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Un glaciar medio derretido revela fuerzas granulares en una escala masiva por el cambio climático

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Las leyes sobre cómo se aplican los materiales granulares se aplican, según los científicos, incluso a escala geofísica gigante de los icebergs que se amontonan en el océano a la salida de un glaciar. En un artículo en 'Proceedings of the National Academy of Sciences', investigadores describen la dinámica de la obstrucción de los icebergs, conocida como mezcla de hielo, frente al glaciar Jakobshavn de Groenlandia. El glaciar de rápido movimiento se considera un indicador de los efectos del cambio climático.

"Hemos conectado teorías microscópicas para la mecánica del flujo granular con el material granular más grande del mundo: una mezcla de hielo glacial", dice el autor principal del artículo, Justin Burton, profesor asistente de Física en la Universidad de Emory, Estados Unidos. "Nuestros resultados podrían ayudar a los investigadores que intentan comprender la evolución futura de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida. Hemos demostrado que una mezcla de hielo podría tener un efecto grande y medible en la producción de grandes icebergs por un glaciar", añade.

La Fundación Nacional de Ciencia financió la investigación, que reunió a físicos que estudian la mecánica fundamental de materiales granulares en laboratorios y glaciólogos que pasan los veranos explorando capas de hielo polar. "Los glaciólogos en general se ocupan de la deformación lenta y constante del hielo glacial, que se comporta como una melaza espesa: un material viscoso que se arrastra hacia el mar", dice el coautor Jason Amundson, glaciólogo de la Universidad de Alaska Southeast, Juneau.

"La mezcla de hielo, por otro lado, es fundamentalmente un material granular, esencialmente un fango gigante, que se rige por una física diferente. Queríamos entender el comportamiento de la mezcla de hielo y sus efectos sobre los glaciares", añade.

"Hemos demostrado que una mezcla de hielo podría tener un efecto grande y medible en la producción de grandes icebergs por un glaciar"

Durante miles de años, los enormes glaciares de las regiones polares de la Tierra se han mantenido relativamente estables, con el hielo bloqueado en formas montañosas que disminuye en los meses más cálidos, pero recupera su volumen en invierno. Pero en las últimas décadas, las temperaturas más cálidas han comenzado a descongelar rápidamente estos gigantes congelados. Cada vez es más común que las láminas de hielo, de un kilómetro de altura, se desplacen, se agrieten y caigan al mar, separándose de sus glaciares madre en un proceso explosivo conocido como parto.

El glaciar Jakobshavn avanza tan rápido como 50 metros por día hasta que llega al borde del océano, un punto conocido como el término del glaciar. Alrededor de 35.000 millones de toneladas de témpanos nacen cada año del Glaciar Jakobshavn y se extienden al fiordo Ilulissat de Groenlandia, un canal rocoso de unos cinco kilómetros de ancho.

Mezcla de témpanos de hielo que se desplaza por el fiordo

El proceso de partición crea una mezcla de témpanos que se desplazan lentamente a través del fiordo por el movimiento del glaciar. La mezcla de hielo puede extenderse a cientos de metros de profundidad en el agua, pero en la superficie se asemeja a un abultado campo de nieve que inhibe, pero no puede detener, el movimiento del glaciar. "Una mezcla de hielo es algo así como el purgatorio de los icebergs, porque se han roto en el agua pero todavía no han logrado llegar a mar abierto", dice Burton.

Mientras que los científicos han estudiado durante mucho tiempo cómo se forma, rompe y fluye el hielo dentro de un glaciar, nadie había cuantificado el flujo granular de una mezcla de hielo. Fue un desafío irresistible para Burton. Su laboratorio crea modelos experimentales de procesos glaciales para intentar cuantificar sus fuerzas físicas. También utiliza partículas microscópicas como modelo para comprender la mecánica fundamental de materiales granulares y amorfos, y el límite entre un estado de flujo libre y uno rígido y atascado.

"El material granular está en todas partes, desde los polvos que componen los productos farmacéuticos hasta la arena, la suciedad y las rocas que dan forma a nuestra Tierra", dice Burton. Y, sin embargo, agrega que las propiedades de estos materiales amorfos no son tan bien entendidas como las de los líquidos o cristales.

Además de Amundson, los coautores de Burton en el artículo de 'PNAS' incluyen al glaciólogo Ryan Cassotto, anteriormente en la Universidad de New Hampshire y ahora en la Universidad de Colorado Boulder, y los físicos Chin-Chang Kuo y Michael Dennin, de la Universidad de California, Irvine; todas ellas instituciones universitarias en Estados Unidos. Los investigadores caracterizaron tanto el flujo como el esfuerzo mecánico de la mezcla de hielo de Jacobshavn utilizando medidas de campo, datos satelitales, experimentos de laboratorio y modelos numéricos.

Los resultados describen cuantitativamente el flujo de la mezcla de hielo, ya que se atasca y libera durante su viaje a través del fiordo. El documento también mostró cómo la mezcla de hielo puede actuar como una "plataforma de hielo granular" en su estado atascado, reforzando incluso los grandes icebergs partidos en el océano.

"Hemos demostrado que los glaciólogos que modelan el comportamiento de las plataformas de hielo con mezcla de hielo deberían tener en cuenta las fuerzas de esas mezclas --concluye Burton--. Les proporcionamos las herramientas cuantitativas para hacerlo".

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