La épica ingeniería detrás de la perforación de 3.000 metros en el hielo antártico

Los investigadores están cavando profundamente en el hielo de la Antártida para ayudarnos a darnos cuenta del pasado de la Tierra. Pero para llegar allí, tendrán que luchar con temperaturas por debajo de menos 50 grados centígrados.

El clima de la Tierra se encuentra actualmente en un período de calor entre las edades de hielo. Nuestro planeta se mueve y entra en una edad de hielo cada 100.000 años. Esto significa que las temperaturas globales están cayendo de manera tan significativa que, después de aumentar durante unos 90.000 años, las capas polares y los glaciares alpinos están comenzando a retroceder durante 10.000 años.

Pero los ciclos de calentamiento y enfriamiento de la Tierra no siempre funcionaron de esa manera. Hasta hace un millón de años, nuestro mundo atravesaba un período glacial cada 40.000 años. Lo que hizo que el ritmo cambiara tan drásticamente es un enigma.

Sin duda, los cambios en los niveles de CO2 y metano en la atmósfera serán parte de la historia. Las burbujas de aire selladas en hielo de 1,5 millones de años enterrado profundamente en la Antártida podrían explicar por qué las edades de hielo de la Tierra han cambiado en frecuencia. Estos núcleos de hielo también podrían ayudar a predecir el impacto a largo plazo de los gases de efecto invernadero producidos por el hombre después de 2100.

Para llegar a estas burbujas de aire enterradas, los científicos tendrán que llegar a tres kilómetros por debajo de la superficie del hielo antártico, en una obra de ingeniería que requiere algunas máquinas muy especializadas. A finales de septiembre, la División Antártica Australiana (AAD) dio a conocer un taladro diseñado para llegar a casi 3.000 metros por debajo de la superficie del continente helado. El taladro de nueve metros de largo, hecho de acero inoxidable, bronce de aluminio y titanio, podrá recoger núcleos de hielo de hasta tres metros de largo, mientras soporta temperaturas de menos 55 grados Celsius en el camino.

El intento de Austria no será el más lejano al que hemos regresado en la historia congelada. Un equipo dirigido por la Universidad de Princeton logró recuperar un núcleo mucho más antiguo de una región de hielo azul en 2017. Cuando la nieve se comprime en hielo y las burbujas de aire se aprietan, aparecen manchas de hielo azul translúcido mientras que los fuertes vientos limpian la nieve fresca. En las regiones de hielo azul, el hielo fluye sobre crestas rocosas y empuja capas más profundas y antiguas más cerca de la superficie, lo que hace que el núcleo de hielo de 2,7 millones de años sea más accesible. Pero debido a que el hielo azul no está organizado en capas anuales ordenadas, es difícil fecharlo con precisión, según el glaciólogo Tas van Ommen, que dirige el programa AAD.

Su equipo espera perforar un solo núcleo continuo en un lugar donde las capas de hielo se acumulan año tras año y no son perturbadas por el flujo de hielo, lo que les permite estudiar el hielo a lo largo del tiempo desde hoy hasta el más antiguo posible. El sitio de perforación estará al lado de la estación de investigación franco-italiana Concordia en el Dome C, Dome C, donde el Proyecto Europeo de Extracción de Hielo Antártico (EPICA) perforó más de 3.000 metros en 2004 para alcanzar hielo con una edad de hasta 800.000 años. “Ahora creemos que tuvieron mala suerte al elegir un lugar donde el calor geotérmico natural del lecho rocoso fue suficiente para causar un poco de derretimiento que elimina el hielo más antiguo”, dice van Ommen. La nueva ubicación será menos profunda, pero se ubicará donde el equipo cree que no hay tal derretimiento.

Llegar al hielo enterrado no será una tarea fácil. Los científicos necesitarán dos semanas para viajar 1.200 kilómetros tierra adentro desde la costa antártica con tractores y una estación de investigación móvil que pesa 500 toneladas. La perforación no comenzará hasta 2021 y se espera que dure cuatro años.

Un equipo de seguimiento de un proyecto europeo, llamado Beyond Epica, que incluye el British Antarctic Survey y otros 13 grupos de 10 países europeos, sigue la pista de los investigadores australianos. Pasaron cuatro años usando radares aéreos y terrestres para mirar debajo del hielo y encontrar una ubicación de perforación óptima en el “Little Dome C”, a solo 40 km del sitio de perforación anterior. Olaf Eisen, glaciólogo del Instituto Alemán Alfred Wegener, quien dirigió la primera fase del nuevo proyecto, dice que sus investigaciones fueron mucho más precisas que las exploraciones anteriores en el área. “En el pasado, era más fácil decidir sobre un lugar determinado [drilling location], porque el objetivo nunca ha sido tan específico ”, dice.

Con la temporada de verano que comienza en noviembre, cuando las temperaturas suben a un nivel relativamente bajo de menos cuarenta grados Celsius, el equipo transportará tiendas de campaña, combustible y equipo al sitio de perforación y establecerá el campamento. Es imposible predecir el estado del hielo marino antártico. Si no se derriten lo suficiente, el viaje podría volverse aún más desafiante y podría poner en peligro su suministro de combustible, dice Carlo Barbante, paleoclimatólogo de la Universidad Ca ‘Foscari en Venecia, líder de la siguiente fase del proyecto. “Si el hielo marino no se derrite y es [the site] demasiado lejos, tenemos que gastar mucho combustible para transportarlo en helicóptero desde el barco hasta la estación ”, dice.

El equipo de investigación solo puede trabajar en la Antártida hasta principios de febrero. Después de eso, las temperaturas promedio caerán por debajo de menos 50 grados centígrados. El plan es comenzar a perforar en 2020, dice Barbante. El taladro recogerá hasta cinco metros de testigo a la vez, que se lleva a la superficie y se limpia del líquido utilizado para sellar el taladro. Cada carrera lleva mucho tiempo, porque el ejercicio debe bajarse cientos de metros en el hielo y levantarse nuevamente. La temporada fría y corta significará que se necesitarán entre tres y cuatro años para recuperar todo el núcleo de hielo.

Hay muchas cosas que pueden salir mal durante las operaciones. El taladro podría atascarse en el hielo y podría ser necesario un segundo agujero, como sucedió cuando sus colegas perforaron el núcleo de hielo de 800.000 años. Esta vez, el equipo de Beyond Epica está listo para la eventualidad y trae un taladro de repuesto.

Las muestras recolectadas se cortarán en la estación Concordia para dejar un archivo en la Antártida donde estén bien protegidas. El resto se trasladará a la costa y luego se enviará en un congelador a Europa para las mediciones. “Es mucho más fácil almacenar núcleos de hielo en la naturaleza. No necesitas energía extra para enfriarlos ”, dice Eisen. En 2017, un congelador de almacenamiento falló y derritió una colección de núcleos de hielo del Ártico canadiense.

Las antiguas burbujas selladas en el núcleo de hielo contienen una muestra de la atmósfera, lo que permitirá a los paleoclimatólogos medir directamente la concentración pasada de CO2, metano y otros gases de efecto invernadero. También podrán determinar cómo ha cambiado la temperatura en el pasado, no directamente, sino comparando la composición isotópica de las moléculas de agua con un estándar promedio de agua del océano.

Los núcleos de hielo existentes en la Antártida han demostrado que el nivel de CO2 comenzó a aumentar sustancialmente en el siglo XIX y hoy es casi un 40% más alto que antes de la revolución industrial. Si bien el mayor aumento natural conocido (20 partes por millón en volumen) ocurrió durante 1000 años en la última edad de hielo, los científicos han detectado el mismo aumento en los últimos diez años. Se espera que el nuevo núcleo de hielo expanda el archivo con el tiempo y proporcione nueva evidencia de por qué nuestro clima cambió abruptamente hace aproximadamente un millón de años.

Con tantos desafíos e incógnitas en este tipo de trabajo de campo, Beyond Epic y AAD dicen que es crucial trabajar juntos. Si bien el largo proceso de perforación les prohíbe usar el mismo equipo, compartir sus resultados ayudará a responder una de las preguntas más importantes de la ciencia climática.

“Al llevar un esfuerzo de perforación adicional al marco, en lugar de simplemente trabajar juntos en un solo testigo, podemos asegurarnos de obtener un registro muy antiguo y reproducido entre nosotros”, dice van Ommen, y agrega que incluso los proyectos de perforación se han convertido en un “Propiedad de la comunidad”. El diseño danés original ha sido compartido y refinado por muchas naciones.

Según las lecciones de un ejercicio similar en Groenlandia, donde un grupo de investigación estadounidense y europeo perforó a pocos kilómetros de distancia con resultados diferentes, se necesitarán al menos dos núcleos de hielo antártico para reproducir los resultados. “En realidad, será bastante difícil interpretar un solo núcleo de hielo, porque nunca se sabe si lo que se encuentra en ese núcleo de hielo es real o un artefacto”, dice Eisen. Sin embargo, con el inminente inicio de la temporada de verano, ambos equipos se preparan para iniciar su trabajo de campo. “Por supuesto, siempre hay una especie de competencia. Pero es amigable “, se ríe Eisen.

Actualizado el 01.10.2019, 11:30 BST: el artículo se ha actualizado para aclarar los detalles de la misión Beyond Epic.

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