Este verano, Alex Anesio pasará tres semanas rodeado de miles de agujeros en una capa de hielo del Ártico. Él y su equipo acamparán a kilómetros del asentamiento más cercano, rodeados por un paisaje destrozado por enormes grietas inestables. La única forma de entrar o salir es en helicóptero. El paisaje sonoro de los científicos se reducirá al crujido de los crampones a través del hielo, el torrente de las corrientes glaciales y el gemido ocasional de una enorme capa de hielo que se reorganiza.
contenido relacionado
- Confirmado: tanto la Antártida como Groenlandia están perdiendo hielo
"Es como estar en otro planeta", dice Anesio, biogeoquímico de la Universidad de Bristol en Inglaterra que ha trabajado en el Ártico durante unos 15 años. "Lo único que ves a tu alrededor es hielo".
Él y su equipo pasarán semanas en este parche aislado de la capa de hielo de Groenlandia para controlar los charcos que pueden tener el poder de manipular el clima de la Tierra.
Los diámetros de los agujeros de cyroconita varían en tamaño desde aproximadamente el ancho de un lápiz hasta el de la tapa de un bote de basura. (Joseph Cook) La capacidad de jugar con el clima de nuestro planeta no está aislada de los charcos del Ártico. Los microbios dentro de estas pequeñas piscinas, y enclavados en los sedimentos del lecho del lago enterrados a millas debajo de la capa de hielo antártica, podrían albergar la capacidad de alterar seriamente el ciclo global del carbono, así como el clima. Y los investigadores solo recientemente comenzaron a navegar por estos mundos minúsculos.
Los charcos que Anesio estudia se llaman agujeros de crioconita: "crio" que significa hielo y "conito" que significa "polvo". Se desarrollan cuando pilas de escombros arrastrados por el viento se depositan en la superficie blanca y reflectante de un glaciar o una capa de hielo. Más oscuro que la nieve y el hielo, estos desechos absorben más calor del sol que sus alrededores y hacen que el hielo debajo se derrita en agujeros cilíndricos de hasta un pie de profundidad.
Los científicos una vez pensaron que estos agujeros estaban desprovistos de vida. Pero los investigadores ahora están descubriendo que en realidad contienen ecosistemas complejos de microbios como bacterias, algas y virus.
Millones de estos agujeros, que generalmente van desde el ancho de un lápiz hasta el ancho de la tapa de un cubo de basura, marcan las capas de hielo en un patrón similar al queso suizo en todo el mundo. El equipo de Anesio ha estimado que, globalmente, el área de superficie de estos agujeros suma aproximadamente 9, 000 millas cuadradas. Eso es un poco más pequeño que el estado de New Hampshire.
A medida que estos ecosistemas oscuros y esponjosos se expanden a través del hielo, pueden causar lo que de otro modo sería una superficie reflectante y refrescante para absorber cada vez más calor del sol. Esto podría acelerar el derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia, informó el equipo en marzo en la revista Geochemical Perspective Letters .
Pero el equipo de Anesio también descubrió que los organismos en estos agujeros pueden tener un efecto de enfriamiento en el planeta al aspirar activamente el dióxido de carbono de la atmósfera a través de la fotosíntesis. De hecho, cuando los microorganismos sacan suficiente cantidad de este gas de efecto invernadero de la atmósfera, los agujeros se comportan como sumideros de carbono.
Queda por ver si estos agujeros ayudan a enfriar o calentar el planeta. Pero a medida que un clima más cálido crea más agujeros, el equilibrio parece inclinarse hacia un calentamiento neto en lugar de un efecto de enfriamiento en la atmósfera.
Anesio y su equipo trabajarán este verano para monitorear las propiedades químicas y físicas de estos agujeros con detalles insoportables para comprender mejor cómo pueden afectar los comportamientos glaciales y el cambio climático de la Tierra.
Cuando se acumula suficiente polvo en una capa de hielo, los agujeros de la crioconita se fusionan y se convierten en lagos, como este en Groenlandia. (Joseph Cook) La idea de que los microorganismos pueden vivir en los glaciares y las capas de hielo, y mucho menos prosperar a escalas significativas a nivel mundial, sigue siendo relativamente nueva para la ciencia. Hasta finales de la década de 1990, los investigadores generalmente consideraban que el hielo en ambos polos era un entorno más o menos estéril.
"Cuando miras un glaciar o una capa de hielo, no ves nada que pueda darte pistas sobre si hay vida allí", dice Jemma Wadham, una colega de Anesio en la Universidad de Bristol. Los biólogos no habían estudiado realmente los ambientes glaciales hasta finales de la década de 1990, cuando apareció la primera evidencia de vida microbiana.
La falta de interés anterior no se debió a los límites tecnológicos, explica Wadham. Todo lo que habría tomado para encontrar vida hubiera sido recolectar agua de deshielo frente a un glaciar y buscar signos de microorganismos activos. "Nadie había hecho eso", dice Wadham. "Lo que suena un poco loco, pero supongo que así es como evolucionan las cosas a veces".
Desde los años 90, ha habido una oleada de investigaciones que exploran los microbios que viven en la superficie o debajo de los glaciares y las capas de hielo. En los últimos años, los investigadores han descubierto que estos microbios están lejos de estar inactivos. De hecho, el equipo de Anesio informó en un estudio de 2009 que los microbios en algunos agujeros de crioconita son tan biológicamente activos como los que se encuentran en suelos más cálidos tan al sur como el Mediterráneo.
"Eso fue realmente sorprendente dada la baja temperatura y las bajas condiciones de nutrientes [del ambiente]", dice Joseph Cook, un investigador de agujeros de crioconita de la Universidad de Sheffield, que no participó en ese estudio.
En el transcurso de un año, esta actividad podría absorber acumulativamente aproximadamente 63, 000 toneladas imperiales de dióxido de carbono, informó el equipo de Anesio en el documento de 2009. Eso es comparable a las emisiones de aproximadamente 13, 500 autos en un año determinado, dice.
"[El estudio de Anesio] fue realmente el primer intento de cuantificar la cantidad de carbono que entraba y salía de estos sistemas, lo que fue un gran paso y muy importante", dice Cook.
Alex Anesio y su equipo duermen en carpas en el hielo durante sus estudios de campo. Parte del hielo debajo de la tienda se derrite, pero la tienda se comporta como un aislante y mantiene la mayor parte de la base congelada, dice Anesio. (Chris Bellas) Los hallazgos de Anesio no fueron necesariamente lo que cabría esperar de un cuerpo de agua dulce. La mayoría de los estanques y lagos generalmente liberan más dióxido de carbono a la atmósfera a través de la descomposición de material orgánico del que absorben a través de la fotosíntesis.
Esto se debe a que la mayoría de los estanques y lagos se encuentran en los bosques y reciben un flujo constante de restos de animales y plantas de esos bosques a través del agua subterránea. Como resultado, los estanques y lagos a menudo contienen una gran cantidad de material descomponible, y la descomposición ocurre con mayor frecuencia que la fotosíntesis, explica Anesio.
Los agujeros de crioconita, por otro lado, están aislados de los bosques, a veces por decenas de cientos de millas, y reciben la mayoría de su material orgánico a través de motas de escombros en el aire. No hay tanto material para descomponer, por lo que los organismos de fotosíntesis tienden a dominar, dice Anesio.
Sin embargo, no se necesita mucho para cambiar ese escenario. Si el sedimento dentro de los agujeros se vuelve demasiado espeso, la luz solar no puede llegar al fondo. Esto limita la fotosíntesis y la tasa de descomposición comienza a tomar el control.
"Todas estas dinámicas dependen mucho del movimiento del hielo y del alivio del hielo", dice Anesio. Esto puede cambiar día a día y de temporada a temporada. "A veces se derrite mucho y redistribuye los gránulos en capas más delgadas, o algunas veces se acumulan en ciertas partes del glaciar".
El equipo de Anesio tratará de abordar la cuestión de cómo estos agujeros cambian con el tiempo durmiendo junto a ellos y monitoreando su actividad día tras día este verano.
Los sonidos de los crampones y el agua corriendo se encuentran entre los únicos ruidos que escuchará en este entorno, dice Anesio. (Chris Bellas) Viaje al extremo opuesto del mundo desde el sitio de campo de Anesio, y encontrará otra característica de los glaciares que podría desempeñar un papel importante en el clima de la Tierra: lagos enormes, enterrados debajo de hasta 2.5 millas de hielo antártico.
Estos lagos ocultos, algunos de tamaño comparable a los Grandes Lagos de América del Norte, han llamado la atención de investigadores como Anesio y Wadham en los últimos años por varias razones. Por un lado, estos lagos contienen agua que ha estado atrapada durante millones de años, albergando vida extrema que nunca ha estado expuesta a las influencias humanas.
Los lagos también pueden estar almacenando grandes volúmenes del potente gas metano de efecto invernadero, congelado en una forma llamada hidratos de metano. Si las capas de hielo de la Antártida se derrumbaran, expondría estos hidratos, inundándolos con agua de mar a medida que el océano se extendiera por partes del continente. Los hidratos desestabilizados se convertirían en burbujas de gas metano y calentarían la atmósfera, informaron Wadham y sus colegas en un estudio publicado en Nature en 2012.
Mediante el uso de radares aéreos e imágenes satelitales, los investigadores han localizado más de 400 de estos llamados lagos subglaciales debajo de la capa de hielo antártica en los últimos 50 años. Pero no fue sino hasta 2013 que un ambicioso equipo internacional de investigadores perforó con éxito un pozo a través de casi media milla de hielo hasta la superficie de uno de estos lagos por primera vez.
Perforaron con éxito nuevamente en 2015 en una ubicación cercana, llegando a la zona de puesta a tierra de una capa de hielo por primera vez. La zona de puesta a tierra es un área donde una capa de hielo pierde contacto con la tierra y flota en el mar.
Los investigadores de muestras de sedimentos y agua recolectados de la zona de puesta a tierra proporcionarán al equipo nuevos conocimientos sobre la estabilidad de la capa de hielo de la Antártida Occidental y su potencial para aumentar los niveles globales del mar si se derrumba. El equipo también medirá la actividad microbiana en estos sedimentos para comprender mejor el papel de estos microbios enterrados en el ciclo global del carbono.
Slawek Tulaczyk, investigador de la Universidad de California en Santa Cruz, uno de los principales científicos en estos logros importantes, describe la tensión de esperar a que su equipo llegue a su sitio de perforación en 2013, después de más de cinco años de planificación con Aproximadamente 50 colaboradores internacionales.
Los investigadores hicieron arreglos para que su equipo, que pesaba alrededor de 300, 000 libras, viajara dentro de 12 contenedores de envío a través de 800 millas de capa de hielo para llegar al subglacial Lake Whillans en el suroeste de la Antártida. Más superficial que otros lagos subglaciales, Whillans proporcionó a los investigadores una oportunidad de éxito decente debido a su relativa accesibilidad en comparación con otros lagos enterrados bajo kilómetros de hielo.
A los conductores de camiones les llevó dos semanas transportar el equipo, algunos de ellos extremadamente delicados, al sitio de perforación. Todo lo que los científicos pudieron hacer fue esperar en la Estación de Investigación McMurdo y escuchar cómo los operadores de camiones llamaban con sus informes.
"Escuchamos algunas historias de horror", dice Tulaczyk, explicando que los conductores llamaron para informar sobre artículos rotos y solicitar suministros de soldadura adicionales. Afortunadamente, la mayor parte del daño se aisló en los contenedores de envío y no en su contenido.
"Cuando volamos, lo que había dentro de los contenedores sobrevivió lo suficientemente bien como para que lo usáramos, pero los contenedores en sí mismos estaban bastante golpeados y parecían haber pasado por mucho", dice Tulaczyk.
Tulaczyk y sus colegas armaron algo llamado taladro de agua caliente para acceder al lago Whillans. En el transcurso de 24 horas, los investigadores perforaron un agujero de aproximadamente un pie de diámetro bombeando agua caliente con fuerza hacia abajo y circulando para que, al profundizarse, el agujero no se congelara sobre sí mismo.
Una vez que llegaron con éxito a la superficie del lago, los investigadores enviaron sondas por el pozo para recolectar datos y muestras. Pero tenían que hacerlo con cuidado y limpieza. Si contaminaron alguno de sus equipos, corrían el riesgo de recolectar microbios modernos que confundirían sus hallazgos y estropearían un hábitat prístino.
Para su entusiasmo y alivio, el equipo encontró evidencia de microbios que viven en el agua, dice Tulaczyk. Hubo momentos en el camino en los que el equipo se preocupó de haber trabajado durante años de planificación y gastado millones de dólares en un esfuerzo por alcanzar un vacío sin vida.
Sus hallazgos ayudan a respaldar la idea de que grandes volúmenes de hidratos de metano derivados de microbios podrían asentarse debajo de la capa de hielo antártica. Los microbios podrían estar produciendo este metano al descomponer los bosques antiguos y otros materiales orgánicos debajo del hielo, propusieron Wadham, Anesio, Tulaczyk y sus colegas en su informe Nature de 2012.
Los investigadores que estudian los agujeros de crioconita a veces deben usar trajes limpios para evitar contaminar sus muestras microbianas. (Alex Anesio) Utilizando estimaciones basadas en mediciones de sedimentos recolectados debajo de la capa de hielo de Groenlandia, un análogo comparable pero mucho más delgado que la capa de hielo antártica, el equipo calculó que podría haber hasta 3.9 millones de toneladas imperiales de metano escondidas debajo del hielo antártico.
Dada la potencia del metano como gas de efecto invernadero, esto podría ser un problema para la atmósfera de la Tierra si una gran parte de la capa de hielo se derritiera. Y, según estimaciones de investigadores de la Universidad de Massachusetts, Amherst y la Universidad Estatal de Pensilvania, esto podría suceder a fines de siglo.
Martin Siegert, glaciólogo del Imperial College de Londres, formó parte del equipo que describió un lago subglacial por primera vez en 1996. Él dice que las estimaciones de cuánto metano se sienta debajo del hielo antártico son teóricamente plausibles.
Sin embargo, los investigadores tendrían que medir la actividad microbiana en los sedimentos húmedos debajo de las capas de hielo para confirmar su hipótesis, dice Siegert. "Es bastante simple, el tipo de ciencia que necesitas hacer, la dificultad es llegar allí y la perforación de agua caliente".
Sin embargo, incluso si las estimaciones del colapso de la capa de hielo para fines de siglo fueran correctas, probablemente tomaría mucho más tiempo que eso para que el efecto de los hidratos de metano se detecte en la atmósfera, dice Alexey Portnov, investigador del Ártico. Universidad de Tromsø en Noruega. Portnov estudia los restos de hidratos de metano expuestos al final de la última edad de hielo en el Ártico, así como los hidratos de metano que se descongelan actualmente del permafrost del Ártico. Él dice que incluso si los hidratos de metano descansaran debajo de la capa de hielo antártico, y se desestabilizaran y comenzaran a burbujear metano a través del agua de mar hasta la superficie, tomaría cientos de años para que estas reservas de metano tengan un impacto detectable en el clima global.
"Los casquetes polares se están derrumbando cada vez más rápido en los últimos años", dice Portnov. "Pero aún así, para obtener la cantidad de metano de esos hidratos de gas para cambiar el clima de alguna manera, tomará bastante tiempo".
Mientras tanto, los hidratos de metano que se descongelan del permafrost y a lo largo de las crestas poco profundas del fondo marino ya están liberando este gas de efecto invernadero a la atmósfera a tasas significativas, dice Portnov. Las capas de hielo son solo una de las muchas tiendas de metano congelado que se están descongelando.
El siguiente paso para el trabajo de hidrato de metano subglacial será asegurar más fondos para embarcarse en otra expedición de perforación a un lago más profundo. Los esfuerzos anteriores, como el esfuerzo multimillonario para perforar en Lake Ellsworth en 2012, han fallado. Entonces, antes de intentar acceder a lagos más profundos con el equipo existente, los investigadores e ingenieros deben colaborar para desarrollar nuevas técnicas para proyectos más profundos.
"Solo tenemos que llegar allí y obtener las muestras", dice Wadham. "Ese es uno de los desafíos de las próximas dos décadas".
Grandes extensiones de crioconita, o polvo de hielo, cubren la capa de hielo de Groenlandia y otros glaciares en todo el mundo, oscureciendo sus superficies y haciendo que absorban el calor del sol. (Joseph Cook) Si bien los glaciares y las capas de hielo pueden tapar físicamente grandes reservas de hidratos de metano enterrados o extraer dióxido de carbono de la atmósfera a través de millones de pequeños agujeros, sus impactos alcanzan mucho más que su huella física.
Por ejemplo, cuando los agujeros de crioconita se derriten lo suficientemente profundo como para drenar el fondo de un glaciar, su contenido puede llegar al océano, arrojando nutrientes al ecosistema marino. Esto puede causar la proliferación de algas a gran escala que podrían extraer dióxido de carbono de la atmósfera en proporciones significativamente mayores que cualquier cosa que los microbios en esos agujeros puedan derribar, dice Anesio.
"Eso tendría un impacto global mucho más fuerte porque la fijación de carbono en el océano tiene un tremendo impacto en el ciclo global del carbono", dice.
Aunque una imagen completa de cómo los microbios glaciares afectan el clima de la Tierra está a años de distancia, Anesio y sus colegas investigadores polares siguen adelante. Enfrentar los problemas tecnológicos y los entornos hostiles a menudo significa que sus avances son inestables. Pero son los desafíos, tanto intelectuales como físicos, los que atraen a los científicos a estos paisajes congelados.
"Es tan hermoso estar allí, es increíble", dice Anesio. “Las dimensiones y la escala de las cosas son tan grandes, los ríos y el agua y la forma del hielo. Tengo muchas ganas de ir allí ".
Cook, en la Universidad de Sheffield, está de acuerdo. Encuentra campos de agujeros de crioconita hasta donde alcanza la vista para ser una imagen bastante llamativa.
"Mirar en los agujeros de la crioconita es extrañamente hermoso", dice Cook. "Es muy sereno y es increíble ver algo tan simple a simple vista que desmiente la increíble complejidad de lo que está sucediendo". Es algo hipnótico.
El pozo en Lake Whillans, que requirió la coordinación entre unos 50 colaboradores de todo el mundo. (JT Thomas)
