Es posible que la retirada de la capa de hielo de la Antártida ya haya superado un punto crítico de inflexión Es posible que el derretimiento de la capa de hielo antártica ya haya pasado un punto sin retorno, según un nuevo estudio, y los científicos dicen que podría contribuir al aumento del nivel del mar en los próximos siglos y posiblemente milenios. El estudio, publicado de la noche a la mañana en Nature Communications y escrito en coautoría por la Dra. Zoë Thomas y el profesor Chris Turney de UNSW Sydney, utilizó datos geológicos de la Antártida combinados con modelos informáticos y análisis estadísticos para comprender cómo los cambios recientes se comparan con los del pasado hace miles de años. “Nuestro estudio revela que en épocas del pasado, cuando la capa de hielo se retiró, los períodos de rápida pérdida de masa 'se activaron' muy abruptamente, en solo una década o dos”, dice el Dr. Thomas. “Curiosamente, después de que la capa de hielo continuó retrocediendo durante varios cientos de años, se 'apagó' nuevamente, lo que también tomó solo un par de décadas”. El Dr. Thomas dice que la capa de hielo de la Antártida pasó por muchos de estos episodios de encendido / apagado, cada vez contribuyendo al aumento global del nivel del mar a medida que el mundo se calentaba al final de la última edad de hielo, hace unos 20.000 años. Los hallazgos de los investigadores confirman el modelado informático que había indicado que la capa de hielo en disminución había pasado un punto de inflexión crítico que conducía a la pérdida irreversible de partes de la capa de hielo por debajo del nivel del mar. “Ya hemos observado durante las últimas dos décadas que la capa de hielo de la Antártida ha comenzado a perder hielo repentinamente, lo que ha contribuido al aumento del nivel del mar en todo el mundo”, dice el profesor Turney. "Pero los datos satelitales que muestran esta aceleración solo se remontan a unos 40 años, por lo que necesitábamos registros más largos para poner este cambio en contexto". Buscando pistas Los investigadores examinaron los sedimentos arenosos liberados por el derretimiento de los icebergs que se asentaron en el lodo en el fondo del mar en busca de pistas sobre la historia de las fases de retroceso y crecimiento de la capa de hielo. Al contar las cantidades de este sedimento transportado por un iceberg a través del núcleo, los científicos pudieron identificar ocho fases con grandes cantidades de escombros que interpretaron como fases de retirada de la capa de hielo antártica. Cada fase mostró el mismo patrón: el hielo hoja se desestabilizó en una década, contribuyó al aumento global del nivel del mar durante siglos a un milenio, y luego se volvió a estabilizar con la misma rapidez. Combinando el registro de sedimentos con modelos informáticos del comportamiento de la capa de hielo, el equipo demostró que cada episodio de mayor desprendimiento de iceberg reflejaba una mayor pérdida de hielo del interior de la capa de hielo, no solo cambios en las plataformas de hielo que ya flotaban. El profesor Nick Golledge de Te Puna Pātiotio, el Centro de Investigación Antártica en Te Herenga Waka, Universidad Victoria de Wellington, dirigió el modelado de la capa de hielo. "Descubrimos que los eventos de desprendimiento de icebergs en escalas de tiempo de varios años eran sincrónicos con la descarga de hielo en tierra de la capa de hielo antártica", dice.
Señales de advertencia Luego, la Dra. Thomas aplicó métodos estadísticos a los resultados del modelo para ver si se podían detectar señales de alerta temprana para los puntos de inflexión en el sistema de la capa de hielo. Sus análisis confirmaron que los puntos de inflexión efectivamente existían. “Si solo se necesita una década para volcar un sistema como este, eso es bastante aterrador porque si la capa de hielo antártica se comporta en el futuro como lo hizo en el pasado, debemos estar experimentando el vuelco ahora mismo”, dice ella. El autor principal, el Dr. Michael Weber, del Instituto de Geo ciencias de la Universidad de Bonn, dirigió el equipo que recuperó núcleos de sedimentos del Océano Austral. “Nuestros hallazgos son consistentes con un creciente cuerpo de evidencia que sugiere que la aceleración de la pérdida de masa de hielo antártico en las últimas décadas puede marcar el comienzo de un período auto sostenible e irreversible de retroceso de la capa de hielo y aumento sustancial del nivel del mar global”, dijo. “Se desconoce cuándo podríamos ver la eventual estabilización de la capa de hielo, porque dependerá significativamente de cuánto se produzca el calentamiento climático futuro”. Inicio y finalización a escala decenal de la pérdida de masa de hielo antártico durante la última desglaciación El modelado de la capa de hielo emergente sugiere que una vez iniciado, el retroceso de la capa de hielo de la Antártida (AIS) puede continuar durante siglos. Desafortunadamente, el breve registro de observación no puede resolver los puntos de inflexión, la tasa de cambio y la escala de tiempo de las respuestas. Los datos de escombros de Iceberg-rafting de Iceberg Alley identifican ocho fases de retirada después del Último Máximo Glacial que desestabilizaron el AIS en una década, lo que contribuyó al aumento global del nivel del mar durante siglos a un milenio, que posteriormente se volvió a estabilizar con la misma rapidez. Esta respuesta dinámica del AIS está respaldada por (i) un registro de hielo azul de la Antártida Occidental de caída de la elevación del hielo> 600 m durante tres eventos de retroceso de este tipo relacionados con pulsos de agua de deshielo deglaciares reconocidos mundialmente, (ii) retroceso escalonado hasta 400 km a través de la plataforma del Mar de Ross, (iii) modelado independiente de la capa de hielo, y (iv) análisis del punto de inflexión. Nuestros hallazgos son consistentes con un creciente cuerpo de evidencia que sugiere que la reciente aceleración de la pérdida de masa AIS puede marcar el comienzo de un período prolongado de retroceso de la capa de hielo y un aumento sustancial del nivel del mar global. Introducción Descifrar los cambios pasados del nivel del mar durante los tiempos de calentamiento climático natural puede ser útil para comprender las consecuencias del calentamiento climático inducido por el hombre actual y futuro. Aquí, el papel de la capa de hielo de la Antártida (AIS) como la capa de hielo más grande que queda en la Tierra es crucial, pero sigue siendo poco conocido. La evolución futura del AIS representa la mayor incertidumbre en las proyecciones del nivel del mar de este siglo y los próximos. La capa de hielo de la Antártida occidental (WAIS) tiene un equivalente de 4,3 m de aumento medio global del nivel del mar (GMSLR), de los cuales 3,4 m descansan sobre un lecho por debajo del nivel del mar actual. La cuenca marina de Wilkes Land de la capa de hielo de la Antártida oriental (EAIS), que tiene un GMSLR equivalente a entre 3 y 4 m, también tiene sectores expuestos a la inestabilidad de la capa de hielo marina que tienen el potencial de descargar hielo durante siglos a milenios.
El derretimiento de la plataforma de hielo basal inducido por el calentamiento del océano se ha identificado como un desencadenante clave de la inestabilidad de la capa de hielo marino, lo que lleva a un mayor flujo de hielo a través de la línea de conexión a tierra. Invocando procesos adicionales como la hidrofractura y la falla de los acantilados de hielo, las contribuciones del nivel del mar del AIS podrían ser de hasta ~ 1 m para el año 2100 y de hasta ~ 16 m para el año 2500 en escenarios de emisiones más altas de CO2. Sin embargo, una reevaluación reciente muestra que estos mecanismos no son necesariamente necesarios para explicar la pérdida de masa histórica y geológica. Los modelos que no incluyen ellos tienen una proyección GSLR más modesto para la 21 st siglo con una contribución AIS de sólo 10-20 cm, bajo vía de concentración representante 8,5. La evidencia geológica puede proporcionar el ritmo, el momento y la fuente de contribuciones anteriores del AIS y, por lo tanto, ofrecer un contexto para estos cambios futuros previstos. Para el Holoceno medio a tardío, el nivel del mar puede considerarse más o menos estable, con fluctuaciones de escala decimétrica. El calentamiento natural que siguió a la última Edad de Hielo, la desglaciación, duró desde hace ~ 19.000 a ~ 8.000 años y estuvo acompañado por un GMSLR de hasta 134 m. El nivel del mar no se elevó uniformemente sino en distintos pulsos de agua de deshielo (MWP) como MWP-19K, MWP-1A, cuando el nivel del mar aumentó ~ 16 m durante ~ 360 años Y MWP-1B. Dado que el AIS probablemente contribuyó a estos períodos de rápido aumento del nivel del mar, y dado que el futuro colapso del AIS podría ser sustancial, acercándose a las tasas de deglaciación, estudiar los procesos de descomposición del hielo durante la última deglaciación en archivos de datos prístinos puede ser extremadamente valioso para comprender mejor el presente estado y rumbo futuro del AIS. Durante la desglaciación, el AIS podría haber perdido masa de hielo en respuesta a tres impulsores ambientales globales o una combinación de los mismos: calentamiento del océano subsuperficial, calentamiento atmosférico debido a las teleconexiones con el Pacífico ecuatorial o forzamiento del nivel del mar a través de la pérdida de masa de la capa de hielo del hemisferio norte. Un océano subsuperficial que se calienta (en ~ 500-1500 m de profundidad del agua) ha sido aceptado como un importante mecanismo causal para desestabilizar el AIS tanto en el presente como en el pasado. En este modelo, las variaciones inducidas por el agua dulce en la formación de aguas profundas regulan la circulación de vuelco meridional del Atlántico y el transporte de calor relacionado hacia el hemisferio sur. Como consecuencia de la reducción de la mezcla vertical en el Océano Austral circunantártico, el afloramiento de aguas profundas Circumpolar no pierde su calor a la atmósfera con tanta eficacia, lo que intensifica el transporte de calor subterráneo y la intrusión debajo de las plataformas de hielo antártico, donde contribuye a derretir el AIS. El balance de masa de la superficie del AIS está influenciado por las teleconexiones atmosféricas como el Modo Anular Sur y la Oscilación El Niño-Sur en la actualidad. Aunque estas relaciones no se comprenden bien para la desglaciación, los cambios en las temperaturas de la superficie del mar del Pacífico tropical podrían haber inducido cambios en el balance de masa superficial de las capas de hielo del hemisferio norte y, por lo tanto, probablemente fueron importantes para el crecimiento y la retirada de su último máximo glacial (LGM) extensión. Para el AIS, sin embargo, tales tele conexiones no conducirían a cambios sustanciales en el balance de masa de la superficie para el final del LGM debido a la diferente configuración de la capa de hielo y al clima más frío, lo que conduciría a un balance de masa de hielo ligeramente positivo durante las operaciones impulsadas por ENSO aumento de la temperatura porque no se traspasaría el umbral de descongelación. Está bien establecido que el hundimiento del lecho rocoso debajo del AIS y / o el aumento del nivel del mar en su borde juegan un papel crítico en impulsar el retroceso de la línea de tierra o prohibir el crecimiento del AIS, y a la inversa, que un descenso del nivel del mar o un levantamiento del lecho rocoso se revierten. -estabiliza la línea de conexión a tierra, reduce la pérdida de hielo o promueve el avance de la línea de conexión a tierra.
Los nuevos modelos de capa de hielo que están acoplados a un modelo global del nivel del mar muestran que la dinámica del AIS se amplifica por el forzamiento del nivel del mar en el hemisferio norte, lo que sugiere un mayor volumen de AIS durante el LGM en relación con los modelos sin esta interacción, y una respuesta dinámica del AIS durante la desglaciación que está en línea con los períodos de rápido aumento del nivel del mar (MWP) y los conjuntos de datos geológicos presentados aquí. A pesar de la creciente evidencia de la inestabilidad actual y futura del AIS, y de las crecientes preocupaciones sobre el GMSLR, hasta hace poco no ha habido un registro individual que combine el ritmo, el tiempo y la magnitud de la pérdida de masa del AIS pasada para proporcionar restricciones esenciales para las proyecciones del futuro AIS evolución. Sin embargo, recientemente se han fechado múltiples eventos de pérdida de masa AIS para la desglaciación utilizando sincronizaciones de clima y polvo entre núcleos marinos y núcleos de hielo (ref, Métodos). Estos eventos, denominados eventos de descarga de la capa de hielo antártica (AID), duraron de siglos a milenios y están documentados en sedimentos de las profundidades del océano en el Iceberg Alley del mar de Escocia. La mayoría de los icebergs antárticos atraviesan el Iceberg Alley después de partirse del margen antártico y viajar en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de la Antártida (Fig.1). Las tasas de derretimiento permanecen bajas dentro de la fría Corriente Costera Antártica hasta que se alcanza la Corriente Circumpolar Antártica más cálida, después de lo cual los icebergs se ablandan rápidamente y liberan sus escombros en balsa de iceberg (BIRF) en este cementerio de icebergs. Aunque la mayoría de los desechos más gruesos se liberan del hielo basal cargado de sedimentos cerca de la línea de conexión a tierra, el BIRF englacial de grano fino viaja lejos y es la fracción de tamaño dominante (1–2 mm de diámetro) que se encuentra en los sitios de sedimentos del Iceberg Alley. Dado que los icebergs representan aproximadamente la mitad de la pérdida total de masa AIS, el registro del BIRF de Iceberg Alley proporciona una reconstrucción sensible y casi continua de la dinámica AIS mediante la captura de una señal integrada de pérdida de masa AIS. Fig. 1: Mapa de ubicación y trayectorias de iceberg.
Mapa batimétrico con relieve sombreado en color DEM y mapa base antártico (IBSCO / GEBCO08). Los sitios MD07-3133 y MD07-3134 (estrellas blancas) están ubicados en el Iceberg Alley de Scotia Sea. El patrón rojo subyacente muestra las trayectorias de grandes icebergs (≥5 km de longitud) que se desprenden de las plataformas de hielo de la Antártida entre 1999 y 2009. Las flechas marrones indican la deriva circun-antártica general de los icebergs que siguen principalmente el flujo en sentido anti horario de la corriente costera antártica (ACoC). Las plataformas de hielo flotantes están etiquetadas en texto marrón (FRIS, plataforma de hielo Filchner-Ronne; RIS, plataforma de hielo Ross; AMIS, plataforma de hielo Amery). Los sitios antárticos a los que se hace referencia en este estudio se muestran mediante estrellas negras (EDML, núcleo de hielo Epica Dronning Maud Land; EDC, núcleo de hielo EPICA Dome C; PH, campo de hielo azul Patriot Hills; WDB, Whales Deep Basin, mar de Ross). Los vientos occidentales del hemisferio sur (SHW) indican a la Patagonia como la principal fuente de polvo y al Iceberg Alley en su trayectoria directa. El flujo en el sentido de las agujas del reloj de la Corriente Circumpolar Antártica (ACC) se indica mediante flechas azules claras abiertas. En este estudio, nos basamos principalmente en los registros publicados del BIRF de los sitios MD07-3133 y MD07-3134 del Iceberg Alley y usamos el momento y la magnitud de los eventos de AID deglacial para descifrar el ritmo de desestabilización y re estabilización del AIS. Sin embargo, en lugar de utilizar la escala de edad original que se basa en el núcleo de hielo EPICA Dronning Maud Land (EDML) , se aplicó la escala de edad más reciente de AICC 2012, que se basa en la correlación inter-hemisférica de metano. Esta escala de edad permite la comparación directa de los eventos climáticos documentados en los núcleos de hielo de ambos hemisferios y recientemente también se ha utilizado para comparar los eventos de la capa de hielo del hemisferio norte con nuestros eventos de AID. Además, contamos cuidadosamente todas las transiciones del BIRF que conducen a un evento de AID y lo salen de él utilizando la nueva cronología. Para obtener detalles sobre el modelo de edad, la resolución estratigráfica del muestreo y las incertidumbres subyacentes y los procedimientos de recuento del BIRF, consulte la ref. y métodos. Comparamos este registro de descarga de hielo en alta mar con datos isotópicos y cronológicos publicados de un campo de hielo azul en Patriot Hills, un área sensible al adelgazamiento de la capa de hielo, y con un novedoso transecto de núcleo marino poco profundo a través de la plataforma del Mar de Ross para inferir el historial de retroceso de la línea de conexión a tierra deglacial. Luego usamos la salida del nuevo modelo de experimentos previos del modelo de capa de hielo para examinar el papel y el momento del parto en relación con la pérdida total de masa de hielo. Finalmente, analizamos los registros del BIRF y los resultados del modelo de capa de hielo para detectar signos tempranos de desestabilización y re estabilización mediante análisis de puntos de inflexión. Resultados y discusión Inicio y finalización a escala decenal de la pérdida de masa de hielo deglacial El registro de sedimentos de Iceberg Alley indica múltiples fases de enrutamiento mejorado de iceberg durante la última desglaciación que comenzó y terminó abruptamente, y duró desde siglos hasta un milenio. Tres de los ocho eventos de AID ocurrieron en momentos conocidos de eventos de MWP globales (Fig. 2): AID8 (~ 20-19 ka) como evento precursor alrededor de MWP-19K; AID6 (~ 15-13,9 ka) que constituye el pico de desglaciación de AIS alrededor de MWP-1A; y AID2 (~ 11,3 ka) en el momento de MWP-1B.
Fig. 2: Comparación del modelo de datos de la capa de hielo deglacial y los eventos a nivel del mar.
Una pila Deglacial de escombros en balsa de iceberg (BIRF) del Iceberg Alley con eventos de descarga de capa de hielo antártica (AID) 1 a 8 en la escala de edad AICC 2012, promediado en incrementos de 100 años, y la posición estratigráfica del agua de deshielo pulsos (MWP) 19K, MWP-1A y MWP-1B. b Historia de la pérdida de masa regional en toda la Antártida a partir de experimentos de modelado de capas de hielo deglaciales, agrupados en intervalos de 200 años y codificados por colores para diferentes sectores del AIS. Tenga en cuenta que los valores que se muestran representan la pérdida de masa neta de la capa de hielo. CHistoria del retroceso deglacial del WAIS, inferida de un transecto central a través de la plataforma del Mar de Ross. d Cambios de elevación deglaciares para el sector del mar de Weddell del AIS, inferidos de las mediciones de isótopos δD en un núcleo de hielo de Patriot Hills; la línea negra indica la media móvil de 2 puntos; la línea verde se suaviza. Inversión del frío antártico ACR. YD Dryas más joven. Tenga en cuenta que las reconstrucciones simuladas y empíricas muestran similitudes sorprendentes (dentro de las incertidumbres de edad) con respecto a los eventos de AID y el MWP global, aunque todos los modelos de edad individuales subyacentes se generaron de forma independiente. El modelo de edad en la nueva cronología AICC 2012 (Fig. 1complementaria) permite restricciones estrictas sobre el tiempo, el ritmo y la duración del retroceso de la capa de hielo deglacial. Los eventos de AID de Iceberg Alley indican períodos de pérdida de masa de hielo sustancialmente mejorada, que duraron 250-1160 años (Fig. 3) con incertidumbres de 20-190 años para su duración, respectivamente. Los períodos intermedios estables duraron de 190 a 2090 años con incertidumbres de 20 a 140 años, respectivamente. Curiosamente, la duración de las ocho fases deglaciares de la desestabilización de la capa de hielo inferida de los eventos de AID (~ 710 años en promedio; ~ 5700 años en total) es aproximadamente la misma que la duración de la re estabilización de la capa de hielo deglacial (~ 680 años en promedio; ~ 5400 años en total). Fig. 3: Ritmo y duración de los eventos de AID.
Pila de escombros desglaciados en balsa de iceberg (BIRF) de Iceberg Alley con eventos de descarga de capa de hielo antártico AID1–8, muestreados en incrementos de 10 años en los sitios MD07-3133 y MD07-3134 y apilados (curva negra), así como mostrados en relación con Promedio del Holoceno en incrementos de 500 años (histograma gris) en la escala de edad AICC 2012. Los eventos de AID 1 a 8 (barras marrones) desestabilizaron el AIS en 10 a 30 años (números azules) y continuaron retrocediendo durante 250 a 1160 años (números negros).
La re estabilización consecutiva del AIS tomó de 10 a 40 años (números naranjas) y se mantuvo durante 190 a 2090 años (números verdes). Los números entre paréntesis indican un error 2-sigma durante la duración de los eventos de AID. Tenga en cuenta que el verdadero ritmo de desestabilización de AIS podría ser de menos de una década según el sitio MD07-3133 de mayor resolución. A la luz de la nueva cronología, el registro del BIRF se volvió a contar para el inicio y el final de todos los eventos de AID para establecer la rapidez con la que se produjeron cambios importantes en la pérdida masiva de AIS. Los resultados muestran que los eventos de AID se iniciaron y terminaron extremadamente rápido (números azul y naranja en la Figura 3, respectivamente), lo que indica el comportamiento de umbral que se encuentra típicamente en las capas de hielo. En la mayoría de los casos, el flujo de desechos aumentó de niveles de fondo bajos a valores altos dentro de una sola muestra y la disminución ocurrió con la misma rapidez. Estas rápidas transiciones de contenido de BIRF bajo a alto y de alto a bajo forman la base de nuestra clasificación de eventos de AID asignada manualmente. El intervalo de conteo fue de 1 cm, lo que se traduce en una resolución de 8 a 17 años para AID1 a 8, según el intervalo de tiempo y el núcleo. Para el núcleo MD07-3133, la resolución fue de ~ 8 años / cm para la mayor parte de la desglaciación, mientras que en su mayoría fue de ~ 14 años / cm para el núcleo MD3134. Teniendo en cuenta el AID1–8 del registro acumulado del BIRF, que representa una respuesta regional a mayor escala a los cambios en la capa de hielo, se necesitaron, en promedio, 17 años para iniciar la pérdida de masa del AIS y 22 años para volver a estabilizar el AIS (Figura 3). El análisis de los dos sitios individualmente, lo que indica cambios locales en la capa de hielo y evita posibles desajustes en el apilamiento de los registros, reduce estos números promedio a 13 y 12 años, respectivamente. Por lo tanto, para descifrar el verdadero ritmo del cambio, confiamos en el Sitio MD07-3133 debido a la mayor tasa de sedimentación. Aquí, la resolución de la muestra de 8 años indica que la mayoría de los eventos de AID tardaron una década o menos en iniciarse y terminar. Esto implica que podría haber tomado sustancialmente menos de una década acelerar y ralentizar la pérdida de masa del AIS durante la desglaciación y que el verdadero ritmo de cambio solo podría abordarse con un sitio con una tasa de sedimentación aún mayor. Debemos agregar que las incertidumbres relativas de solo varias décadas para los múltiples eventos de SIDA que han durado un siglo dar más crédito a la solidez de las cifras anteriores. Curiosamente, el inicio y la terminación a escala decenal de la pérdida de masa AIS es constante en los ocho eventos de AID deglacial, independientemente de las condiciones cambiantes del medio ambiente, el nivel del mar y la línea de puesta a tierra. El reconocimiento de una dinámica AIS tan rápida es un hallazgo novedoso importante que es relevante para la interpretación de cambios abruptos recientes en el AIS descubiertos por observaciones satelitales y estudios de modelado. Debemos tener en cuenta que es poco probable que haya un retraso significativo entre la liberación del iceberg del AIS y el depósito en el Iceberg Alley. Además, no hay ninguna razón a priori por la que el lapso de tiempo entre la liberación del iceberg y la deposición del BIRF deba haber variado sustancialmente a través de la desglaciación porque los principales procesos involucrados muestran poca sensibilidad a la variabilidad climática, es decir, las posiciones de la Corriente Circumpolar Antártica (ACC), la Corriente Costera Antártica (ACoC) y la Divergencia Antártica, así como la Fuerza de Coriolis. Además, mecanismos importantes como el forzamiento térmico de los océanos o la variabilidad del hielo marino no afectan significativamente el transporte de icebergs. Por lo tanto, estos procesos actuales probablemente operaron de una manera más o menos similar durante la desglaciación. Para más información ver ref. y métodos. Evidencia de núcleos de hielo y núcleos marinos de la capa de hielo de la Antártida occidental El conocimiento de la respuesta del AIS a los cambios climáticos pasados se basaba anteriormente en solo unas pocas secuencias cortas de sedimentos de campo cercano, lo que limitaba nuestra comprensión de las retroalimentaciones dominantes entre el AIS, el clima del hemisferio sur y del hemisferio norte y el nivel global del mar.
La mayoría de las secuencias antárticas marinas y terrestres poco profundas no se pueden fechar adecuadamente, revelan solo la etapa final del retroceso del hielo o resuelven solo las respuestas locales al forzamiento climático, lo que deja mucho espacio para la especulación. Dichos archivos marinos y terrestres poco profundos apuntaban a un AIS bastante estable que principalmente se desglaciaba tarde, en la época posterior al MWP-1A hasta el Holoceno tardío con contribuciones menores al GMSLR deglacial (p. Ej., Refs.). Sin embargo, nuestro reconocimiento de un AIS altamente dinámico que se desglació temprano y sustancialmente a partir de AID 7 a ~ 17 ka, está en línea con un calentamiento deglacial y un retroceso del hielo marino en toda la Antártida inferido de los núcleos de hielo, así como con un aumento de surgencia en el Océano Austral y un desplazamiento general hacia el sur de los vientos del Oeste del Hemisferio Sur. Además, encontramos pruebas claras de la desglaciación temprana en archivos nuevos e inmaculados de la plataforma y el continente antárticos. Primero, el campo de hielo azul de Patriot Hills, por ejemplo, forma un sistema de glaciares compuestos de origen local (es decir, con un flujo de entrada insignificante) que está reforzado por el Institute Ice Stream a través de Horseshoe Valley Trough. El modelado de la capa de hielo demuestra que esta área es muy sensible a los cambios dinámicos de la capa de hielo en la ensenada más amplia del mar de Weddell y proporciona una medida independiente del cambio de elevación de la superficie AIS. Los datos isotópicos y las limitaciones cronoestratigráficas del afloramiento de Patriot Hills (Métodos) sugieren una caída de la elevación del hielo de 300 a 400 m para AID8 (MWP-19K; Fig. 2d), 600–800 m para AID6 (MWP-1A), y nuevamente 600–800 m para AID2 (MWP-1B). AID7, un evento sustancial de pérdida de masa de hielo de 17 a 15,5 ka durante la desglaciación temprana, no está documentado en el registro de Patriot Hills y, por lo tanto, es poco probable que se haya originado en la ensenada del mar de Weddell; tampoco hay evidencia para la mayoría de los eventos de AID más jóvenes (5-3). En segundo lugar, la primera cronología bien restringida para el retroceso de la línea de conexión a tierra deglacial para la plataforma oriental del Mar de Ross se desarrolló a partir de cuñas de sedimentos en Whales Deep Basin. Carbonato de cáscara de citas en una transecta núcleo reveló una retirada gradual de la WAIS en gran medida en fase con AID7 a AID2 (Fig. 2c), exhibiendo solamente retiro menor en AID6 (MWP-1A) y el mayor retiro individuo (~ 200 kilometros ) alrededor de AID2 (MWP-1B), con un retroceso total de la capa de hielo deglacial en el Mar de Ross de ~ 400 km. Los registros del Mar de Ross sugieren cambios en el margen de hielo en la Antártida durante los eventos de AID, más notablemente para AID6 y AID2 y MWP-1A y MWP-1B asociados, respectivamente. En tercer lugar, los modelos de capas de hielo para la desglaciació simulan el cambio de la masa de hielo AIS en respuesta a los cambios en las temperaturas del aire y del océano, la precipitación y el nivel medio global del mar. Aunque no se incluyó ningún mecanismo específico de partición de iceberg, la fase temporal de la pérdida de masa del AIS que surge de la combinación de forzamientos ambientales aplicados y la determinación independiente de la edad tiene una correspondencia extremadamente cercana a la fase, forma y magnitudes relativas de los flujos del BIRF registrados en Iceberg Alley (Figura 2a, b). Por ejemplo, tanto en el BIRF como en los datos del modelo, AID7 muestra un aumento gradual durante un milenio, seguido de una disminución más abrupta. AID6 exhibe un inicio muy abrupto con una reducción más gradual a AID4. El hecho de que los acontecimientos de AID se producen durante los tiempos de los tres los PI globales deglacial (Fig.2a) que están parcialmente también representado en el modelo de capa de hielo (Fig. 2b), el este de historia retiro mar de Ross (Fig.2c), y el La reducción de elevación de Patriot Hills (Fig.2d) claramente aboga por una contribución gradual del AIS al GMSLR global. Teniendo en cuenta que las incertidumbres globales de edad en cronologías deglacial son hasta un milenio (Suplementario fig. 1), estas comparaciones sugieren cambios de hielo margen casi síncronos a través de muchos sectores de la AIS, al menos durante los principales pulsos de agua de deshielo, aunque la magnitud del cambio puede haber variado sustancialmente de una región a otra.
Pérdida de masa de hielo en la línea de conexión a tierra: una perspectiva de modelado Los cambios en el flujo del BIRF registrados en Iceberg Alley deben ser indicativos de cambios en la tasa de partos y, por lo tanto, están estrechamente relacionados con el momento en que se producen los eventos de pérdida de masa de la capa de hielo aterrizada. Para probar esto, utilizamos simulaciones AIS que fueron optimizadas sistemáticamente para producir tasas de parto, derretimiento basal, balance de masa superficial y pérdida de masa total que reproducen observaciones durante el período de observación satelital de 40 años. Este modelo fuertemente restringido ahora nos permite explorar con confianza la relación temporal entre el desprendimiento de iceberg y la tasa de pérdida de hielo en tierra, porque captura de manera confiable cada uno de los mecanismos clave que controlan el balance de masa de la capa de hielo. Además, podemos hacer esto con una resolución anual. Primero calculamos los coeficientes de correlación entre las tasas modeladas de parto y las tasas de cambio de volumen de hielo en tierra, y entre el derretimiento basal y el cambio de volumen de hielo en tierra. Esto se realiza en salidas anuales linealmente sin tendencia, y en una versión filtrada de 10 años de estas (Fig.4a, b). El parto parece estar (ligeramente) más fuertemente correlacionado con el cambio del volumen de hielo en tierra en 1 año que en 10 años, mientras que el deshielo basal tiene una correlación mucho más fuerte a los 10 años. Para investigar si existen adelantos o retrasos entre la pérdida de masa de hielo con conexión a tierra y las tasas de partición o derretimiento de la plataforma de hielo basal, a continuación calculamos las correlaciones globales (es decir, una sola medida de la correlación entre el lapso completo de cada conjunto de dos series temporales que se compara, en lugar de que para un subconjunto particular de los datos) para valores enteros de adelanto / retraso desde cero hasta la mitad de la duración de la serie temporal (50 años). Para el parto, el mejor ajuste es cero retraso (Fig. 4c). Para el derretimiento basal, existe una relación mucho más fuerte si la pérdida de masa en realidad precede al derretimiento en 1 año (Fig. 4d), muy probablemente porque una mayor pérdida de masa conduce a un hielo más grueso o más extenso en el dominio flotante, produciendo un mayor derretimiento basal total. Finalmente, probamos si la aparente sincronía basada en correlaciones globales podría oscurecer las compensaciones que varían en el tiempo. El uso de un análisis de distorsión del tiempo dinámico (DTW) para calcular la distancia más corta entre los puntos en los conjuntos de datos correlacionados (Fig.4e, f ) muestra que los mejores ajustes entre el parto y la pérdida de la capa de hielo, y el derretimiento y la pérdida de la capa de hielo, son todos cercanos a la línea 1: 1, y donde se desvían, las compensaciones máximas son todas menos de una década.
Fig. 4: Relación modelada entre el desprendimiento de iceberg, el derretimiento de la sub-plataforma y el cambio en la masa de hielo en tierra.
a Correlación entre cambios linealmente sin tendencia resueltos anualmente e integrados en el dominio en la tasa modelada de pérdida de partos y la tasa de cambio del volumen de hielo en tierra (líneas tenues), y el mismo análisis para series de tiempo filtradas de 10 años de los mismos datos (líneas en negrita).
b El mismo análisis, pero que muestra correlaciones entre la tasa de fusión basal de la plataforma de hielo y el volumen de hielo en tierra. Las líneas tenues muestran datos anuales, las líneas en negrita muestran datos filtrados de 10 años. Tenga en cuenta que las líneas de colores en una y b tasa de elasticidad de cambio (en Gt / año) y se refieren al volumen total de hielo a tierra (ivolg), parto flujo (calv), y el flujo de sub-hielo de fusión estante (bmelt)
c Coeficientes de correlación para el parto y d derretimiento para un rango de magnitudes de adelanto y retraso, hasta 50 años e Análisis de distorsión de tiempo dinámico (DTW) que muestra un desplazamiento variable en el tiempo entre las correlaciones puntuales más fuertes del parto o el derretimiento de
f con el cambio de volumen de la capa de hielo. A partir de estos análisis, podemos concluir con cierta confianza que los cambios en la tasa de pérdida de hielo en tierra están estrechamente vinculados en frecuencias anuales a plurianuales tanto con el parto como con el deshielo basal. En el contexto de la resolución aproximadamente decenal de nuestro registro del BIRF, por lo tanto, encontramos que los eventos de desprendimiento de iceberg en escalas de tiempo decenales reflejan efectivamente la descarga sincrónica de hielo en tierra desde el AIS. Estimación de pérdida de masa AIS para MWP-1A basada en tasas de flujo del BIRF La Antártida está perdiendo masa de hielo debido al desprendimiento de los icebergs y al derretimiento de la superficie y la base. El flujo total estimado de desprendimientos de icebergs desde la Antártida es de ~ 1300-2000 Gt / año, y los icebergs gigantes, de más de 18 km de longitud, representan al menos la mitad de la pérdida total de masa AIS (~ 1100 Gt / año). Estimaciones más recientes informan tasas de parto de ~ 1300 Gt / año, con la misma pérdida de masa por fusión, o 1100 Gt / año con tasas de fusión relativas ligeramente más altas. En un sistema de estado estacionario, esta pérdida anual de masa de hielo se compensará con nevadas en la tierra o congelación basal, una condición que se puede asumir para el AIS durante el Holoceno medio a tardío y durante el LGM; ambos períodos de capa de hielo bastante estables en los que las tasas de flujo del BIRF se mantuvieron relativamente bajas. Sin embargo, durante el deshielo, el BIRF flujo aumentó claramente-hasta nueve veces superiores a la media baja durante MWP (ver escala de la derecha en la Fig.3 que muestra que incluso el 500-año BIRF fundente de promedios son al menos seis veces más altas durante MWP-1A que durante el Holoceno). Dado que una pérdida anual de masa de hielo de 1000 Gt / año adicionales conduciría a ~ 2.6 mm de GMSL / año, el registro de flujo del BIRF implica que, en el transcurso de MWP-1A, por ejemplo, que duró un poco menos de 400 años, ~ 9 m de GMSL podrían haberse originado a partir del AIS con tasas de parto anuales promedio de 1300 Gt / año (que oscilan entre 7 y 11 m, dependiendo de las tasas de parto AIS anuales elegidas de 1000 o 1500 Gt / año, respectivamente). Estos son números máximos ya que la contribución real a GMSLR se debe solo a la fracción de hielo que está por encima del espesor de flotación y, por lo tanto, es relevante para el nivel del mar. Basado en ref., ~ 32% de la masa de hielo entregada al océano corresponde a hielo por encima del espesor de flotación. Por lo tanto, la contribución media global del nivel del mar del AIS al MWP-1A podría ser de al menos 2,5–3,5 m. Debido a las incertidumbres, estas son solo estimaciones aproximadas; sin embargo, indican que una fracción notable del GMSLR de 16 m de MWP-1A podría haberse originado en la Antártida.
El comportamiento de la capa de hielo indica un punto crítico de inflexión La brusquedad del inicio y la terminación de los eventos de AID sugieren que puede haber umbrales que, una vez superados, podrían desencadenar una desestabilización o reestabilización de la capa de hielo. Si estos puntos de inflexión son irreversibles en el sentido de que hay histéresis, es decir, una inversión directa del forzamiento no permite un retorno al estado anterior, ciertos 'indicadores de alerta temprana' pueden identificar algunos patrones de fluctuación característicos presentes en una serie temporal que precede a un cambio abrupto. Estos patrones se forman debido al retorno cada vez más lento al equilibrio de las perturbaciones a medida que se acerca a un umbral crítico, denominado 'desaceleración crítica'. Investigamos si estos eventos de AID podrían caracterizarse por un umbral crítico, mediante el cual podrían detectarse señales de alerta temprana del cambio abrupto inminente (Métodos). Primero analizamos la pila del BIRF del Mar de Scotia, mirando los datos antes de un evento de AID (para analizar las señales de alerta temprana de desestabilización) y durante un evento de AID (para la re estabilización). Aunque algunos eventos AID muestran aumentos de la auto correlación y la varianza antes del cambio abrupto, la mayoría no lo hicieron (complementario Figs. 2 - 3), y no se encontraron resultados similares para los registros no apiladas. Hay varias explicaciones posibles para esto. Es posible que los datos proxy no siempre registren con fidelidad las señales de alerta temprana debido a la menor resolución de los datos, el alto nivel de ruido, la longitud corta de los datos y por ser un proxy en lugar de una medida directa de la estabilidad de la capa de hielo, que puede enmascarar los patrones de desaceleración crítica. Alternativamente, es posible que las señales no se hayan registrado debido a su ausencia, ya sea porque no hay una transición crítica o si el sistema se `` inclinó '' antes de alcanzar el umbral crítico. Para tratar de resolver esto, llevamos a cabo el mismo análisis en las simulaciones del modelo para la pérdida de masa equivalente al nivel del mar (SLE) (Fig.5a ). Estudios anteriores han detectado con éxito indicadores de alerta temprana de transiciones críticas en simulaciones de modelos de pérdida de masa antártica, utilizando las mismas técnicas que se describen aquí. En nuestras simulaciones se identificaron tres fases de pérdida sustancial de masa de hielo correspondientes, dentro de las incertidumbres de datación, a AID6 (MWP-1A), AID2 (MWP-1B) y AID1. Encontramos un aumento en la auto correlación y la varianza, indicadores principales de desaceleración crítica, antes de las fases de desestabilización y re estabilización de los eventos de AID simulados (Fig. 5).
Fig. 5: Análisis del punto de inflexión para simulaciones de modelos de glaciares.
a Conjunto de modelo de pérdida de masa equivalente al nivel del mar (SLE) (m / año) y b Tasa de cambio de SLE (m / año). Las columnas naranja y gris representan los datos seleccionados para el análisis de desestabilización y re estabilización, respectivamente. Análisis del punto de inflexión para los datos antes de la desestabilización (c - e) y los datos antes de la re estabilización (f - h) del evento similar a AID, desde arriba: datos residuales, auto correlación (rojo) y varianza (violeta), más una ventana deslizante al 50%. Histograma que muestra los coeficientes de correlación de Kendall tau para las series temporales sustitutas y los valores p correspondientes para la auto correlación (líneas rojas) y la varianza (líneas moradas).
Nuestro análisis indica que un modelo conceptual para la histéresis de la capa de hielo de la Antártida es un marco útil, con retroalimentaciones positivas y negativas que modulan los pulsos de pérdida de masa de hielo para cada evento de AID. Estudios de modelos recientes sugieren que la re estabilización local relativamente abrupta del AIS después de un evento de pérdida de masa de hielo puede ser causada por un levantamiento rápido del lecho rocoso, proporcionando una retroalimentación negativa para un mayor retroceso de la línea de puesta a tierra, aunque actualmente no está claro si este proceso es aplicable a las escalas de tiempo de la re estabilización de la AID que se informan aquí. Nuestros datos del BIRF sugieren que esta retroalimentación positiva debería tener un efecto de re estabilización dentro de una década. Las retroalimentaciones positivas para la desestabilización incluyen la retroalimentación de la elevación del hielo y la inestabilidad de la capa de hielo marino, y probablemente contribuyan al rápido inicio de los eventos de AID. En muchas simulaciones de pérdida de masa antártica, el forzamiento se aplica muy lentamente para permitir que se mantenga el equilibrio con el fin de detectar ramas de histéresis. En la práctica, sin embargo, es probable que para la desestabilización, la capa de hielo 'consejos' bien antes de alcanzar el umbral crítico actual (Fig.6, ruta 3), debido a la velocidad del forzamiento y al 'ruido' externo o perturbaciones, conocido como 'escape temprano'. En este caso, es probable que los indicadores de alerta temprana fallen. Sin embargo, en estudios que utilizan datos de observación con mayor resolución en el tiempo, se han detectado señales de alerta temprana de desestabilización de la capa de hielo, lo que indica que la falta de datos de mejor resolución en tiempo de los núcleos de sedimentos marinos puede explicar potencialmente la falla en la detección de señales de alerta temprana. Estos problemas tienen implicaciones importantes para detectar una futura desestabilización rápida de las capas de hielo utilizando indicadores estadísticos, en particular, que probablemente se necesiten datos de alta resolución y un modelo apropiado forzado. Fig. 6: Paisaje de estabilidad esquemático para las vías de desestabilización y re estabilización de la capa de hielo. (La desestabilización de la capa de hielo)
Respuesta
VIA VIA
VIA VIA
(La reestabilización de la capa de hielo)
Forzando Desde: Inicio y finalización a escala decenal de la pérdida de masa de hielo antártico durante la última desglaciación
Diagrama de estabilidad que muestra respuestas no lineales al forzamiento. Las líneas negras continuas indican equilibrios estables; la línea punteada negra indica un equilibrio inestable; Las flechas azules pequeñas indican la dirección en la que se mueve el sistema cuando no está en la curva (y por lo tanto no está en equilibrio). La vía 1 ('desestabilización') y la vía 2 ('reestabilización') muestran un cambio no lineal asociado con una transición crítica (es decir, de un círculo rojo relleno a un círculo rojo hueco). La vía 3 ('desestabilización'), muestra que el 'escape temprano' con un punto de inflexión ocurre antes de alcanzar el umbral crítico. El área sombreada de color púrpura indica áreas donde se pueden detectar señales de alerta temprana. La desestabilización local podría causar una desintegración completa del hielo marino en la Antártida Occidental. Bajo este escenario modelo, la región se desequilibra después de 60 años de tasas de derretimiento observadas actualmente. Nuestros datos de Iceberg Alley sugieren que tal desequilibrio podría ocurrir más rápido, dentro de una década o dos. Si se inicia una desestabilización en el sector del mar de Amundsen, se prevé que la Antártida contribuya irrevocablemente con al menos 3 m al GMSLR a escalas de centenario a milenio, en consonancia con nuestros datos que documentan la descarga de iceberg a escala centenaria o milenaria después de cada desestabilización. Otros estudios de modelización apoyan este patrón de eventos al mostrar que los compromisos de GMSL a largo plazo pueden desencadenarse por un adelgazamiento o colapso de la plataforma de hielo de duración mucho más corta (decenal a centenaria). De acuerdo con nuestro estudio combinado de reconstrucción-modelado de eventos extremos pasados, el balance de masa negativo del AIS en las últimas décadas y especialmente el rápido retroceso de partes del WAIS podrían muy bien constituir un evento de AID novedoso, que marque el inicio de la autodestrucción un retroceso sostenido e irreversible de la capa de hielo durante siglos. Martin Eduardo Lucione Extraído Nature Communications 18 de noviembre de 2021 Michael E. Weber, Nicholas R. Golledge, Chris J. Fogwill, Chris SM Turney y Zoë A. Thomas