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]

Yarrabubba

Bienvenidos un día más a mis entradas, en las que intento que todos aprendamos un poco más sobre los procesos geológicos que han originado nuestro planeta actual.

Hoy os quiero contar algo que es bastante interesante, veréis...

Hace 2.229 millones de años,  la Tierra estaba cubierta de hielo y parecía una densa masa gigante  de nieve. Fue en ese momento cuando un asteroide atravesó la capa de hielo, de entre 2 y 5 km de grosor, en lo que hoy conocemos como Australia.

Como consecuencia de ese choque, grandes nubes de polvo oscurecieron la atmósfera y se vaporizó entre 5 y 87 billones de kilos de agua, lo que provocó un efecto invernadero que acabó con la glaciación.

Localización del impacto

Esto fue descrito por uno grupo de investigadores liderados por Timmons M. Erickson, investigador de la NASA.

Este asteroide de más de 70 km de diámetro, llamado Yarrabubba, impactó en Australia Occidental y se considera uno de los más antiguas del planeta, aunque no ha sido hasta nuestros días ( año 2020) cuando se ha precisado su edad.

Por tanto, la composición y cantidad de distintos materiales radiactivos en las rocas que se formaron en el momento de la colisión ha convertido el cráter ocasionado, en el más antiguo conocido actualmente.

Sin embargo, esto no significa que antes no impactasen otros asteroides, porque el cráter de Kaapvaal, en Sudáfrica, es uno de los más importantes, ya que se puede ver la corteza terrestre  de hace 2.500 y 3.600 millones de años.

Según los estudios publicados en la revista NATURE

 Los investigadores se plantean si los cráteres más antiguos han desaparecido o si solo hay que prestar más atención para poder verlos.

“Yarrabubba tiene la mitad de la edad de la Tierra y nos deja la pregunta de si todos los cráteres más antiguos se han erosionado o están por ahí esperando a ser descubiertos”, afirma Aaron Cavosie, investigador de la Universidad Curtin y coautor del estudio.

La búsqueda de estos cráteres es muy importante para ver cómo ha evolucionado la Tierra desde hace millones de años hasta la actualidad.

Añadir también que la Tierra ya contaba con miles de años de vida cuando ocurrió el impacto de Yarrabubba, pero era justo en ese momento cuando los organismos fotosintéticos estaban formándose ( seres que usaban la energía del sol para realizar sus funciones vitales).

Mapa del cráter Yarrabubba

Pero, a pesar de esto, cuando sale a la luz un tipo de noticia así, los científicos muestran cierta duda acerca de que cómo fue posible que un meteorito de solo (¿SOLO?)  70 km de diámetro provocase tal cambio climático.

Erickson reconoce que no conocen con exactitud “las condiciones climáticas exactas en la época del impacto de Yarrabubba, aunque hay pruebas de que entonces había glaciares”.

“Si el clima estaba en un estado de bola de nieve, un impacto del tamaño de Yarrabubba pudo no ser suficiente para inclinarlo hacia un clima más cálido. Sin embargo, si estaba en una etapa de transición de frío a cálido, Yarrabubba pudo haber acelerado esa transición. La cuestión que se debe probar ahora es cuánto tiempo puede permanecer en una atmósfera fría el vapor de agua y si ese tiempo es suficiente para calentar el clima”, explica el investigador de la NASA.

Por último decir, que esta noticia es muy reciente y que tanto la NASA como otros muchos grupos de investigadores están en proceso de saber más acerca de este hito.

Y para finalizar, decir que me parece increíble que solo una masa de roca sea capaz de provocar tantos daños y que tenga tantas consecuencias actualmente.

Y... eso es todo por el post de hoy! seguimos informando👋🏼❤️

  REFERENCIAS:

·       Erickson, T.M., Kirkland, C.L., Timms, N.E. et al. Precise radiometric age establishes Yarrabubba, Western Australia, as Earth’s oldest recognised meteorite impact structure. Nat Commun 11, 300 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-019-13985-7

WEBGRAFÍA:

Periódico El País

Revista N+1