À primeira vista, o gelo marinho pode parecer uma placa sólida e imóvel, mas a realidade é bem mais complexa. Por baixo da superfície, está repleto de pequenos bolsos e canais de líquido salgado - e o facto de essas passagens estarem ligadas entre si ou permanecerem isoladas pode alterar por completo a forma como o gelo se comporta.
Um novo estudo mostra que esta arquitectura interna, escondida a olho nu, dita a circulação de água, nutrientes e gases através do gelo, com efeitos em cadeia nos ecossistemas polares e na maneira como o gelo marinho reage a um planeta em aquecimento.
Uma equipa de investigadores da University of Utah focou-se no gelo marinho granular - um tipo mais rugoso e menos organizado que está a tornar-se mais frequente à medida que as regiões polares aquecem.
O objectivo foi determinar com precisão quando este tipo de gelo se torna suficientemente poroso para permitir o movimento de fluidos e comparar esse limiar com o de formas de gelo marinho mais conhecidas.
Quando o gelo granular começa a deixar passar fluido
Os investigadores concluíram que o gelo granular se comporta de forma muito diferente do gelo colunar, que apresenta uma estrutura cristalina mais regular.
No gelo colunar, o fluxo de fluido inicia-se quando a salmoura corresponde a cerca de 5 percent do volume do gelo. No gelo granular, o valor necessário é bastante superior: só perto de 10 percent é que os bolsos de líquido se ligam o suficiente para permitir circulação.
“Passar de cinco percent para 10 percent significa que é preciso o dobro da porosidade, o dobro da fracção volumétrica de salmoura para haver fluxo”, disse o matemático da University of Utah Ken Golden, autor principal do estudo.
Embora pareça uma diferença pequena, não o é. O gelo granular precisa de aproximadamente o dobro da porosidade para deixar de actuar como barreira e passar a funcionar como um sistema conectado.
Como o fluxo molda os ecossistemas
Esta diferença tem implicações concretas, porque o movimento de fluidos no interior do gelo marinho controla muitos processos - incluindo o degelo.
É esse fluxo que determina se os nutrientes conseguem chegar às algas que vivem dentro do gelo e ajuda a regular a troca de gases entre o oceano e a atmosfera. Também condiciona se a água de fusão escoa ou se fica retida em poças à superfície.
“Se as algas estiverem a viver em gelo colunar em vez de gelo granular, então existem condições bastante diferentes para receberem o alimento e os nutrientes”, afirmou Golden.
No gelo granular, a vida torna-se muito mais difícil. É muito mais complicado reter nutrientes, e outros organismos - como vírus, bactérias e nemátodes - enfrentam o mesmo obstáculo.
As muitas formas de gelo marinho
Há anos que os cientistas sabem que o gelo marinho não é apenas água do mar congelada. Funciona mais como um material composto: o gelo puro forma a estrutura principal, enquanto a salmoura líquida fica aprisionada no seu interior.
“A geometria, a conectividade e a fracção volumétrica destas inclusões dependem drasticamente da temperatura”, disse Golden.
“A forma como o fluido se organiza dentro do gelo depende fortemente da estrutura policristalina. Por outras palavras, as condições em que o gelo se forma são a principal diferença entre gelo colunar e gelo granular.”
O gelo colunar tende a formar-se em condições mais calmas, quando os cristais conseguem crescer de forma mais organizada. Já o gelo granular desenvolve-se com maior probabilidade em ambientes mais agitados e turbulentos, comuns em certas zonas da Antártida.
Com a mudança do clima, o gelo marinho está a tornar-se mais fino, mais jovem e, em muitos locais, mais granular. Isso significa que a sua “canalização” interna também está a mudar.
O novo estudo defende que esta transformação não pode ser tratada como um pormenor. A estrutura microscópica do gelo marinho pode acabar por influenciar processos muito maiores em todo o sistema polar.
Como o gelo permite o movimento de fluido
No centro desta questão está a capacidade do gelo marinho deixar os fluidos atravessarem-no - conhecida como permeabilidade. Quando os bolsos de salmoura estão conectados, a água do mar e os nutrientes dissolvidos podem deslocar-se pelo gelo. Quando não estão, o gelo comporta-se mais como uma parede.
Essa diferença afecta a base da cadeia alimentar associada ao gelo marinho, porque as algas e outros organismos microscópicos dependem dessas vias para sobreviver. Também condiciona processos físicos de maior escala.
O gelo granular tem uma estrutura de permeabilidade muito distinta, o que altera a forma como os fluidos circulam no seu interior. Isto é relevante para a reposição de nutrientes, para a produção de gelo-neve na Antártida e para a evolução das poças de degelo no Ártico.
Quando o gelo começa a escoar
O momento em que o movimento de fluidos se inicia é decisivo - define quando os nutrientes deixam de circular ou voltam a circular, quando as poças de degelo drenam e quando a água do mar pode percolar para cima, inundar a superfície e voltar a congelar.
Cerca de um quarto do manto de gelo da Antártida forma-se por este modo granular, e o facto de o gelo ser granular ou colunar pode influenciar a quantidade de gelo produzida.
Trabalhos anteriores de Golden ajudaram a estabelecer a “Regra dos Cincos” para o gelo marinho colunar, segundo a qual a permeabilidade começa por volta de 5 percent de porosidade - tipicamente perto de 23°F (-5°C) com salinidade próxima de 5 partes por mil. No gelo granular, contudo, essa regra deixa de se aplicar.
Um caminho mais difícil para o CO2
Golden suspeitava há anos que o gelo granular teria um limiar mais elevado. Com o tempo, observações no terreno foram apontando nessa direcção, sobretudo à medida que o gelo granular se tornava mais comum no Ártico.
O novo artigo nasceu de medições feitas na Antártida durante investigação a bordo do navio australiano Aurora Australis. Essas observações mostraram que, abaixo do limiar de 10 percent de porosidade, os bolsos de salmoura no gelo granular permanecem demasiado desconectados para que haja fluxo.
Esta conclusão tem implicações mais amplas. Se os gases circularem com maior dificuldade através do gelo, as trocas entre oceano e atmosfera podem ser alteradas. E, se a água de fusão à superfície não drenar tão bem, poderá manter-se acumulada durante mais tempo.
“No gelo granular, é mais difícil o CO2 mover-se através do gelo”, disse Golden. “Existem condições diferentes para se obter transporte para cima ou transporte para baixo. Isso também é importante para as criaturinhas microbianas.”
Mais poças, mais degelo
Um dos efeitos indirectos mais claros pode estar relacionado com as poças de degelo. Estas acumulações de água formam-se no topo do gelo marinho durante períodos mais quentes e de fusão.
Se o gelo por baixo for permeável, parte dessa água consegue drenar. Se não for, as poças podem permanecer e expandir-se.
Isto é relevante porque o gelo claro reflecte bem a luz solar, enquanto as poças de degelo, mais escuras, absorvem muito mais calor. Quanto mais água ficar estagnada à superfície, menor é o albedo do gelo. Como consequência, o gelo absorve mais energia e aquece mais.
“O albedo da superfície pode ser muito diferente porque se pode ter 60 percent de cobertura versus 40 percent de cobertura, dependendo da capacidade de drenagem”, disse Golden.
Em termos simples, a maior presença de gelo granular pode dificultar a fuga da água de degelo, permitindo que mais calor seja absorvido e potencialmente acelerando a fusão.
Assim, o futuro do gelo marinho pode depender não só de quanto gelo resta, mas também do tipo de gelo. Uma mudança na microestrutura pode parecer um detalhe minúsculo; no mundo polar, porém, pode influenciar desde a vida microbiana até ao ritmo de perda de gelo.
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