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Jul 03, 2023

Comprender el hielo con láseres: una nueva herramienta ayuda a los investigadores a estudiar glaciares remotos

A medida que el aumento de las temperaturas atmosféricas provoca el adelgazamiento y el retroceso de los glaciares en todo el mundo, comprender cómo están respondiendo los glaciares al cambio climático, el crecimiento de algas y las impurezas como el polvo y el negro.

A medida que el aumento de las temperaturas atmosféricas provoca el adelgazamiento y el retroceso de los glaciares en todo el mundo, es vital comprender cómo responden los glaciares al cambio climático, el crecimiento de algas y las impurezas como el polvo y el carbono negro. Comprender la respuesta ayuda a los científicos, los formuladores de políticas y las comunidades a mitigar los daños y proteger las cuencas hidrográficas y las comunidades que dependen de estos glaciares. Sin embargo, muchos glaciares están ubicados en lugares remotos a los que puede resultar difícil acceder y estudiar. En un artículo publicado en el Journal of Glaciology en mayo de 2022, el físico Markus Allgaier colaboró ​​con geólogos y geógrafos para desarrollar una herramienta portátil que puede caber fácilmente en una mochila y llevarse a glaciares remotos para medir las propiedades ópticas y la composición de su hielo.

Recopilar datos sobre la composición del hielo y el retroceso de los glaciares es importante para evaluar cómo están respondiendo los glaciares al cambio climático. Los datos también ayudan a los científicos a predecir cómo las comunidades situadas río abajo de los glaciares podrían verse afectadas por su retroceso. Actualmente, muchos glaciólogos se basan en técnicas de modelado para evaluar la composición del hielo de los glaciares, especialmente en el caso de los glaciares más remotos que son de difícil acceso y difíciles de estudiar. Sin embargo, sin estar en el glaciar, puede resultar difícil medir con precisión la composición del hielo, el crecimiento de algas y los niveles de polvo y carbono negro. Este déficit hace que la glaciología de mochila (caminar a lugares remotos con equipos portátiles para mediciones físicas de los glaciares) sea vital para comprender el hielo y su comportamiento.

Los glaciares remotos, como el glaciar Deming en Washington, rara vez se estudian debido a la dificultad de acceso, especialmente con equipo pesado a cuestas. En cambio, los investigadores tienen que confiar en fotografías de satélite u observaciones desde lejos que no siempre pueden ofrecer una imagen completa del retroceso del glaciar. (Cortesía de Jenna Travers)

Sin embargo, la glaciología de mochila conlleva una desventaja. Para que las herramientas sean portátiles, a menudo son simples y no pueden medir variables como el albedo, lo cual es importante para comprender la retirada. Por ejemplo, el Proyecto Climático del Glaciar North Cascades, un proyecto que lleva décadas midiendo glaciares en el noroeste de Washington, utiliza una larga sonda de metal con segmentos desmontables, un telémetro láser y cuerdas marcadas para realizar la mayor parte de su investigación. Estas herramientas ayudan a los investigadores a recopilar datos vitales sobre la profundidad de la nieve, las tasas de ablación, la ubicación de los extremos y los perfiles de los glaciares, pero los científicos que esperan medir el albedo o la composición del hielo en glaciares remotos tienen pocas opciones disponibles.

Allgaier, físico postdoctoral en la Universidad de Oregon, está trabajando para abordar la falta de opciones y mejorar las herramientas de medición disponibles para los glaciólogos de todo el mundo. Allgaier explicó en una entrevista con GlacierHub que, si bien tiene experiencia en física cuántica, quería "aplicar estos campos a las ciencias ambientales y la investigación climática", citando su amor por las montañas y su deseo de contribuir a la investigación centrada en comprenderlas. Comenzó investigando qué medidas ópticas utilizan los glaciólogos y pensando en cómo podrían mejorarse y qué faltaba en las técnicas utilizadas actualmente. Trajo a glaciólogos, geógrafos e hidrólogos para desarrollar juntos una herramienta.

Estas colaboraciones culminaron con el desarrollo de un dispositivo que mide la composición y estructura del hielo de los glaciares utilizando fotones o partículas de luz subatómicas. El dispositivo dispara un pulso láser al hielo del glaciar y mide el tiempo que tardan los fotones en rebotar en el hielo y llegar a un receptor a aproximadamente dos metros de distancia. Las burbujas de aire dentro del glaciar dispersan el pulso del láser en direcciones aleatorias, cambiando tanto el tiempo que tarda en llegar al receptor como la forma del pulso cuando llega allí. Según Allgaier, "la forma del pulso y la duración de la luz detectada son únicas, y nos dicen cuánta luz se absorbe en el hielo y cuánta dispersión hay". Estos datos, a su vez, permiten a los investigadores determinar la composición y densidad del hielo, así como las propiedades ópticas de los glaciares. Estos se pueden utilizar para predecir la tasa de retirada.

El dispositivo cabe en tres estuches pequeños que se pueden guardar fácilmente en una mochila. Allgaier y sus colegas probaron el dispositivo en dos glaciares de las Cascadas de Oregón hace un año y esperan llevarlo a Alaska el próximo año. Foto de : Markus Allgaier

Allgaier destacó la importancia de este dispositivo tanto para los glaciares grandes como para los pequeños, diciendo que al medir la composición y estructura del hielo, el dispositivo proporciona "una idea de lo que impulsa el derretimiento y por qué el albedo del glaciar es el que es".

Si bien este dispositivo es perfecto para recopilar datos sobre glaciares de difícil acceso, también se puede utilizar para verificar que los datos de detección remota de glaciares de fácil acceso sean precisos y coincidan con los que se encuentran en el terreno. La última idea surgió de la colaboración de Allgaier con geógrafos de la Universidad de Oregon. Johnny Ryan, profesor asistente en el departamento de geografía, se unió al proyecto para brindar una perspectiva sobre los glaciares, las capas de hielo y los usos prácticos del dispositivo. Ryan dice que él y sus colegas del departamento de geografía pudieron dar sugerencias sobre cómo mejorar el dispositivo para que funcione mejor en el campo y brindar información sobre cómo el proyecto podría encajar en el cuerpo actual de investigación en glaciología.

Según Ryan, los geógrafos también fueron útiles al probar el láser en el campo: sabían adónde ir y cómo navegar por los glaciares, así como cómo obtener permisos. El grupo lo ha probado en un par de glaciares de Oregón: el glaciar Crook en Broken Top Mountain y el glaciar Collier en North Sister. Ambas pruebas fueron exitosas.

Allgaier usando el dispositivo en el glaciar Collier el año pasado. La luz del sol puede interrumpir la recopilación de datos, por lo que los investigadores tuvieron que esperar hasta el atardecer para probarlo. Foto de : Markus Allgaier

Hasta ahora, sólo se ha estudiado una pequeña proporción de los glaciares del mundo, afirmó Ryan. En el futuro, esta herramienta ayudará a los investigadores a "estudiar glaciares que normalmente no se han estudiado pero que siguen siendo importantes para los recursos hídricos y el aumento del nivel del mar". Y al verificar datos de satélites y aviones, esta nueva investigación es especialmente importante para las comunidades río abajo de glaciares que están enclavados en montañas demasiado peligrosas para ascender. Comprender cómo están cambiando y retrocediendo sus glaciares es vital para el futuro de estas comunidades.

GlaciarHub es una iniciativa de comunicación climática dirigida por Ben Orlove, antropólogo de la Escuela del Clima de Columbia. Muchos de los escritores de GlacierHub son estudiantes o ex alumnos de Climate School.