Resuelto el misterio del calor perdido en la Antártida

Una nueva investigación podría explicar por qué las temperaturas del mar alrededor de la Antártida no han aumentado tanto como las temperaturas de la superficie de todo el mundo.

En todo el mundo, las temperaturas de la superficie del océano han ido en aumento debido al calentamiento global, pero los mares que rodean la Antártida no han cambiado mucho su temperatura. Ahora, los investigadores pueden haber descubierto las razones.

Los océanos del mundo tienen un gran potencial para absorber y transportar el calor atrapado en la atmósfera debido a un exceso de emisiones de carbono de las actividades humanas. De hecho, los científicos han observado el calentamiento de los mares a nivel mundial, en particular cerca de la superficie donde el calor está volviendo a la atmósfera.

Pero las aguas que rodean la Antártida no se están calentando como el resto de los océanos del mundo. Cuando la temperatura de la superficie del mar,  en promedio mundial, se ha incrementado en 0.08 ºC por década desde 1950, el Océano Antártico apenas ha sentido nada: sólo se calentaba en 0.02º C por década y en algunos lugares se ha enfriado. Los científicos han estado desconcertados por este fenómeno, ya que las regiones polares han estado sintiendo desproporcionadamente un calentamiento mayor que el resto del planeta. Mientras que el Ártico se está calentando al doble de velocidad que el resto de la tierra, las aguas que rodean la Antártida permanecen frías, tanto es así que el hielo marino de hecho ha crecido en algunas regiones.

Ahora, en un nuevo estudio publicado en  Nature Geoscience,  los investigadores del MIT y de la Universidad de Washington explican cómo el afloramiento de una antigua corriente oceánica global podría ser la culpable del calentamiento retardado del Océano Antártico.

Una cinta transportadora oceánica

Los sistemas climáticos de la Tierra son expertos en la redistribución de los recursos en todo el mundo que son necesarios para mantener la vida; esto incluye la dispersión de la energía térmica. En la mayoría de los océanos, la mezcla física de las aguas puede ayudar a circular el calor en el interior del océano - un reservorio profundo de agua fría  ideal para el almacenamiento. Sin embargo, las características inherentes del Océano Antártico sirven para resistirse a este proceso.

Mientras que fuertes vientos fluyen alrededor de la Antártida, ellos conducen la llamada corriente circumpolar antártica o, Antarctic Circumpolar Current (ACC). Estas corrientes levantan y acercan aguas profundas desde abajo a la superficie adyacente del continente, que está al sur de la ACC. Aquí, el Océano Antártico está generalmente estratificado con aguas frescas y frías en la superficie en superposición, con aguas más cálidas  y saladas - una característica atípica de los mares del mundo. Esto también se opone a la transferencia de calor en el océano profundo. Como resultado, el calor absorbido debe, más o menos, mantenerse cerca de la superficie; sin embargo, la superficie del océano Antártico no se ha estado calentando.

Para rastrear el destino de este exceso de calor, el equipo de científicos dirigido por oceanógrafos John Marshall, Cecil and Ida Green Professor en MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS), y el autor principal Kyle Armour de la Universidad de Washington centraron su atención en la circulación de retorno meridional de la Tierra o Meridional Overturning Circulation (MOC).

Esta corriente de largo recorrido e interhemisférica se comporta como una gran cinta transportadora, que conecta el agua en los polos y la superficie del océano con las profundidades del mar a través de procesos de subducción y de surgencia. En el Océano Antártico, el afloramiento domina. Después de que el agua se eleva entre la Antártida y la  ACC, la corriente completa del bucle fluye de nuevo hacia el ecuador, haciendo su camino hacia el Ártico donde posteriormente se enfría y se hunde. Los investigadores Armour y Marshall sospechaban que esta porción de la corriente ascendente del MOC podría contener el calentamiento, ayudando al Océano Antártico a permanecer frío, dice Marshall.

Tras el calor

Para confirmar sus sospechas sobre el papel del MOC en este calentamiento retardado, Armour y Marshall utilizaron una combinación de datos de observación de flotadores y boyas Argo, una matriz global de toma de datos del océano a la deriva libre; de los buques; y de los satélites, además de los modelos de circulación para rastrear cómo el calor se movió a través del océano. Lo que observaron fue un desplazamiento del calor, no verticalmente en las profundidades del océano alrededor de la Antártida, sino horizontalmente sobre la superficie del océano hacia el norte. Las corrientes circulan y llevan el calor fuera del Océano Austral hacia el ecuador. Allí, justo al norte del océano de la Corriente Circumpolar Antártica, Armour y Marshall observaron un calentamiento significativo, tanto en la superficie como en las aguas profundas - una región conocida donde el agua se mezcla a gran escala.

"Esa fue una pieza clave de la evidencia que mostraba lo que debe ser este Circulación Meridional de Retorno (MOC) en el trabajo," dice Armour.

Lo que encontraron confirmó sus sospechas. Si bien los fuertes vientos del oeste giran  alrededor de la Antártida, llevando el agua de la superficie calentada en todo el continente hacia el norte, hacia el ecuador. Al mismo tiempo, estos vientos conducen el agua de mar profundo, que reemplaza el agua que está fluyendo fuera del Océano Antártico hacia el norte. Sin embargo, este no es el único lugar que el afloramiento y vuelco del agua ocurre en los mares del mundo. En algunos lugares, como la costa oeste de las Américas, el agua es empujada desde una profundidad de unos pocos cientos de metros, pero el agua en el Océano Antártico es única ya que se eleva desde varios miles de metros (cerca de 2 millas) por debajo de la superficie.

"Una manera de pensar acerca de este proceso es que el agua que está por venir en el Océano Antártico se originó en el Atlántico Norte [donde] el agua fría se hunde. Y  tarda mucho tiempo para seguí en los océanos del mundo, para luego aflorar. Es, agua vieja y muy profunda, que no ha sentido los efectos del calentamiento global ", dice Armour. "Y así, se tiene este flujo constante de agua vieja hacia el continente en las profundidades. Ese agua llega hasta la superficie y luego fluye hacia el norte, con la circulación de retorno”.

Y como explica Marshall, "La razón por la que creemos que las temperaturas de la superficie no se elevan alrededor de la Antártida, como lo hacen en el norte, se debe a que esta agua vieja aflora desde las  profundidades y apaga la señal de calentamiento [en el Océano Antártico]. "

Otros científicos han propuesto teorías alternativas para tratar de explicar este calentamiento retardado. Una de ellas es que el cambio climático está provocando el derretimiento de los glaciares y más lluvia que cae en el Océano Antártico. Esto resulta en un refrescamiento y  enfriamiento de las aguas superficiales, que estratifica aún más el mar. Pero Armour y Marshall demostraron que este proceso no es lo suficientemente grande como para anular el efecto de calentamiento de los gases de efecto invernadero.

Otra sugerencia fue que el agotamiento del ozono sobre la Antártida acelera los vientos del oeste, conduciendo el agua hacia el ecuador. Inicialmente, esto sirve para enfriar la capa superior del océano y ampliar el hielo marino, pero en última instancia, mejora la circulación de retorno - tirando agua de calentamiento a un ritmo mayor, lo que anula el enfriamiento observado Antártico.

Armour y Marshall trataron de analizar la razón del calentamiento retardado utilizando modelos  en el Océano Austral. Ellos encontraron que los modelos climáticos de circulación - que incluían tanto el océano y la atmósfera - capturaron el calentamiento observado,  por lo que se adentraron en la componente oceánica, donde esperaban ver el mismo efecto.

"Hemos sido capaces de aislar la parte del océano de la historia -  controlando mucho más limpiamente lo que estaba pasando en la atmósfera - y demostrar que tenemos los mismos patrones generales como en las observaciones", dice Marshall. Esto proporcionó otra pista de que estábamos en el camino correcto con la circulación termohalina. Por último, los investigadores añadieron un trazador pasivo a los modelos oceánicos, que se comportaban como una inyección superficial de calor, pero no cambiaron las corrientes o las características del agua, similar a dejar caer los puntos de papel en una corriente.

Cada uno de estos experimentos produjo el mismo resultado. "No son sólo las observaciones que muestran este [calentamiento retardado]. Nos encontramos con los modelos climáticos y todos ellos tienden a mostrar un calentamiento más lento del Océano Antártico. Con el tiempo, no se caliente un poco, se calienta casi tanto como el Ártico, de hecho, pero toma muchos, muchos siglos, incluso miles de años para llegar allí ", afirma Armour. Con el respaldo de esta evidencia, Armour y Marshall podrían decir que la circulación termohalina probablemente fue responsable del comportamiento del Océano Sur.

"Pienso que [el estudio] fue brillante", dijo John Fyfe, un científico del Research Scientist with Environment and Climate Change de Canada, que no participó en la investigación. "Creo que va a convertirse en el libro de texto sobre el papel que juega el forzamiento antropogénico en el patrón de cambios en la temperatura del océano en el Océano Antártico, que ha sido desconcertante durante algún tiempo."

Uno de los temas claves, de acuerdo tanto con Armour y Marshall, fue la necesidad de entender cómo son tan diferentes el Ártico y la Antártida al reaccionar ante el cambio climático. "No se puede comparar directamente el Ártico y la Antártida cuando se habla sobre el calentamiento global debido al efecto invernadero  pues las circulaciones oceánicas son muy diferentes en ambos lugares", dice Armour. "Y eso es lo que estamos viendo aquí, la circulación de los océanos - en la parte superior en los cuales el calentamiento global es un hecho - es realmente clave en el establecimiento de estos patrones [regionales] de calentamiento."

Implicaciones para el hielo de la Antártida

El siguiente paso es evaluar si las aguas superficiales frescas alrededor de la Antártida podrían afectar a la expansión del hielo marino observado del océano Antártico y, en caso afirmativo, cómo. Marshall dice que, en general, el hielo marino antártico no está en una tendencia significativa hacia arriba o hacia abajo, sino que permanece constante.

Marshall y un reciente graduado del MIT EPA,  Yavor Kostov Ph D '16,  postulan  que los fuertes vientos del oeste alrededor de la Antártida podrían mejorar este transporte de calor hacia el norte, lo que facilitaría el crecimiento del hielo marino. "El argumento," Armour dice, "es que debido a la surgencia alrededor de la Antártida, la superficie del océano no se ha estado calentando muy rápidamente, lo que significa que, con estos  vientos, potencialmente, podría explicar las últimas décadas del enfriamiento sobre la parte superior  con una base de fondo de calentamiento muy lento”.

Fuente: Comunicado de prensa del MIT