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Minúsculos grãos de areia provocam grandes ondas glaciais
O novo modelo de onda glacial também pode ajudar os cientistas a entender melhor o comportamento de massas maiores de gelo em movimento.
Por Jennifer Chu - 15/06/2020


Uma geleira nas montanhas St. Elias, Canadá. Crédito: Gwenn Flowers

Cerca de 10% da massa terrestre da Terra é coberta por geleiras, a maioria das quais desliza lentamente pela terra ao longo dos anos, esculpindo fiordes e arrastando rios em seu rastro. Mas cerca de 1% das geleiras podem subir repentinamente, derramando sobre a terra de 10 a 100 vezes a velocidade normal.

Quando isso acontece, uma onda glacial pode provocar avalanches, inundar rios e lagos e sobrecarregar os assentamentos a jusante. O que desencadeia os surtos em si é uma questão de longa data no campo da glaciologia.

Agora, cientistas do MIT e do Dartmouth College desenvolveram um modelo que define as condições que provocariam o surgimento de uma geleira. Por meio de seu modelo, os pesquisadores descobriram que o surto glacial é causado pelas condições do sedimento subjacente e, especificamente, pelos minúsculos grãos de sedimento que ficam embaixo de uma geleira imponente.

"Há uma enorme separação de escalas: as geleiras são coisas enormes, e acontece que seu fluxo, essa incrível quantidade de momento, é de alguma forma impulsionado por grãos de sedimentos em escala milimétrica", diz Brent Minchew, Cecil e Ida Green Assistant Professor do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. "É uma coisa difícil de entender. E é empolgante abrir toda essa nova linha de investigação que ninguém realmente considerara antes".

O novo modelo de onda glacial também pode ajudar os cientistas a entender melhor o comportamento de massas maiores de gelo em movimento.

"Pensamos nas ondas glaciais como laboratórios naturais", diz Minchew. "Por serem eventos extremos e transitórios, as ondas glaciais nos dão uma janela sobre o funcionamento de outros sistemas, como as correntes de fluxo rápido na Antártica, que são importantes para o aumento do nível do mar ".

Minchew e seu coautor Colin Meyer, de Dartmouth, publicaram seus resultados este mês na revista Proceedings of the Royal Society .

Uma geleira se solta

Enquanto ele ainda era doutorado. Minchew estava lendo o livro "The Physics of Glaciers", o livro-texto padrão no campo da glaciologia, quando encontrou uma passagem bastante sombria sobre a perspectiva de modelar uma onda glacial. A passagem delineou os requisitos básicos de um modelo e foi encerrada com uma perspectiva pessimista, observando que "esse modelo não foi estabelecido e nenhum está à vista".
 
Em vez de desanimar, Minchew tomou essa afirmação como um desafio e, como parte de sua tese, começou a traçar a estrutura de um modelo para descrever os eventos desencadeantes de uma onda glacial.

"É possível que possamos elevar de 1 a 3 metros do nível do mar da Antártida Ocidental durante nossas vidas", diz Minchew. Esse tipo de mecanismo de cisalhamento em surtos glaciais pode desempenhar um papel importante na determinação das taxas de aumento do nível do mar que você obteria na Antártica Ocidental ".


Como ele percebeu rapidamente, os poucos modelos que existiam na época eram baseados no pressuposto de que a maioria das geleiras do tipo surto ficava no topo da rocha - superfícies ásperas e impermeáveis ​​que os modelos assumiam permaneciam inalteradas à medida que as geleiras fluíam. Mas os cientistas observaram que os surtos glaciais geralmente ocorrem não sobre rochas sólidas, mas através de sedimentos que se deslocam.

O modelo de Minchew simula o movimento de uma geleira sobre uma camada permeável de sedimentos, composta de grãos individuais, cujo tamanho ele pode ajustar no modelo para estudar as interações dos grãos no sedimento e, finalmente, o movimento da geleira em resposta.

O novo modelo mostra que, à medida que uma geleira se move a uma taxa normal através de um leito de sedimentos, os grãos no topo da camada de sedimentos, em contato direto com a geleira, são arrastados junto com a geleira na mesma velocidade, enquanto os grãos em direção a o meio se move mais devagar e os que estão no fundo ficam parados.

Essa troca de grãos em camadas cria um efeito de cisalhamento dentro da camada de sedimentos. Na microescala, o modelo mostra que esse cisalhamento ocorre na forma de grãos individuais de sedimentos que rolam um sobre o outro. À medida que os grãos rolam, se aproximam e desaparecem com a geleira, eles abrem espaços dentro da camada de sedimentos saturados de água que se expandem, fornecendo bolsas para a água penetrar. Isso cria uma diminuição na pressão da água, que atua para fortalecer o material sedimentar como um todo, criando uma espécie de resistência contra os grãos do sedimento e dificultando a rolagem junto com a geleira em movimento.

No entanto, à medida que uma geleira acumula queda de neve, ela espessa e sua superfície fica mais íngreme, o que aumenta as forças de cisalhamento que atuam no sedimento. À medida que o sedimento enfraquece, a geleira começa a fluir cada vez mais rápido.

"Quanto mais rápido ele flui, mais a geleira diminui e, à medida que você começa a emagrecer, diminui a carga do sedimento, porque diminui o peso do gelo. Então, você aumenta o peso do gelo. mais perto da pressão da água do sedimento. E isso acaba enfraquecendo o sedimento ", explica Minchew. "Uma vez que isso acontece, tudo começa a se soltar, e você recebe um aumento."

Cisalhamento antártico

Como teste de seu modelo, os pesquisadores compararam as previsões de seu modelo com as observações de duas geleiras que recentemente sofreram picos, e descobriram que o modelo era capaz de reproduzir as taxas de fluxo de ambas as geleiras com precisão razoável.

Para prever quais geleiras surgirão e quando, os pesquisadores dizem que os cientistas terão que saber algo sobre a força do sedimento subjacente e, em particular, a distribuição do tamanho dos grãos do sedimento. Se essas medidas puderem ser feitas no ambiente de uma geleira em particular, o novo modelo pode ser usado para prever quando e quanto essa geleira irá subir.

Além das ondas glaciais, Minchew espera que o novo modelo ajude a iluminar a mecânica do fluxo de gelo em outros sistemas, como as camadas de gelo da Antártida Ocidental.

"É possível que possamos elevar de 1 a 3 metros do nível do mar da Antártida Ocidental durante nossas vidas", diz Minchew. Esse tipo de mecanismo de cisalhamento em surtos glaciais pode desempenhar um papel importante na determinação das taxas de aumento do nível do mar que você obteria na Antártica Ocidental ".

 

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