Condiciones de hielo y agua subterránea en las cuencas de permafrost de noreste de Canadá

Los glaseados son masas de hielo en forma de lámina que se forman en la superficie del suelo o en canales fluviales a partir de la filtración del agua subterránea. Aunque se conoce la presencia de hielo en el paisaje, pocos estudios investigaron su distribución regional y exploraron las relaciones con factores del terreno, incluyendo el permafrost y las condiciones de flujo de base invernal. En dicho estudio se mapea la distribución de glaseados en un área de 618,430 km²  del noroeste de Canadá a partir de una pila de 573 imágenes de Landsat (1985–2017) y determinó, utilizando datos hidrométricos, la contribución del flujo base de invierno a la descarga anual total de 17 ríos en el área de estudio.

Esquema representativo de la formación de un Karst

 La formación de hielo mapeada se produce preferentemente en las estribaciones de regiones montañosas kársticas muy defectuosas en el permafrost continuo.
El flujo de base es el caudal que se observa en un curso de agua al final de un periodo de estiaje. Dicho flujo en invierno y su contribución a la descarga anual fue menor en las cuencas de permafrost continuas que en el permafrost discontinuo, pero mostró un aumento general durante el período 1970-2016. Con esto se puede llegar a la conclusión que la distribución de la formación del hielo puede ser sensible a las temperaturas del aire en invierno y a las condiciones de flujo de base en invierno. También puede que las capas de hielo ubicadas en el limite sur del permafrost continuo serian mas sensibles a la degradación.

Imagen donde se representa el Permafrost Continuo

Perfil de temperatura vertical de capa activa en permafrost

En el noroeste de Canadá y Alaska, el calentamiento climático ha provocado un aumento en el espesor de las capas activas y las temperaturas de permafrost que han afectado los procesos hidrológicos. La capa activa del permafrost es como tal la capa superior del mismo, la cual se descongela en verano y se vuelve a congelar en otoño.

Por ejemplo, la reciente reducción en el área de estanques y lagos en el permafrost discontinuo se ha asociado con un aumento en el drenaje y la conectividad debajo del subsuelo.

Laminaciones de hielo en una
 lámina de aufeis

Además, a pesar de los pocos cambios en la descarga anual total, existe evidencia de las estaciones de medición de un aumento en el flujo base de invierno para muchos ríos. Estas condiciones cambiantes de permafrost y aguas subterráneas pueden afectar la formación de hielo estacional debido a la congelación de las aguas subterráneas que se filtran a la superficie, como la formación de hielo, también conocida como clavada o aufeis.

El flujo sostenido de agua subterránea que forman estas características proporciona hábitats críticos para la hibernación de ciertas especies de peces, incluido el Dolly Varden y es una fuente de agua potable perenne para algunas comunidades del norte. Por lo tanto es aquí donde comenzamos a observar las consecuencias de pequeños cambios de algo que desde fuera consideraríamos como insignificante y que por ejemplo para dichas comunidades significa perder su fuente de agua potable.

Los glaciares también pueden almacenar grandes cantidades de hielo que se derrite progresivamente durante el verano y recarga los arroyos y ríos locales mucho después del derretimiento de los bancos de nieve que yacen tarde.

La formación de hielo es una masa de hielo horizontal a sub-horizontal en forma de lámina que se desarrolla durante el invierno en la superficie por la congelación del agua subterránea que se filtra repetida o continuamente desde el suprapermafrost, de un manantial (hielo en primavera) o que emerge desde abajo del hielo del río. Debido a la fluctuación o cambio climático, algunas regiones de permafrost pueden desarrollar una capa no congelada entre la capa activa de descongelación / congelación estacional y el permafrost. La capa se llama supra-permafrost (por encima del permafrost).

Representación de supra-permafrost

Se han notificado casos de hielo en todas las regiones árticas y los estudios se han centrado en sus características morfológicas, su desarrollo y equilibrio energético sus contribuciones estacionales y perennes a la descarga fluvial.

La formación de hielo primaveral se forma comúnmente en lugares donde el flujo de agua subterránea perenne a través de un talik es forzado a la superficie por una reducción en la permeabilidad del acuífero debido al permafrost que impide el flujo subterráneo.

La formación de hielo en primavera y en los ríos tiende a ocurrir en el mismo lugar año tras año, generalmente con la misma forma, y ​​es más grande que la formación de hielo en el suelo que tiene una recurrencia espacial y temporal más aleatoria en el paisaje . Dado el fuerte vínculo entre la formación de hielo y el flujo de agua subterránea, se puede obtener información sobre la respuesta de la formación de hielo bajo el permafrost degradante y las condiciones cambiantes del agua subterránea investigando su distribución en el paisaje y las relaciones con el terreno y las condiciones de descarga invernal.

El área de estudio en el noroeste de Canadá varía de 62 a 69 ° N y de 118 a 140 ° W; cubriendo un área de aproximadamente 618,430 km^2.  Las elevaciones varían desde el nivel del mar a lo largo de la costa del mar de Beaufort hasta 2920 m snm en las montañas Mackenzie, con casi el 50% del área de estudio ubicada por debajo de los 400 msnm.

El sector norte incluye terrenos aluviales y glaciares bajos. El sector sur es más montañoso e incluye las montañas Mackenzie, Selwynn y Ogilvie.

La geología del área de estudio está compuesta predominantemente por arenisca del Cretácico inferior. 

La vegetación va desde la tundra en las llanuras del norte y las regiones montañosas hasta los bosques boreales en la región sur. Los humedales y las turberas se vuelven más comunes hacia el sur en el valle de Mackenzie.

En dicho artículo también describe detalladamente los tipos de rocas que encuentran los investigadores en su estudio, y el tipo de vegetación ya que todo ello al final va a tener una repercusión en los resultados obtenidos.

También un seguimiento del clima en el área de estudio muestra que desde 1980, la región norte ha experimentado una tendencia de calentamiento de 0.07 a 0.11 ° C año ⁻¹ , mientras que la región más meridional experimentó un calentamiento de 0.01 a 0.07 ° C año ⁻¹.

Formación de hielo en el noroeste de Canadá. La formación de hielo se identificó utilizando un enfoque semiautomático y una densa pila de imágenes Landsat. También se muestran estaciones de medición activas y cuencas hidrográficas de nivel 3 (consulte la Tabla 1 para ver los  nombres de las estaciones de medición). Fondo del modelo de elevación digital (DEM) derivado de 30 m de datos de elevación digital canadiense ( www.geogratis.ca ). Mapa generado con ArcGISv10.

Cuando el hielo comienza a derretirse, las infraestructuras en la capa superior pueden cambiar y colapsar

Carretera de Dempster que une el sur de Canadá con los Territorios del Noroeste después de que colapsó porque las temperaturas más cálidas causaron que el permafrost de abajo se descongelara.

Dicho estudio tiene como objetivo: mapear la distribución de glaciares de primavera y de ríos en el noreste de Canadá a partir de imágenes obtenidas de Landsat (1985-2017), y determinar utilizando datos hidrométricos históricos de Environment Canadá (ministerio encargado del clima y ambiente canadiense) la contribución del flujo base de invierno a la descarga anual total de ríos en el área de estudio y sus tendencias temporales (1970-2016). Con base en los resultados, se exploraron las relaciones entre la distribución de hielo, el terreno y las condiciones de flujo base de invierno que pueden informar acerca de la respuesta de hielo a las cambiantes condiciones de permafrost y agua subterránea.

El derretimiento del permafrost puede dar lugar a una liberación masiva de metano y otros gases, que es un factor importante que contribuye al calentamiento global.

Cuando el carbono almacenado durante mucho tiempo se libera a la atmósfera, aumenta la temperatura, lo que provoca más descongelación y desencadena una liberación adicional de carbono.

Por lo tanto en el articulo se muestran los resultados de dicho estudio en el cual se 

como por ejemplo la identificación de un total de 1402 glaseados con 30% de ocurrencia anual entre 1985–2017 o también casos conocidos de formación de hielo en el Parque Territorial Tombstone.

Parque Territorial Tombstone

Así poder observar como en el tiempo puede cambiar las condiciones del hielo de dicha zona en Canadá que es muy importante ya que ocupa un  25% de la tierra en el hemisferio norte, es decir que un cambio tan pequeño como el descongelamiento del permafrost puede traer grandes consecuencias en el propio territorio pero también en el mundo.

Referencias bibliográficas

Crites, H., Kokelj, S.V. & Lacelle, D. Icings and groundwater conditions in permafrost catchments of northwestern Canada. Sci Rep 10, 3283 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-60322-w

Rutledge, K.; Ramroop,T.; Boudreau,D.; McDaniel,M.; Teng,S.; Sprout,E.; Costa,H.; Hall,H.; Hunt,J. Nationalgeographic. 2011. Geologia: Permafrost. [web de internet]. Disponible en <https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/permafrost/> [con acceso el 6 de marzo de 2020]

Wikipedia. 2019. Definiciones usuales en hidrología. [web de internet]. Disponible en < https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Definiciones_usuales_en_hidrolog%C3%ADa> [con acceso el 6 de marzo de 2020]

Polarpedia. Geologia: Capa Activa. [web de internet]. Disponible en < https://polarpedia.eu/es/capa-activa/> [con acceso el 7 de marzo de 2020]

Wikipedia. 2019. Geologia: Talik suprapermafrost. [web de internet]. Disponible en < https://en.wikipedia.org/wiki/Talik> [con acceso el 7 de marzo de 2020]

D’Amore, R. Global News. 2019. Ambiente: ¿What is permafrost and what does it mean for Canada as it thaws?. [web de internet]. Disponible en <https://globalnews.ca/news/5408373/what-is-permafrost-canada-climate/> [con acceso el 8 de marzo de 2020]

¡Cámbienme la momia, ésta tiene una mosca!

Un buen paleontólogo (¡un buen científico!) ha de fijarse en los detalles. Pues son precisamente los más mínimos detalles de los grandes hallazgos científicos los que pueden ser de mayor importancia, y no siempre se tienen en cuenta.

De estos detalles precisamente se van a ocupar mis publicaciones, inspirado por el trabajo de unos científicos italianos (First record of Phormia regina(Meigen, 1826) (Diptera: Calliphoridae) from mummies at the Sant’Antonio Abate Cathedral of Castelsardo, Sardinia, Italy) que encontraron, en unas momias del siglo XVIII, en la cripta de una iglesia de Cerdeña, pupas de Phormia regina,  una especie de mosca que no existe en la actualidad en la isla. Gracias a este repentino hallazgo de las cápsulas de los dípteros, se ha podido, mediante las técnicas de la llamada “Entomología forense”, contar la historia de las muertes de los sujetos en cuestión, y mediante la paleobiogeografía, trazar la pasada distribución de uno de los insectos con mayor representación en Europa.

Y una vez más, gracias a un repentino hallazgo, ahora el del artículo de G.Giordani, F.Tuccia, I. Floris y S.Vanin por mi parte, puedo explicar una serie de casos en paleontología en los que se han descubierto cosas fascinantes poniendo la atención en lo más aparentemente aleatorio o incluso reciente, comparando los casos de mi estudio con el registro fósil.

Momias en paleontología.

Las momias que se han encontrado de la gran fauna pleistocénica se pueden considerar famosas incluso, ya que con estas momias de Mammuthus primigenius, Coelodonta antiquitatis o Bison priscus se ha considerado la posibilidad de la clonación y reintroducción de estos y otros elementos emblemáticos de la megafauna de la última glaciación en ambientes aislados, ya que se ha llegado a postular que su desaparición fue a causa de la caza intensiva por parte de nuestros parientes lejanos de entonces. Y es que precisamente estas momias, como han sufrido procesos de fosilización natural, es decir, en la mayoría de los casos, congelación rápida y posterior secado lento, conservan aún mucha información aparte del espécimen en sí: tierra, polen, parásitos... que son muy interesante para aprender acerca de la biología de las especies halladas, pero también de su ecología, etología, y hasta para poder establecer un marco más global, sirviendo como datos en investigaciones de paleoclimática, por ejemplo.

También se consideran momias en muchas fuentes, sin serlo realmente, los casos, contables y contados, de fosilización de tejido blando, que ha dado lugar a la conservación de órganos, escamas, plumas y demás estructuras poco conocidas de los dinosaurios; por lo que estos especímenes son muy valiosos (tanto, que habrá que dedicarles un post aparte…).

 Uno de los casos más interesantes es el de la Paleoparasitología, no como ciencia pura, sino como lo que nos ha ayudado a comprender del pasado de nuestro planeta en cuanto a vidas animales, vegetales e incluso humanas. La paleoparasitología es un sector incipiente de la paleontología: los exoparásitos (es decir, parásitos externos) no se conservan, salvo en muy raros y contados casos, en el proceso de fosilización, y los endoparásitos solo  han podido ser estudiados en material primitivo no fosilizado: en momias.

Casos concretos, de lo más sorprendentes.

Muchos son los trabajos que han descrito hallazgos increíbles e insospechados en las momias animales halladas; pero por poner algún ejemplo para fundamentar el artículo, yo destacaría el hallazgo de pupas de Protophormia terraenovae en momias degrandes mamíferos hallados en Bélgica. Gracias a el hallazgo de las moscas en los especímenes se ha podido saber mucho más: se ha podido conocer con precisión cuánto tiempo estuvieron los animales muertos antes de ser congelados y enterrados, y se ha podido establecer, en base al desarrollo de las pupas, que la muerte de los especímenes tuvo que darse a finales del invierno, comienzos de la primavera.

Otro hallazgo insospechado, y un poco menos agradable, es el hallazgo en un yacimiento de permafrost en Alaska, en el que se encuentran también más animales momificados, una pila de haces congeladas de mamut. Este hallazgo ha supuesto un avance en el conocimiento de la biología y ecología de Mammuthus primigeniu.  El estudio de esas heces ha llegado a proponer la teoría, pendiente de demostración por  la ausencia de especímenes como este, que los mamuts practicaban la coprofagia, es decir, comían heces. Esto se ha comprobado gracias a la exanimación del –espécimen de naturaleza escatológica- al microscopio: se han podido ver esporocarpos del hongo Podospora conica hongo coprofílico, es decir que se desarrolla en las heces. Más especulaciones del trabajo americano-holandés señala a que las heces consumidas por el mamut carecen de ácido biliar, por lo que sería seguramente de otro mamut.

¿Hacia qué se van a orientar las siguientes publicaciones?

El sector de las momias en la paleontología está poco trabajado, debido principalmente a que, aunque ya se han encontrado bastante especímenes, son todos de una época muy reciente, de hecho, ya convivían seguramente alguno de los animales momificados que conservan los grandes museos del mundo, con el Homo sapiens. Una vez se investiga sobre el tema, se encuentra que tienen una gran importancia en el estudio del Cuaternario.

Esta serie de publicaciones tendrán como tema el divulgar acerca de los detalles de las momias que han sido estudiadas por la paleontología, tanto de grandes vertebrados como de las pequeñas pulgas que estos pueden contener en su pelaje… También le dedicaremos contenido a las “momias honoríficas” que antes he mencionado, a los casos de fosilización excepcional de dinosaurios: de pieles de individuos, o de más tejidos blandos. Otro sector de estudio insospechado para la paleontología (contradictorio incluso) son momias humanas, tanto prehistóricas como históricas: pues hay en muchos casos en los que los arqueólogos han tenido que derivar sus investigaciones  en paleontólogos, por que han encontrado argumentos para estudios de paleoclimatología, paleobiogeografía e incluso paleomedicina.

Bibliografía:

• Acs, Peter, et al. “Remains of grasses found with the Neolithic Iceman "Ötzi".” SpringerLink, Springer-Verlag, 14 Sept. 2005, link.springer.com/article/10.1007/s00334-005-0014-x.

• Arthur, Wallace. “How to make a fossil.” Evolving Animals, 2001, pp. 25–34., doi:10.1017/cbo9781107279117.004.

• BOESKOROV, Gennady G., et al. “Preliminary analyses of the frozen mummies of mammoth (Mammuthus primigenius), bison (Bison priscus) and horse (Equus sp.) from the Yana‐Indigirka Lowland, Yakutia, Russia.” Integrative Zoology, 18 Sept. 2014, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1749-4877.12079/full.

• Brown, Caleb M. “An exceptionally preserved armored dinosaur reveals the morphology and allometry of osteoderms and their horny epidermal coverings.” PeerJ, vol. 5, 2017, doi:10.7717/peerj.4066.

• Gautier, A., and H. Schumann. “Puparia of the subarctic or black blowfly protophormia terraenovae (Robineau-Desvoidy, 1830) in a skull of a Late Eemian (?) bison at Zemst, Brabant (Belgium).” Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, vol. 14, no. 2, 1973, pp. 119–125., doi:10.1016/0031-0182(73)90007-2.

• Geel, Bas Van, et al. “Mycological evidence of coprophagy from the feces of an Alaskan Late Glacial mammoth.” Quaternary Science Reviews, vol. 30, no. 17-18, 2011, pp. 2289–2303., doi:10.1016/j.quascirev.2010.03.008.

• Germonpré, Mietje , and Marcel Leclerq. “Des pupes de Protophormia terraenovae associées à des mammifères pléistocènes de la Vallée flamande (Belgique).” ResearchGate, 1994.

• Giordani, Giorgia, et al. “First record of Phormia regina (Meigen, 1826) (Diptera: Calliphoridae) from mummies at the Sant’Antonio Abate Cathedral of Castelsardo, Sardinia, Italy.” PeerJ, vol. 6, Apr. 2018, doi:10.7717/peerj.4176.

• Guthrie, R. Dale, and Samuel Stoker. “Paleoecological Significance of Mummified Remains of Pleistocene Horses from the North Slope of the Brooks Range, Alaska.” Arctic, vol. 43, no. 3, Jan. 1990, doi:10.14430/arctic1621.

• Rodríguez, Héctor, et al. “ANÁLISIS PALEOPARASITOLÓGICO DE LA MUSCULATURA ESQUELÉTICA DE LA MOMIA DEL CERRO EL PLOMO, CHILE: TRICHINELLA SP.” Chungará (Arica), Universidad de Tarapacá. Facultad de Ciencias Sociales y Jurídicas. Departamento de Antropología, scielo.conicyt.cl/scielo.php?pid=S0717-73562011000300013&script=sci_arttext&tlng=en.

• Rodríguez, Héctor, et al. “ANÁLISIS PALEOPARASITOLÓGICO DE LA MUSCULATURA ESQUELÉTICA DE LA MOMIA DEL CERRO EL PLOMO, CHILE: TRICHINELLA SP.” Chungará (Arica), Universidad de Tarapacá. Facultad de Ciencias Sociales y Jurídicas. Departamento de Antropología, scielo.conicyt.cl/scielo.php?pid=S0717-73562011000300013&script=sci_arttext&tlng=en.

Acs, Peter, et al. “Remains of grasses found with the Neolithic Iceman "Ötzi".” SpringerLink, Springer-Verlag, 14 Sept. 2005, link.springer.com/article/10.1007/s00334-005-0014-x.

Arthur, Wallace. “How to make a fossil.” Evolving Animals, 2001, pp. 25–34., doi:10.1017/cbo9781107279117.004.

BOESKOROV, Gennady G., et al. “Preliminary analyses of the frozen mummies of mammoth (Mammuthus primigenius), bison (Bison priscus) and horse (Equus sp.) from the Yana‐Indigirka Lowland, Yakutia, Russia.” Integrative Zoology, 18 Sept. 2014, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1749-4877.12079/full.

Brown, Caleb M. “An exceptionally preserved armored dinosaur reveals the morphology and allometry of osteoderms and their horny epidermal coverings.” PeerJ, vol. 5, 2017, doi:10.7717/peerj.4066.

Gautier, A., and H. Schumann. “Puparia of the subarctic or black blowfly protophormia terraenovae (Robineau-Desvoidy, 1830) in a skull of a Late Eemian (?) bison at Zemst, Brabant (Belgium).” Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, vol. 14, no. 2, 1973, pp. 119–125., doi:10.1016/0031-0182(73)90007-2.

Geel, Bas Van, et al. “Mycological evidence of coprophagy from the feces of an Alaskan Late Glacial mammoth.” Quaternary Science Reviews, vol. 30, no. 17-18, 2011, pp. 2289–2303., doi:10.1016/j.quascirev.2010.03.008.

Germonpré, Mietje , and Marcel Leclerq. “Des pupes de Protophormia terraenovae associées à des mammifères pléistocènes de la Vallée flamande (Belgique).” ResearchGate, 1994.

Giordani, Giorgia, et al. “First record of Phormia regina (Meigen, 1826) (Diptera: Calliphoridae) from mummies at the Sant’Antonio Abate Cathedral of Castelsardo, Sardinia, Italy.” PeerJ, vol. 6, Apr. 2018, doi:10.7717/peerj.4176.

Guthrie, R. Dale, and Samuel Stoker. “Paleoecological Significance of Mummified Remains of Pleistocene Horses from the North Slope of the Brooks Range, Alaska.” Arctic, vol. 43, no. 3, Jan. 1990, doi:10.14430/arctic1621.

Rodríguez, Héctor, et al. “ANÁLISIS PALEOPARASITOLÓGICO DE LA MUSCULATURA ESQUELÉTICA DE LA MOMIA DEL CERRO EL PLOMO, CHILE: TRICHINELLA SP.” Chungará (Arica), Universidad de Tarapacá. Facultad de Ciencias Sociales y Jurídicas. Departamento de Antropología, scielo.conicyt.cl/scielo.php?pid=S0717-73562011000300013&script=sci_arttext&tlng=en.

Acs, Peter, et al. “Remains of grasses found with the Neolithic Iceman "Ötzi".” SpringerLink, Springer-Verlag, 14 Sept. 2005, link.springer.com/article/10.1007/s00334-005-0014-x.

Arthur, Wallace. “How to make a fossil.” Evolving Animals, 2001, pp. 25–34., doi:10.1017/cbo9781107279117.004.

BOESKOROV, Gennady G., et al. “Preliminary analyses of the frozen mummies of mammoth (Mammuthus primigenius), bison (Bison priscus) and horse (Equus sp.) from the Yana‐Indigirka Lowland, Yakutia, Russia.” Integrative Zoology, 18 Sept. 2014, onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1749-4877.12079/full.

Brown, Caleb M. “An exceptionally preserved armored dinosaur reveals the morphology and allometry of osteoderms and their horny epidermal coverings.” PeerJ, vol. 5, 2017, doi:10.7717/peerj.4066.

Gautier, A., and H. Schumann. “Puparia of the subarctic or black blowfly protophormia terraenovae (Robineau-Desvoidy, 1830) in a skull of a Late Eemian (?) bison at Zemst, Brabant (Belgium).” Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, vol. 14, no. 2, 1973, pp. 119–125., doi:10.1016/0031-0182(73)90007-2.

Geel, Bas Van, et al. “Mycological evidence of coprophagy from the feces of an Alaskan Late Glacial mammoth.” Quaternary Science Reviews, vol. 30, no. 17-18, 2011, pp. 2289–2303., doi:10.1016/j.quascirev.2010.03.008.

Germonpré, Mietje , and Marcel Leclerq. “Des pupes de Protophormia terraenovae associées à des mammifères pléistocènes de la Vallée flamande (Belgique).” ResearchGate, 1994.

Giordani, Giorgia, et al. “First record of Phormia regina (Meigen, 1826) (Diptera: Calliphoridae) from mummies at the Sant’Antonio Abate Cathedral of Castelsardo, Sardinia, Italy.” PeerJ, vol. 6, Apr. 2018, doi:10.7717/peerj.4176.

Guthrie, R. Dale, and Samuel Stoker. “Paleoecological Significance of Mummified Remains of Pleistocene Horses from the North Slope of the Brooks Range, Alaska.” Arctic, vol. 43, no. 3, Jan. 1990, doi:10.14430/arctic1621.

Permafrost y frío: más importantes de lo que solemos pensar

Figura 1: Tundra, el bioma donde más aparece el permafrost.

Fuente: www.nationalgeographic.com

El permafrost es el suelo cuyos horizontes permanecen permanentemente congelados, aun con la llegada y transcurso del verano. El nombre es una fusión de las palabras “permanent” (permanente) y “frost” (escarcha) Solo está presente en lugares cuyo clima es lo suficientemente frío (tundra y taiga, además de algunas zonas de alta montaña). Debido a la distribución mundial de climas del Holoceno, la gran mayoría está en el Hemisferio Norte. En el Hemisferio Sur solo está presente en la Antártida, en islas subantárticas y en algunas zonas de América del Sur (Andes, Patagonia, región magallánica). El permafrost posee gran importancia para la ciencia, pues acumula una gran cantidad de carbono orgánico que sería liberado a la atmósfera si el Ártico continúa calentándose, lo que aceleraría el proceso actual de calentamiento global siguiendo bucles de realimentación positiva.

Figura 2: Cambios en la distribución del permafrost del Hemisferio Norte en el siglo XX y parte del XXI. Fuente: www.berkeleyearth.org

También tiene una importancia clave para la vida cotidiana de miles de personas en países como Rusia, Canadá o Estados Unidos (Alaska), pues muchos edificios y otras infraestructuras (carreteras, vías férreas, etc.) tienen sus cimientos fijados al permafrost. Si éste se funde, el suelo cederá al peso y las infraestructuras se derrumban tras fracturarse, como si el suelo fuese de mantequilla (algo similar ocurre con las arcillas expansivas).

 

Figura 3: Ferrocarril en Alaska deformado por fusión del permafrost.

De forma homóloga, un edificio en Siberia sufre los mismos efectos. 

Fuente: www.wunderground.com

Las otras grandes utilidades del permafrost son las paleontológicas, pues el suelo helado conserva restos orgánicos de todos los tamaños en excelentes condiciones: Dientes, huesos, pelo, polen, esporas, etc.

Bioapatito y colágeno en molares de bisonte

Un estudio de 2015 realizado en Alaska (A. Cherkinsky et al., 2015) dató unos molares de Bison sp. hallados en Alaska usando colágeno y bioapatito, un mineral que forma el esmalte de los dientes. Las dataciones arrojaron resultados de entre 17000 y 47000 años de antigüedad para el colágeno y de entre 16000 y 41000 años de antigüedad para el bioapatito. Esta diferencia se debe a que la relación ¹³C/¹⁴C ha variado más en unas partes que en otras de los molares, por estar el ¹⁴C más o menos expuesto al intercambio de materia con el permafrost.

 

Figura 4: Lugar de hallazgo de los molares estudiados.

 

Figura 5: Detalle de los molares.

Genomas criogenizados

De la fauna del Pleistoceno, los mamuts son de los animales más famosos, simbolizando la fauna de los periodos glaciales que terminaron hace 10000 años. Varios ejemplares de Mammuthus primigenius han sido encontrados congelados en el permafrost boreal. Gracias al hielo, se han podido obtener una información muy valiosa para paleontólogos de todo el mundo, al poder estudiar in situ todo tipo de tejidos (incluso sangre) de una especie extinta, de la que se podrá aprender mucho sobre su alimentación, reproducción, etología y extinción.

Se ha podido secuenciar parcialmente su genoma, según un estudio publicado en la revista Nature (Miller et al., 2008), donde un equipo de investigadores de diversas universidades de Estados Unidos y Rusia lograron secuenciar más de 3300 millones de bases usando pelo de Mammuthus primigenius conservado en el permafrost.

 

Figura 6: Clados filogenéticos comparando la antigüedad de las divergencias entre diferentes especies de elefántidos y homínidos.

Más sobre mamuts: Primates depredadores

Hoy en Europa el permafrost solo se puede hallar en zonas de alta montaña (Alpes, Urales, Cáucaso), Islandia y el norte de Escandinavia; pero no siempre ha sido así. Durante el Pleistoceno, varios periodos glaciares dejaron congelada a la mayoría de Europa, ampliando la superficie de permafrost.

Durante esta época, los mamuts poblaban las vastas llanuras de Europa, al sur del inlandsis que cubría todo el noroeste de Europa desde las Islas Británicas hasta los Urales pasando por Jutlandia. Hasta su extinción en el Holoceno, Mammuthus primigenius fue cazado por Homo neanderthalensis (nuestro pariente extinto más cercano) y Homo sapiens (nuestros ancestros).

La cueva de Spy (Bélgica), es uno de los yacimientos paleolíticos más importantes de Europa, pues allí se descubrieron en el siglo XIX los restos óseos de Homo neanderthalensis que permitieron identificarlo como una nueva especie de humanos, y no como personas con deformidades. En esta cueva también se pueden hallar numerosos restos óseos que no son humanos, entre ellos, de Mammuthus primigenius. Según un estudio (M. Germonpré, et al., 2014), los cazadores humanos fueron los responsables de que la mayoría de restos óseos de mamut estuviesen allí, aunque también es posible que algunas hienas (Crocuta crocuta) consumieran fragmentos de carne de mamut resguardándose en la cueva, a la luz de las dataciones (aproximadamente 43000 años de antigüedad) hechas a restos de ambos mamíferos.

Micropaleontología de diatomeas

No solo se encuentran restos orgánicos de tamaño mediano y grande en el permafrost. También se encuentran restos microscópicos, como diatomeas, protistas, etc. Estos restos, gracias a que han estado decenas de miles de años en el permafrost, están en un excelente estado de conservación, lo que proporciona a la micropaleontología un valioso material de estudio e investigación, para poder reconstruir los ambientes en los que estos microscópicos seres vivieron y murieron.

Por ejemplo, las diatomeas. Son protistas autótrofos que forman parte del fitoplancton. Poseen una enorme diversidad de géneros y especies, además de un esqueleto silíceo con complejos motivos simétricos. Son de gran importancia para la ciencia, pues su enorme diversificación permite estudiar y reconstruir ambientes actuales y pasados. Por ejemplo, en la Laguna Potrok Aike, un maar volcánico en la Patagonia Argentina de 770000 años de antigüedad (C. Recasens, et al., 2015).

El sur de América y la cordillera andina fueron profundamente modelados por los periodos fríos del Pleistoceno (especialmente en la Patagonia y la región magallánica), causando variaciones en la extensión del permafrost austral (que hoy día es muy escaso comparado con el existente en el Hemisferio Norte). Las diatomeas son un excelente indicador de cambios en el clima y en la hidrología de la zona.

Figura 7: Batimetría de la Laguna Potrok Aike.

Solo en los sedimentos lacustres de este maar (cuyas dimensiones aproximadas son 3 km de diámetro y 100 m de profundidad) se han encontrado más de 200 especies de diatomeas. La concentración de microfósiles no es uniforme a medida que se profundiza en el sedimento, lo que implica cambios en productividad y temperatura del maar. Los cambios en la abundancia de distintas especies de diatomeas permiten añadir una pieza más en el complejo rompecabezas del clima de la Tierra desde hace 50000 años hasta el Holoceno, pasando por los diversos periodos glaciales e interglaciales del Pleistoceno.

Paleoecología de turberas

Otro ejemplo muy bueno de conservación en permafrost de restos orgánicos microscópicos son las amebas testáceas (grupo polifilético de protistas con concha interna o testa) halladas en las turberas del Parque Nacional Abisko, un lugar de gran belleza al norte de Suecia, relativamente lejano a la ciudad minera de Kiruna. Por su latitud (200 km al norte del Círculo Polar Ártico) y su clima (boreal), Abisko reúne las condiciones adecuadas para la formación de permafrost no continuo (no está permenentemente helado, se descongela en el verano ártico).

 

Figura 8: Situación de Abisko en Suecia, junto con los lugares estudiados.

Un estudio realizado por investigadores de universidades del Reino Unido, Canadá y Dinamarca (G.T. Swindles et al., 2015), ha utilizado estas amebas para hacer reconstrucciones paleohidrológicas en las turberas de Abisko. Su distribución está controlada por la profundidad del nivel freático y la humedad del suelo. El estudio también ha hecho hincapié en la importancia del permafrost como reservorio de carbono, pues el rápido y alarmante calentamiento que el Ártico ha experimentado en los últimos siglos pone en peligro la existencia de estos ecosistemas, y aumenta el riesgo de que el permafrost se funda y de que los humedales boreales se conviertan en fuentes de emisión de CH₄ a la atmósfera, un gas con un efecto invernadero muy superior al ya conocido CO₂. La temperatura media en Abisko se ha incrementado en 2.3ºC en 100 años, lo que coincide con la tendencia de calentamiento que actualmente experimenta el Ártico, que se calienta a una velocidad muy superior a la media del planeta.

Figura 9: Turberas en Abisko.

Breve conclusión

El frío es un gran conservante para los restos orgánicos, tanto microscópicos como macroscópicos. El permafrost es un enorme congelador natural que aún guarda millones de fragmentos desconocidos de pelo, huesos, dientes, microfósiles, etc; que servirán para desentrañar y resolver los complejos puzzles de la vida actual, pasada y probablemente la futura; y la climatología, disciplinas que nos afectan de forma directa, pues los Homo sapiens solo somos una especie más de las millones que han sido descritas y que quedan por describir, tanto vivas como extintas. 

Referencias

A. Cherkinsky, et al., Preservation of collagen and bioapatite fractions extracted from bison teeth in permafrost conditions, Nucl. Instr. Meth. B (2015)

Miller, W. et al., Sequencing the nuclear genome of the extinct woolly mammoth. Nature (2008), http://www.nature.com/nature/journal/v456/n7220/full/nature07446.html

M. Germonpré, et al., Possible evidence of mammoth hunting at the Neanderthal site of Spy (Belgium). Quaternary International (2014)

C. Recasens, et al., Diatoms as indicators of hydrological and climatic changes in Laguna Potrok Aike (Patagonia) since the Late Pleistocene. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology (2015)

G.T. Swindles et al., Evaluating the use of testate amoebae for palaeohydrological reconstruction in permafrost peatlands. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology (2015)

Véase también

www.wunderground.com

www.nationalgeographic.com

www.nature.com