XVII. Una visión profunda del Ártico del futuro

Met City © 2022 by Ian Raphael, Dartmouth College

Cientos de investigadores internacionales están evaluando actualmente las observaciones de la expedición MOSAiC, durante la cual se registraron cientos de parámetros ambientales con una precisión y frecuencia sin precedentes a lo largo de un ciclo anual completo en el Océano Ártico central. 

Zona de fractura de la banquisa en las proximidades de la estación científica MOSAIC. © 2022 by Christian Rohleder.

Ahora, en tres artículos de revisión, se han publicado las propiedades físicas de la atmósfera, la nieve y el hielo marino, y el océano en la revista científica Elementa, destacando la importancia de observar todos los componentes del sistema climático en conjunto. Estos resultados proporcionan por primera vez una imagen completa de los procesos climáticos en el Ártico central, que se está calentando más del doble de rápido que el resto del planeta, transformaciones que influyen en los fenómenos meteorológicos y el clima de todo el mundo.

La disminución del hielo marino es un símbolo del actual calentamiento del clima: en el Ártico, su extensión se ha reducido casi a la mitad en verano desde que se iniciaron los registros por satélite en la década de 1980. Menos estudiados pero igualmente relevantes son el grosor y otras propiedades del hielo. 

Pieza enlazada

La cuestión de qué significa esto para el Ártico del futuro y cómo estos cambios lo afectarán globalmente fueron el impulso para la histórica expedición MOSAiC con el buque de investigación alemán Polarstern (que en estos momentos se encuentra en la Antártida, durante el verano austral) entre septiembre de 2019 y octubre de 2020. Investigadores de instituciones de 20 países habían pasado unos diez años preparando la expedición, cuyo coste total fue de unos 150 millones de euros, la mayor parte de los cuales fue financiada por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania.

Con los resultados presentados ahora, los investigadores están creando la imagen más completa basada en la observación de los procesos climáticos en el Ártico, donde la temperatura superficial del aire ha aumentado más del doble de rápido que en el resto del planeta desde la década de 1970. Poder estudiar los procesos durante todo un año requería un concepto especial, ya que el océano Ártico central sigue estando cubierto de hielo en invierno y, por tanto, es difícil de alcanzar.

El Polarstern enclavado en el témpano. © 2022 by Matthias Jaggi.

Por lo tanto, el rompehielos se integró en un gran témpano y derivó con la corriente (o deriva) transpolar natural a través del Océano Ártico. Y aquí es donde llegaron las primeras sorpresas. 

Encontramos un paquete de hielo más dinámico y rápido de lo esperado. Esto no solo ha supuesto un reto para los equipos sobre el terreno en su trabajo diario en la banquisa, sino que, sobre todo, ha provocado cambios en las propiedades del hielo marino y en las distribuciones de su espesor,

 informa el Dr. Marcel Nicolaus, físico especialista en hielo marino del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz para la Investigación Polar y Marina (AWI) y co-responsable del equipo de hielo en el proyecto MOSAiC.

Una de las causas de la rápida deriva la proporciona ahora el análisis del equipo de investigación atmosférica: 

Durante los meses de invierno prevalecieron unas temperaturas especialmente bajas cerca de la superficie, y con ellas unos vientos persistentemente fuertes, que intensificaron la deriva del hielo y, por tanto, impulsaron al Polarstern más rápido de lo esperado. La presión atmosférica y los patrones de viento a gran escala entre enero y marzo provocaron un vórtice polar especialmente fuerte alrededor del Ártico, además de un agujero de ozono récord en la estratosfera ártica, 

explica el Dr. Matthew Shupe, científico atmosférico del CIRES de la Universidad de Colorado y de la NOAA, y codirector del equipo atmosférico.

El equipo de oceanografía está analizando cómo se relacionan los cambios en la atmósfera y el hielo marino con la temperatura y la salinidad del agua. 

Observamos una conexión cada vez mayor entre la parte superior del océano y las capas más profundas de agua cálida en el Océano Ártico central, durante todo el año, 

señala la Dra. Céline Heuzé, oceanógrafa física de la Universidad de Gotemburgo y codirectora del equipo MOSAiC Ocean. 

Durante la expedición pudimos cartografiar completamente los remolinos oceánicos a lo largo de un ciclo anual completo. Las mediciones casi simultáneas del Polarstern, de nuestro campamento instalado junto a él en el hielo y de la red distribuida hasta 50 kilómetros de distancia del barco proporcionan la primera descripción de los eventos a pequeña escala hasta la escala regional", 

añade el Dr. Benjamin Rabe, oceanógrafo físico del AWI y segundo codirector del Team Ocean.

Se instalaron sensores autónomos sobre, dentro y debajo del hielo para realizar mediciones coordinadas de propiedades como la temperatura, los vientos o las corrientes en la atmósfera, en el hielo marino y a profundidades de varios cientos de metros en el océano. Los vientos atmosféricos impulsan el hielo y provocan ventiscas. Los investigadores estudiaron detalladamente cómo afectan los vientos al hielo marino, por ejemplo, registrando la tensión en el hielo y midiendo las grietas, así como la altura de las crestas de hielo presionado que se amontonan.

Estas propiedades, a su vez, influyen en el lugar y la forma en que la nieve se deposita o es arrastrada. La nieve se caracteriza por sus extremas propiedades físicas, ya que aísla el hielo marino de la atmósfera, refleja la mayor parte de la luz solar y contiene agua dulce. 

Hemos podido demostrar que los fenómenos atmosféricos a corto plazo (tormentas en invierno, períodos cálidos en primavera, flujos de agua de deshielo en verano o precipitaciones en otoño) tienen un fuerte impacto en las propiedades de la nieve y el hielo marino en los meses siguientes
Encontramos variaciones espaciales de la cubierta de nieve mayores de lo esperado debido a los procesos atmosféricos y a la estructura del hielo marino subyacente. Esta variabilidad extrema significa que tenemos que examinar la nieve con mucho más detenimiento para las futuras simulaciones de modelos y la interpretación de las observaciones por satélite. Como también pudimos realizar mediciones por teledetección en el hielo, éstas -junto con las observaciones detalladas de la nieve y el hielo- preparan el camino para nuevas y mejores observaciones del hielo marino por parte de las próximas misiones por satélite. Además, esto permite evaluar mejor la incertidumbre de las series temporales de los satélites existentes. (Marcel Nicolaus)

El científico atmosférico Matthew Shupe añade que 

Durante el MOSAiC observamos más de 20 ciclones árticos, o tormentas, de diversa magnitud que pasaban por encima de nuestra banquisa. Describimos estos eventos con un detalle sin precedentes, caracterizando la estructura vertical del viento y la transferencia de impulso al hielo marino y al océano, y exploramos cómo esto condujo al movimiento y la ruptura del hielo marino. Durante estas tormentas, las masas de aire cálido se desplazaron hacia el Ártico central y, con las nubes asociadas, provocaron cambios significativos en todos los componentes del balance energético de la superficie, lo que a su vez afectó a la temperatura del hielo marino y a su crecimiento y/o fusión. Además, la información de todo el año sobre la variabilidad de la composición atmosférica y de los aerosoles proporciona nuevos conocimientos sobre las influencias relativas del transporte a larga distancia en comparación con los procesos locales, lo que tiene importantes implicaciones para los ciclos relevantes para el clima (por ejemplo, el ciclo del carbono), las nubes y el balance de radiación.

Los tres artículos de revisión sirven de referencia para diversos trabajos científicos futuros. Segúnn afirma el profesor Markus Rex, director del MOSAiC y científico atmosférico del AWI:

Las observaciones físicas son la base para interpretar los ciclos biogeoquímicos y los procesos de los ecosistemas, así como para los modelos acoplados que utilizamos para conocer mejor las retroalimentaciones climáticas y los impactos globales del cambio en el Ártico. Estos cambios pueden afectar al tiempo y al clima en todo el mundo. Es fascinante la precisión con la que podemos trazar los procesos individuales y relacionarlos entre sí. Me complace ver cómo varios cientos de participantes de MOSAiC han contribuido a estas publicaciones. La colaboración internacional de los participantes en la expedición, procedentes de tantos países, continúa de forma muy productiva y coordinada incluso después de más de un año. De este modo, podemos ofrecer cada vez más constataciones importantes sobre el cambio climático que proporcionen una base de conocimientos para el cambio social hacia un enfoque sostenible del planeta Tierra.

Información general sobre MOSAiC

Durante la expedición MOSAiC, científicos de 20 naciones exploraron el Ártico durante todo el año. Desde el otoño de 2019 hasta el otoño de 2020, el rompehielos alemán Polarstern (cuya labor ahora en la Antártida puede ser seguida a través de una aplicación) estuvo a la deriva congelado en el hielo por el Océano Ártico. MOSAiC se realizó bajo la dirección del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI). Más de 80 institutos trabajaron juntos en un consorcio de investigación para que este proyecto único tuviera éxito y se obtuvieran los datos más valiosos posibles. El coste total de la expedición ascendió a unos 150 millones de euros, financiados en su mayor parte por el Ministerio Federal de Educación e Investigación.