Respaldados por datos experimentales de una máquina de laboratorio que simula las enormes fuerzas involucradas en el flujo de los glaciares, los glaciólogos han escrito una ecuación que explica el movimiento del hielo que descansa sobre el suelo blando y deformable debajo de partes inusualmente rápidas de las capas de hielo.
Esa ecuación, o "ley de deslizamiento", es una herramienta que los científicos pueden incluir en los modelos informáticos del movimiento de los glaciares sobre los lechos deformables de lodo, arena, guijarros, rocas y rocas debajo de los glaciares, como la capa de hielo antártica occidental,dijo Neal Iverson, líder del proyecto y profesor de ciencias geológicas y atmosféricas en la Universidad Estatal de Iowa. Los modelos que usan la nueva ley de deslizamiento podrían predecir mejor qué tan rápido se deslizan los glaciares, cuánto hielo están enviando a los océanos y cómo eso afectaría el mar-nivel de subida.
Un artículo publicado en línea hoy por la revista ciencia describe la nueva ley de deslizamiento y los experimentos y datos que la motivan. Los autores son Lucas Zoet, investigador asociado postdoctoral en el estado de Iowa de 2012 a 2015 y ahora profesor asistente de geociencia en la Universidad de Wisconsin-Madison e Iverson.
¿Por qué los glaciólogos necesitan una ley de deslizamiento?
"El colapso potencial de la capa de hielo antártica occidental es la mayor fuente de incertidumbre en las estimaciones del aumento futuro del nivel del mar, y esta incertidumbre resulta, en parte, de procesos de capa de hielo modelados de manera imperfecta", escribieron Zoet e Iverson ensu papel
Glaciar en un congelador
Iverson comenzó a experimentar con el dispositivo de cizalla en anillo de 9 pies de altura dentro del congelador de su laboratorio en 2009. En el centro del dispositivo hay un anillo de hielo de aproximadamente tres pies de ancho y ocho pulgadas de espesor. Debajo del anillo estáuna prensa hidráulica que puede ejercer hasta 100 toneladas de fuerza sobre el hielo y simular el peso de un glaciar de 800 pies de espesor. Encima del anillo hay motores que pueden rotar el hielo a velocidades de 1 a 10,000 pies por año.
El hielo está rodeado por una tina de fluido circulante a temperatura controlada que mantiene el anillo de hielo justo a su temperatura de fusión para que se deslice sobre una delgada película de agua, como todos los glaciares de flujo rápido.
Una subvención de $ 530,000 de la National Science Foundation apoyó el desarrollo del dispositivo. Iverson trabajó con tres ingenieros del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de los EE. UU., Terry Herrman, Dan Jones y Jerry Musselman, para convertir sus ideas en una máquina en funcionamiento.
Y ha funcionado durante aproximadamente una década, proporcionando datos sobre cómo los glaciares se mueven sobre rocas rígidas y sedimentos deformables.
Un arrastre sobre el hielo
Para los experimentos que condujeron a la nueva ley de deslizamiento, Zoet condujo desde Ames a Madison para llenar seis cubos de 5 galones con sedimento real depositado glacialmente llamado hasta que tuviera la mezcla correcta de lodo, arena y partículas de roca más grandes.
Lo introduciría en el dispositivo de cizalladura de anillo para hacer la caja de labranza. Luego construiría un anillo de hielo sobre él congelando capas de agua sembradas con cristales de hielo. Aplicaría fuerza sobre el hielo, lo calentaríahasta que se derritiera y encienda la máquina.
"Buscamos la relación matemática entre el arrastre que retiene el hielo en el fondo del glaciar y qué tan rápido se deslizaría el glaciar", dijo Iverson. "Eso incluyó estudiar el efecto de la diferencia entre la presión del hielo en el lecho ypresión de agua en los poros de la caja - una variable llamada presión efectiva que controla la fricción "
Los datos indicaron la relación entre "arrastre, velocidad de deslizamiento y presión efectiva que se necesita para modelar el flujo de los glaciares", dijo Iverson.
"El hielo glaciar es un fluido altamente viscoso que se desliza sobre un sustrato, en este caso un lecho deformable hasta el lecho, y la fricción en el lecho proporciona la resistencia que retiene el hielo", dijo Iverson. "En ausencia de fricción, el peso del hielo haría que se acelere catastróficamente como algunos deslizamientos de tierra ".
Pero es casi imposible obtener datos de arrastre en el campo. Zoet dijo que el acto de perforar a través del hielo cambiaría la interfaz entre el glaciar y el lecho, haciendo que las mediciones y los datos sean menos precisos.
Así que Iverson construyó su dispositivo de laboratorio para recopilar esos datos, y Zoet ha construido una versión un poco más pequeña para su laboratorio de Wisconsin. La máquina de Zoet presenta una cámara de muestra transparente para que los investigadores puedan ver más de lo que sucede durante un experimento.
La ley de deslizamiento resultante basada en experimentos para los glaciares que se mueven sobre lechos blandos debería hacer una diferencia en las predicciones del movimiento de los glaciares y el aumento del nivel del mar :
"Los modelos de capa de hielo que usan nuestra nueva relación de deslizamiento", dijo Iverson, "tenderían a predecir descargas de hielo más altas al océano, y tasas más altas de aumento del nivel del mar, que las leyes de deslizamiento que se utilizan actualmente en la mayoría de los modelos de capa de hielo"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Iowa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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