Marcada disminución de las dorsales de presión del Ártico a causa del cambio climático
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En el Ártico, el hielo más antiguo, que se ha acumulado durante muchos años, se está derritiendo cada vez más, lo que reduce drásticamente la frecuencia y el tamaño de las dorsales de presión. Estas dorsales se crean cuando los témpanos de hielo se presionan entre sí y se apilan, y son un rasgo característico del hielo marino del Ártico, un obstáculo para la navegación, pero también un componente esencial del ecosistema. En un estudio publicado recientemente en la revista Nature Climate Change, expertos del Instituto Alfred Wegener informaron de esta tendencia y analizaron datos de observación de tres décadas de estudios aéreos.
Los datos satelitales de las últimas tres décadas documentan los dramáticos cambios en el hielo marino del Ártico debido al cambio climático: la superficie cubierta de hielo en verano está disminuyendo constantemente, los témpanos se están volviendo más delgados y se mueven más rápido. Hasta hace poco, no estaba claro cómo se habían visto afectadas las características dorsales de presión, ya que, salvo en los últimos años, sólo ha sido posible monitorearlas de manera confiable desde el espacio.
Las dorsales de presión se forman por presiones laterales sobre el hielo marino. El viento o las corrientes oceánicas pueden apilar los témpanos, formando dorsales de un metro de espesor. La parte de las dorsales que rompe la superficie lisa del hielo cada pocos cientos de metros, que se extiende por encima del agua se llama vela y mide entre uno y dos metros. Aún más impresionante es la quilla debajo de la línea de flotación, que puede extenderse hasta 30 metros y crear un obstáculo infranqueable para la navegación. Las dorsales de presión afectan no sólo al equilibrio energético y de masa del hielo marino, sino también al ciclo biogeoquímico y al ecosistema: cuando sus velas atrapan el viento, los témpanos pueden ser impulsados por todo el Ártico. Los osos polares utilizan las dorsales de presión como fuente de protección para pasar el invierno o dar a luz a sus crías. Además, las estructuras ofrecen protección a los organismos asociados al hielo en varios niveles tróficos y promueven la mezcla turbulenta del agua, lo que aumenta la disponibilidad de nutrientes.
Cresta de presión de hielo #
“Pressure ridge ice” en español “dorsal de presión de hielo”. El término se refiere a las formaciones de hielo que se generan cuando hay presiones laterales sobre el hielo marino. Repasemos: hay, al menos, dos causas de formación: el viento y las corrientes oceánicas, ambas son fuerzas que pueden apilar el hielo, creando dorsales que se elevan sobre la superficie. Con la compresión del hielo, a medida que el hielo se acumula, se comprime forma las dorsales sobre las que tratamos aquí. Así, las dorsales de presión son típicamente irregulares y pueden ser bastante altas y afiladas. Son comunes en regiones polares donde el hielo marino es más dinámico. Tales formaciones son cruciales para entender la dinámica del hielo marino y su impacto en el medio ambiente, especialmente en el contexto del cambio climático.
Un equipo de investigadores del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI), ha reprocesado y analizado las lecturas obtenidas con láser durante 30 años de vuelos de investigación sobre el hielo del Ártico. Los vuelos de investigación, que cubren una distancia total de aproximadamente 76.000 kilómetros, muestran por primera vez que la frecuencia de las dorsales de presión al norte de Groenlandia y en el estrecho de Fram está disminuyendo un 12,2% y su altura un 5% por década. Los datos del mar de Lincoln, una zona en la que se sabe que se acumula hielo especialmente antiguo, muestran un panorama similar: aquí, la frecuencia está disminuyendo un 14,9% y la altura un 10,4% por década.
“Hasta ahora, no se ha podido saber con certeza cómo han ido cambiando las dorsales de presión”, afirmó el Dr. Thomas Krumpen, experto en hielo marino del AWI y autor principal del estudio. “Cada vez más, el Ártico está formado por hielo que se derrite en verano y que no tiene más de un año de antigüedad. Este hielo joven y delgado se puede deformar con mayor facilidad y forma nuevas dorsales de presión más rápidamente, por lo que cabría esperar que su frecuencia vaya en aumento. El hecho de que las dorsales de presión sigan disminuyendo se debe a la espectacular fusión de los témpanos más antiguos. El hielo que ha sobrevivido a varios veranos se caracteriza por una cantidad especialmente elevada de dorsales de presión, ya que ha estado sometido a altas presiones durante un período de tiempo más prolongado. La pérdida de este hielo plurianual es tan grave que estamos observando una disminución general de la frecuencia de las dorsales de presión, aunque el hielo joven y delgado es más fácil de deformar”.
Para extraer conclusiones sobre los cambios en todo el Ártico, los investigadores combinaron todos los datos de observación para desarrollar una métrica. Luego, con la ayuda de datos satelitales, la aplicaron al Ártico en su conjunto: “Tendemos a ver la mayor disminución de las dorsales de presión en aquellos lugares donde la edad del hielo ha disminuido más”, resumió el profesor Christian Haas, jefe de Física del Hielo Marino en el AWI. “Se pueden ver cambios importantes en el mar de Beaufort, pero también en el Ártico central. Ambas regiones están ahora parcialmente libres de hielo en verano, aunque alguna vez estuvieron dominadas por hielo de al menos cinco años de antigüedad”.
Para el estudio se midieron y analizaron con precisión las dorsales de presión individuales y sus alturas durante vuelos de reconocimiento. Esto fue posible gracias a los vuelos a baja altura (menos de 100 metros sobre la superficie) y a la alta velocidad de escaneo de los sensores láser, que permitió crear modelos del terreno. El AWI comenzó a realizar vuelos científicos sobre el hielo marino a principios de los años 90, despegando desde Svalbard. En aquel entonces, el instituto contaba con dos Dornier DO228, Polar 2 y Polar 4, a los que luego sucedieron dos Basler BT-67, Polar 5 y Polar 6. Están especialmente equipados para vuelos en las condiciones extremas de las regiones polares y pueden equiparse con una variedad de sensores. Con estos aviones, los investigadores inspeccionan el hielo al norte de Groenlandia, Svalbard y Canadá dos veces al año. Pero los helicópteros a bordo del rompehielos Polarstern también forman parte del programa de monitoreo.
Para estimar los efectos directos de los cambios observados en el ecosistema del Ártico, es necesario desarrollar modelos que puedan reflejar tanto los procesos físicos como biológicos en el hielo marino de varias edades. Aunque sabemos que las dorsales de presión albergan una variedad de organismos, aún carecemos de una comprensión más profunda del papel de la edad de las dorsales de presión. Sin embargo, este aspecto es especialmente importante, ya que el porcentaje de dorsales que no sobreviven a su primer verano está aumentando. Otro enigma: aunque el tamaño y la frecuencia de las velas de dorsal han disminuido, la velocidad de deriva del hielo ártico en general ha aumentado. Como explicó la física de Hielo Marino del AWI, Dra. Luisa von Albedyll, quien contribuyó al estudio: “En realidad, el hielo debería desplazarse más lentamente cuando las velas se encogen, ya que hay menos área para la transferencia de momento. Esto indica que hay otros cambios que producen exactamente el efecto opuesto. Corrientes oceánicas más fuertes o una parte inferior del hielo más lisa debido a un derretimiento más intenso podrían ser factores contribuyentes. Para responder a estas preguntas abiertas y comprender mejor las complejas interrelaciones, hemos puesto todo el conjunto de datos a disposición en un archivo público, lo que garantiza que otros investigadores puedan usarlo e integrarlo en sus estudios”, señaló.
Se ha previsto una expedición, el próximo verano, con el buque de investigación Polarstern, cuyo objetivo es investigar las diferencias biológicas y biogeoquímicas entre los témpanos y las dorsales de presión de distintas edades y procedencias. Al mismo tiempo, se realizarán amplios vuelos de reconocimiento aéreo con el avión de investigación. Según Thomas Krumpen, “al combinar las observaciones desde el barco y desde el aire, esperamos obtener una mejor comprensión de las complejas interacciones entre el hielo marino, el clima y el ecosistema, ya que sólo podremos diseñar estrategias eficaces para la conservación y el uso sostenible del Ártico cuando comprendamos mejor el sistema medioambiental de la región”.
- El paper Smoother ice with fewer pressure ridges in a more dynamic Arctic, basado en un estudio experimental, fue publicado en Nature Climate Change. Autores: Thomas Krumpen, Luisa von Albedyll, H. Jakob Bünger, Giulia Castellani, Jörg Hartmann, Veit Helm, Stefan Hendricks, Nils Hutter, Jack C. Landy, Simeon Lisovski, Christof Lüpkes, Jan Rohde, Mira Suhrhoff & Christian Haas
El artículo Marked decrease in Arctic pressure ridges, fue publicado en la sección de noticias en inglés de AWI… quizás redactado por Folke Mehrtens?
English version #
Marked decrease in Arctic pressure ridges #
In the Arctic, the old, multiyear ice is increasingly melting, dramatically reducing the frequency and size of pressure ridges. These ridges are created when ice floes press against each other and become stacked, and are a characteristic feature of Arctic sea ice, an obstacle for shipping, but also an essential component of the ecosystem. In a recently released study in the journal Nature Climate Change, experts from the Alfred Wegener Institute report on this trend and analyse observational data from three decades of aerial surveys.
Satellite data from the last three decades documents the dramatic changes in Arctic sea ice due to climate change: the area covered in ice in summer is declining steadily, the floes are becoming thinner and moving faster. Until recently, it was unclear how the characteristic pressure ridges had been affected, since it’s only been possible to reliably monitor them from space for the past few years.
What are pressure ridges? #
Pressure ridges are produced by lateral pressures on sea ice. Wind or ocean currents can stack floes up, forming metre-thick ridges. The part of the ridges – which break up the otherwise smooth surface of the ice every few hundred metres – extending above the water is called the sail and measures between one and two metres. Even more impressive is the keel below the water line, which can extend down to 30 metres and create an impassable obstacle for shipping. Pressure ridges affect not only the energy and mass balance of the sea ice, but also the biogeochemical cycle and the ecosystem: when their sails catch the wind, floes can be driven all across the Arctic. Polar bears use pressure ridges as a source of protection for overwintering or birthing their young. In addition, the structures offer ice-associated organisms at various trophic levels protection and promote the turbulent mixing of water, which increases nutrient availability.
A team of researchers from the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI), has now reprocessed and analysed laser-based readings gathered in 30 years of research flights over the Arctic ice. The survey flights, which cover a total distance of roughly 76,000 kilometres, show for the first time that the frequency of pressure ridges north of Greenland and in Fram Strait is decreasing by 12.2%, and their height by 5%, per decade. Data from the Lincoln Sea, an area where particularly old ice is known to accumulate, paints a similar picture: here, the frequency is declining by 14.9% and the height by 10.4% per decade.
“Until now, it’s remained unclear how pressure ridges were changing,” says Dr Thomas Krumpen, a sea-ice expert at the AWI and the study’s main author. “More and more of the Arctic consists of ice that melts in the summer and is no more than a year old. This young, thin ice can more readily be deformed and more rapidly forms new pressure ridges. So you might expect their frequency to increase. The fact that pressure ridges are nonetheless in decline is due to the dramatic melting of older floes. Ice that has survived several summers is characterised by a particularly high number of pressure ridges, since it has been subjected to high pressures over a longer timeframe. The loss of this multiyear ice is so severe that we’re observing an overall decline in pressure-ridge frequency, even though the thin young ice is easier to deform.”
In order to draw conclusions regarding Arctic-wide changes, the researchers combined all observational data to develop a metric. Then, with the aid of satellite data, they applied it to the Arctic as a whole: “We tend to see the greatest decline in pressure ridges in those places where the ice’s age has decreased most,” summarises Prof Christian Haas, Head of Sea-ice Physics at the AWI. “Major changes can be seen in the Beaufort Sea, but also in the Central Arctic. Both regions are now partly ice-free in summer, though they were once dominated by ice that was at least five years old.”
For the study, individual pressure ridges and their heights were precisely measured and analysed during survey flights. This was possible thanks to the low-level flights (less than 100 metres above the surface) and the laser sensors’ high scanning rate, which allowed terrain models to be created. The AWI began scientific flights over the sea ice in the early 1990s, launching from Svalbard. Back then, the institute relied on two Dornier DO228s, Polar 2 and Polar 4; they have since been succeeded by two Basler BT-67s, Polar 5 and Polar 6. Specially equipped for flights under the extreme conditions found in the polar regions, they can be fitted with a range of sensors. Using these aircraft, researchers survey the ice north of Greenland, Svalbard and Canada twice a year. But the icebreaker Polarstern’s onboard helicopters are also part of the monitoring programme.
In order to estimate the direct effects of the observed changes on the Arctic ecosystem, models need to be developed that can reflect both physical and biological processes in sea ice of various ages. Although we know that pressure ridges are home to a range of organisms, we still lack a deeper understanding of the role of pressure-ridge age. Yet this aspect is especially important, as the percentage of ridges that don’t survive their first summer is on the rise. Another riddle: although the size and frequency of ridge sails have decreased, the drift speed of Arctic ice has generally increased. As AWI sea-ice physicist Dr Luisa von Albedyll, who contributed to the study, explains: “Actually, the ice should drift more slowly when the sails shrink, since there’s less area for the transfer of momentum. This indicates that there are other changes producing just the opposite effect. Stronger ocean currents or a smoother ice underside due to more intensive melting could be contributing factors. To answer these open questions and gain a better grasp of the complex interrelationships, we have made the entire dataset available in a public archive, ensuring that other researchers can use it and integrate it into their studies.”
An expedition with the research vessel Polarstern is planned for next summer, with a focus on investigating the biological and biogeochemical differences between floes and pressure ridges of different ages and provenances. At the same time, there will be extensive aerial survey flights with the research aircraft. According to Thomas Krumpen: “By combining ship-based and aerial observations, we hope to gain better insights into the complex interactions between the sea ice, climate and ecosystem – since we’ll only be able to devise effective strategies for the preservation and sustainable use of the Arctic once we better understand the region’s environmental system.”
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The paper Smoother ice with fewer pressure ridges in a more dynamic Arctic, based on an experimental study, was published in Nature Climate Change. Authors: Thomas Krumpen, Luisa von Albedyll, H. Jakob Bünger, Giulia Castellani, Jörg Hartmann, Veit Helm, Stefan Hendricks, Nils Hutter, Jack C. Landy, Simeon Lisovski, Christof Lüpkes, Jan Rohde, Mira Suhrhoff & Christian Haas.
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The article Marked decrease in Arctic pressure ridges, was published on AWI’s English news section… maybe signed by Folke Mehrtens?
