Ao analisar amostras de rochas incomuns coletadas anos atrás na Antártica, cientistas da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, descobriram um registro notável de como o manto de gelo da Antártica Oriental respondeu às mudanças no clima durante um período de 100.000 anos durante o Pleistoceno Superior.
Pela Universidade da Califórnia – Santa Cruz com informações de Phys.
O manto de gelo da Antártica Oriental é a maior massa de gelo do mundo. Compreender sua sensibilidade às mudanças climáticas é crucial para os esforços de projetar quanto o nível do mar aumentará à medida que as temperaturas globais aumentarem. Estudos recentes sugerem que pode ser mais vulnerável à perda de gelo do que se pensava anteriormente.
O novo estudo, publicado em 15 de setembro na Nature Communications, fornece evidências de mudanças na base da camada de gelo em uma ampla área em resposta a mudanças cíclicas no clima durante o Pleistoceno. As mudanças se refletem nos tipos de minerais depositados na base do manto de gelo.
“Uma das principais descobertas é que a camada de gelo estava respondendo às mudanças de temperatura no Oceano Antártico”, disse o coautor Terrence Blackburn, professor associado de ciências da Terra e planetárias na UC Santa Cruz. “A água quente come as bordas da camada de gelo e faz com que o gelo flua mais rápido, e essa resposta atinge profundamente o coração da camada de gelo”.
As amostras de rocha analisadas no estudo consistem em camadas alternadas de opala e calcita que se formaram como depósitos minerais na base do manto de gelo, registrando mudanças cíclicas na composição dos fluidos subglaciais.
“Cada camada nestas amostras é uma manifestação de uma mudança na base da camada de gelo impulsionada por mudanças no movimento das correntes de gelo”, disse o primeiro autor Gavin Piccione, um Ph.D. candidato que trabalha com Blackburn na UCSC.
Ao datar as camadas, os pesquisadores encontraram uma correlação impressionante entre as camadas de depósitos minerais e o registro das temperaturas da superfície do mar polar derivadas de núcleos de gelo. A opala foi depositada durante os períodos frios e a calcita durante os períodos quentes.
“Essas oscilações climáticas estão causando mudanças no comportamento das camadas de gelo, de modo que a química e a hidrologia sob o gelo estão mudando”, disse o coautor Slawek Tulaczyk, professor de ciências da Terra e planetárias da UCSC, que estuda o comportamento das camadas de gelo e geleiras há décadas.
Os ciclos climáticos que correspondem às camadas minerais são flutuações relativamente pequenas que ocorrem a cada poucos milhares de anos dentro dos ciclos glaciais-interglaciais mais pronunciados que ocorreram a cada 100.000 anos ou mais ao longo do Pleistoceno. Os ciclos glacial-interglaciais são impulsionados principalmente por mudanças na órbita da Terra ao redor do sol. Os ciclos climáticos de escala milenar menor envolvem oscilações nas temperaturas polares impulsionadas pelo enfraquecimento e fortalecimento de uma grande corrente oceânica (a Circulação Meridional do Atlântico, ou AMOC), que transporta grandes quantidades de calor para o norte através do Oceano Atlântico.
Tulaczyk disse que as novas descobertas revelam a sensibilidade do manto de gelo da Antártica a pequenas flutuações climáticas de curto prazo.
“Por mais importante que seja o manto de gelo da Antártica – é responsável por cerca de 17 metros de elevação do nível do mar desde o último máximo glacial – realmente sabemos muito pouco sobre como ele respondeu à variabilidade climática”, disse ele. “Conhecemos muito bem os últimos 20.000 anos, mas além disso fomos quase cegos. É por isso que esses resultados são tão alucinantes. As pessoas vêm batendo a cabeça contra a parede por causa disso há décadas.”
As duas amostras de rochas analisadas para este estudo foram coletadas de morenas glaciais separadas por mais de 900 quilômetros (560 milhas), e se formaram em diferentes períodos, abrangendo um total de mais de 100.000 anos. Em outras palavras, eles registram ciclos semelhantes de deposição mineral sob o gelo ocorrendo em uma ampla área e por longos períodos de tempo.
“A química das duas amostras correspondeu, mesmo que tenham vindo de tão distantes, o que nos deu confiança de que algum processo sistemático em larga escala estava acontecendo”, disse Piccione.
O mecanismo por trás da formação de camadas de opala e calcita é um pouco complicado e requer uma compreensão não apenas da química mineral, mas também da hidrologia incomum sob o manto de gelo da Antártica. O calor do interior da Terra (“aquecimento geotérmico”) causa o derretimento na base da camada de gelo, que é isolada das temperaturas polares frias pela espessura do gelo. Onde o gelo fica mais fino em direção às margens da camada de gelo, a água derretida subglacial começa a congelar novamente, concentrando minerais dissolvidos e, eventualmente, formando salmouras hipersalinas.
Os depósitos minerais se formam à medida que a água se concentra por recongelamento, e a primeira coisa a precipitar é a calcita, a forma mais comum de carbonato de cálcio. A opala (sílica amorfa) acabará por precipitar a partir de salmouras mais velhas e supersaturadas que não têm carbono nelas.
“A Antártica tem essas salmouras interessantes sem carbono, porque tudo precipitou mais cedo, então quando essas salmouras são isoladas de outras fontes de água elas formam opala”, explicou Piccione.
Para obter uma camada de calcita no topo da opala, é necessário um influxo de água derretida glacial contendo carbono, que ocorre durante os intervalos quentes nos ciclos climáticos, quando o AMOC diminui. Isso leva ao aquecimento no Hemisfério Sul e coloca a água quente em contato com as plataformas de gelo flutuantes nas bordas da camada de gelo. À medida que a água quente corrói a parte inferior das plataformas de gelo, a “linha de aterramento” onde o gelo entra em contato com a terra começa a recuar e o gelo flui mais rapidamente do interior para as bordas.
Tulaczyk explicou que o movimento do gelo sobre o leito rochoso gera calor, aumentando a quantidade de água derretida na base da camada de gelo. “Se você imaginar um mapa de onde há água derretida sob a camada de gelo, essa área se expande em períodos quentes e se contrai em períodos frios, como um batimento cardíaco”, disse ele.
Os “ciclos de congelamento” resultantes na base do gelo são responsáveis pelas camadas alternadas de opala e calcita nas rochas.
As descobertas apontam para as temperaturas da água no Oceano Antártico como o principal mecanismo que impulsiona a resposta do manto de gelo da Antártida às mudanças no clima global. As temperaturas na Antártida são tão frias que alguns graus de aquecimento não causam o derretimento do gelo na superfície, mas os cientistas sabem que a camada de gelo derreteu no passado e partes dela entraram em colapso, disse Blackburn. “Tem sido difícil de entender, mas isso mostra claramente que o aquecimento do oceano é o mecanismo de condução”, disse ele.
“Se você olhar para os lugares que estão perdendo gelo hoje, eles estão concentrados ao longo das bordas da camada de gelo, onde está em contato com o oceano em aquecimento”, acrescentou Tulaczyk. “O principal fator do aquecimento dos oceanos agora é o dióxido de carbono atmosférico, não o AMOC, mas não acho que a camada de gelo se importe com o que causa o aquecimento”.
Tulaczyk disse que as descobertas mostram que a camada de gelo pode recuar durante os períodos quentes e depois se recuperar durante o resfriamento subsequente. “No contexto da questão do limiar – é o manto de gelo sentado em um limiar além do qual haveria derretimento descontrolado e tudo desapareceria – não é isso que vejo aqui”, disse ele. “O gelo é sensível a essas flutuações de curto prazo, mas a magnitude da perda de gelo é pequena o suficiente para que possa se recuperar com o resfriamento”.
Mais informações: Gavin Piccione et al, Subglacial precipitates record Antarctic ice sheet response to late Pleistocene millennial climate cycles, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-33009-1
