Investigadores descubrieron por qué el hielo marino del Ártico se mueve de forma tan extraña

El hielo marino en el Ártico no siempre se desplaza de la manera que los modelos de viento predicen. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de California - Riverside sugiere que un proceso simple, pero a menudo pasado por alto, podría ayudar a explicar esta anomalía: las colisiones entre los témpanos de hielo.

Los hallazgos podrían mejorar las proyecciones sobre el movimiento del hielo marino en el Ártico, que continúa calentándose. La investigación, publicada en Physical Review Letters, fue liderada por Bryan Shaddy, exalumno de la UC Riverside y actualmente en la Universidad del Sur de California, junto con el científico de materiales Alex Greaney y Bhargav Rallabandi, profesor asociado de ingeniería mecánica en la UC Riverside.

El hielo marino ártico está formado por témpanos en movimiento. En lugar de formar una sola placa continua, el hielo marino del Ártico se divide en losas separadas conocidas como témpanos, que pueden variar desde varios metros hasta varios kilómetros de ancho. El viento empuja estos témpanos sobre el océano, haciendo que se desplacen y se separen lentamente. Aunque el viento es una de las principales fuerzas que controlan el movimiento del hielo marino, las observaciones han demostrado que no puede explicar todo.

El hielo a menudo se desplaza a velocidades que los modelos simples basados en el viento no predicen. Además, se extiende por el océano mucho más lentamente de lo que esos modelos sugieren. Los científicos han propuesto varias explicaciones posibles, incluyendo comportamientos inusuales del viento, remolinos oceánicos y grietas en el hielo. Sin embargo, la nueva investigación sugiere que muchos de estos patrones desconcertantes pueden explicarse en cambio por un proceso básico: las colisiones entre los témpanos vecinos.

Simulando un campo de hielo abarrotado. Para probar esta idea, los investigadores crearon un modelo por computadora que trata el hielo flotante de manera similar a los granos que se mueven a través de un silo. La principal diferencia es que estos granos flotan sobre el agua y son empujados por vientos turbulentos. La simulación incluye la resistencia del océano, así como colisiones repetidas entre los témpanos.

Los investigadores compararon el modelo con mediciones reales del Estrecho de Fram, un pasaje entre Groenlandia y el archipiélago noruego de Svalbard. Grandes cantidades de hielo marino ártico se desplazan a través de esta región en su camino hacia el océano Atlántico. Utilizando condiciones locales de viento y hielo, junto con un solo parámetro adicional que tuvo poco efecto en el resultado general, el modelo logró reproducir con éxito tres observaciones que anteriormente habían sido difíciles de explicar.

El modelo coincidió con la velocidad a la que se extiende el hielo marino, el rango de velocidades a las que se mueven los témpanos individuales y la forma en que el movimiento del hielo cambia a lo largo de períodos que van desde horas hasta días.

Por qué las colisiones son tan importantes. Las colisiones tienen un efecto significativo porque el hielo marino del Ártico puede volverse muy denso. En campos de hielo densos, los témpanos individuales chocan con piezas cercanas mucho más a menudo de lo que el viento cambia. Cada colisión elimina parte de la energía proporcionada por el viento y reduce la distancia que puede recorrer un témpano antes de chocar con otro trozo de hielo. Este constante movimiento ayuda a explicar por qué el hielo marino no simplemente sigue acelerando y extendiéndose en respuesta al viento.

Los hallazgos podrían eventualmente mejorar las predicciones sobre el transporte de hielo marino a medida que las condiciones árticas evolucionan. Tanto la cantidad de océano cubierto por hielo como el tamaño de los témpanos individuales influyen en la frecuencia de las colisiones. A su vez, esas colisiones afectan la rapidez con que el campo de hielo puede extenderse. Este nuevo marco conecta estas pequeñas interacciones locales con el movimiento que ocurre en áreas mucho más grandes.

Una posible herramienta para los modelos climáticos. El estudio no determina exactamente cómo el calentamiento futuro cambiará la ubicación del hielo marino ártico. Sin embargo, Rallabandi mencionó que el modelo podría ayudar a los científicos a investigar cuestiones como si las condiciones cambiantes del hielo podrían permitir que los témpanos se separen más fácilmente y entren en aguas más cálidas, donde podrían derretirse más rápido.

El trabajo también podría resultar útil para la modelización climática. Los modelos climáticos globales no pueden seguir cada uno de los numerosos témpanos relativamente pequeños que cubren el Ártico. En cambio, los científicos necesitan formas de representar su comportamiento combinado. Un modelo basado en la física de cómo interactúan los témpanos podría ayudar a capturar procesos que de otro modo serían demasiado pequeños para seguir individualmente.

Para Rallabandi, uno de los aspectos más importantes del estudio es que un proceso físico relativamente simple puede explicar el complicado movimiento observado en el mundo real.

Física que se extiende más allá del hielo marino. Los mismos principios pueden aplicarse a sistemas mucho más allá del Ártico. Cualquier situación que involucre muchos objetos que colisionan mientras son empujados por una fuerza impredecible podría comportarse de manera similar. Los investigadores mencionaron posibles aplicaciones en avalanchas, deslizamientos de tierra, ciencia de materiales y tintas llenas de partículas utilizadas en impresión 3D.

El modelo no está restringido al hielo. Solo necesita una fuente de fuerza ruidosa y los objetos en movimiento deben experimentar colisiones.

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