforó un núcleo de 948 m en la isla Berkner ; [ 61 ] y un proyecto ITASE, gestionado por Italia, completó un núcleo de 1620 m en Talos Dome en 2007. [ 61 ] [ 117 ] 

En 2016, se extrajeron núcleos de hielo de las colinas Allan en la Antártida, en una zona donde el hielo antiguo se encontraba cerca de la superficie. Los núcleos se dataron mediante el método de datación potasio-argón; la datación tradicional de núcleos de hielo no es posible ya que no estaban presentes todas las capas. Se descubrió que el núcleo más antiguo contenía hielo de hace 2,7 millones de años, siendo, con diferencia, el hielo más antiguo datado hasta la fecha a partir de un núcleo. [ 118 ]

Núcleos profundos de Groenlandia

En 1970, comenzaron las discusiones científicas que dieron lugar al Proyecto de la Capa de Hielo de Groenlandia (GISP), una investigación multinacional sobre la capa de hielo de Groenlandia que duró hasta 1981. Se requirieron años de trabajo de campo para determinar la ubicación ideal para un núcleo profundo; el trabajo de campo incluyó varios núcleos de profundidad intermedia, en Dye 3 (372  m en 1971), Milcent (398  m en 1973) y Creta (405  m en 1974), entre otros. Se seleccionó una ubicación en el centro norte de Groenlandia como ideal, pero las limitaciones financieras obligaron al grupo a perforar en Dye 3, comenzando en 1979. El pozo alcanzó el lecho rocoso a 2037  m, en 1981. Finalmente, a principios de la década de 1990, dos grupos perforaron dos pozos,  separados por 30 km, en la ubicación del centro norte: GRIP , un consorcio europeo, y GISP-2, un grupo de universidades estadounidenses. GRIP alcanzó el lecho rocoso a 3029  m en 1992, y GISP-2 alcanzó el lecho rocoso a 3053  m al año siguiente. [ 119 ] Ambos núcleos se limitaron a unos 100 000 años de información climática, y dado que se pensó que esto estaba relacionado con la topografía de la roca subyacente a la capa de hielo en los sitios de perforación, se seleccionó un nuevo sitio 200 km al norte de GRIP, y se lanzó  un nuevo proyecto, NorthGRIP  , como un consorcio internacional liderado por Dinamarca. La perforación comenzó en 1996; el primer pozo tuvo que ser abandonado a 1400 m en 1997, y se comenzó un nuevo pozo en 1999, alcanzando los 3085  m en 2003. El pozo no alcanzó el lecho rocoso, sino que terminó en un río subglacial. El núcleo proporcionó datos climáticos de hasta 123 000 años atrás, que cubrieron parte del último período interglacial. El proyecto subsiguiente Eemiense del Norte de Groenlandia ( NEEM ) recuperó un  núcleo de 2537 m en 2010 de un sitio más al norte, extendiendo el registro climático hasta hace 128 500 años; [ 114 ] A NEEM le siguió EastGRIP , que comenzó en 2015 en el este de Groenlandia y estaba previsto que se completara en 2020. [ 120 ] En marzo de 2020, la campaña de campo EGRIP 2020 fue cancelada debido a la pandemia de COVID-19 en curso . EastGRIP reabrió para el trabajo de campo en 2022, donde el CryoEgg alcanzó nuevas profundidades en el hielo, bajo presiones superiores a 200 bar y temperaturas de alrededor de -30 °C. [ 121 ] [ 122 ]

Núcleos no polares

Se han perforado núcleos de hielo en lugares alejados de los polos, especialmente en el Himalaya y los Andes . Algunos de estos núcleos se remontan al último período glacial, pero son más importantes como registros de eventos de El Niño y de temporadas de monzones en el sur de Asia. [ 61 ] También se han perforado núcleos en el Monte Kilimanjaro , [ 61 ] en los Alpes, [ 61 ] y en Indonesia, [ 123 ] Nueva Zelanda, [ 124 ] Islandia, [ 125 ] Escandinavia, [ 126 ] Canadá, [ 127 ] y los Estados Unidos. [ 128 ]

Planes futuros

IPICS (International Partnerships in Ice Core Sciences) ha producido una serie de documentos técnicos que describen los desafíos futuros y los objetivos científicos para la comunidad científica de los núcleos de hielo. Estos incluyen planes para: [ 129 ]

  • Se extraen núcleos de hielo con una antigüedad superior a 1,2 millones de años para obtener múltiples registros de los ciclos climáticos de 40 000 años que se sabe que existían en aquella época. Los núcleos actuales abarcan más de 800 000 años y muestran ciclos de 100 000 años.
  • Mejorar las cronologías de los núcleos de hielo, incluyendo la conexión de cronologías de múltiples núcleos.
  • Identificar indicadores indirectos adicionales a partir de núcleos de hielo, por ejemplo, para el hielo marino, la productividad biológica marina o los incendios forestales.
  • Perforar núcleos adicionales para obtener datos de alta resolución de los últimos 2.000 años, que se utilizarán como datos de entrada para modelos climáticos detallados.
  • Identificar un fluido de perforación mejorado
  • Mejorar la capacidad de manipular hielo quebradizo, tanto durante la perforación como durante el transporte y el almacenamiento.
  • Encontrar una manera de manejar los núcleos que tienen agua a presión en el lecho rocoso.
  • Diseñar una perforadora ligera y estandarizada, capaz de perforar tanto pozos húmedos como secos, y que pueda alcanzar profundidades de hasta 1000 m.
  • Mejorar el manejo de los núcleos para maximizar la información que se puede obtener de cada uno de ellos.

Se ha descubierto que el calentamiento global genera agua de deshielo glaciar que arrastra capas de aerosoles atrapados, ordenadas temporalmente, que los investigadores utilizan como registro histórico de eventos ambientales. [ 130 ] La Fundación Ice Memory planea almacenar núcleos de hielo adicionales en la Antártida ante esta inminente pérdida de datos. [ 130 ]

Véase también

Referencias

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  • Puerta de enlace del núcleo de hielo
  • Centro de Investigación Polar Byrd – Grupo de Investigación en Paleoclimatología de Núcleos de Hielo
  • Un gráfico engañoso ha estado circulando por Internet desde al menos 2010.
  • Un núcleo de 2,7 millones de años de antigüedad
  • Más allá de EPICA: Misión sobre el hielo más antiguo
  • Hielo del Tercer Polo