Un nuevo estudio revela nuevos conocimientos sobre el flujo del hielo antártico
Un nuevo trabajo revela la física que conduce los movimientos a gran escala de la capa de hielo de la Antártida y podría ayudar a mejorar las predicciones sobre cómo cambiará el continente en el futuro.
A medida que el planeta se calienta, la capa de hielo de la Antártida se derrite, contribuyendo así al aumento del nivel del mar en todo el planeta. La Antártida contiene suficiente agua congelada como para elevar el nivel del mar global en 58 metros, por lo que predecir con precisión cómo se moverá y se derretirá ahora y en el futuro es vital para proteger las zonas costeras.
Pero la mayoría de los modelos climáticos tienen dificultades para simular con precisión el movimiento del hielo antártico debido a la escasez de datos y la complejidad de las interacciones entre el océano, la atmósfera y la superficie congelada.
En un artículo publicado en Science, investigadores de la Universidad de Stanford utilizaron el aprendizaje automático para analizar por primera vez datos de teledetección de alta resolución sobre los movimientos del hielo en la Antártida.
Su trabajo revela parte de la física fundamental que rige los movimientos a gran escala de la capa de hielo de la Antártida y podría ayudar a mejorar las predicciones sobre cómo cambiará el continente en el futuro.
"Una enorme cantidad de datos observacionales se ha vuelto ampliamente disponible en la era de los satélites", dijo Ching-Yao Lai, profesor asistente de geofísica en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford y autor principal del artículo.
Los científicos combinamos ese extenso conjunto de datos observacionales con un aprendizaje profundo basado en la física para obtener nuevos conocimientos sobre el comportamiento del hielo en su entorno natural.
Dinámica de la capa de hielo
La capa de hielo de la Antártida, la masa de hielo más grande de la Tierra y casi el doble del tamaño de Australia, actúa como una esponja para el planeta, manteniendo estables los niveles del mar al almacenar agua dulce en forma de hielo.
Para comprender el movimiento de la capa de hielo antártica, que se reduce cada año a un ritmo mayor, los modelos existentes se han basado tradicionalmente en suposiciones sobre el comportamiento mecánico del hielo derivadas de experimentos de laboratorio. Sin embargo, el hielo antártico es mucho más complejo de lo que se puede simular en el laboratorio, afirmó Lai.
El hielo formado a partir del agua de mar tiene propiedades diferentes al hielo formado a partir de nieve compactada, y las capas de hielo pueden contener grandes grietas, bolsas de aire u otras inconsistencias que afectan el movimiento.
"Estas diferencias influyen en el comportamiento mecánico general, el llamado modelo constitutivo, de la capa de hielo de maneras que no se capturan en los modelos existentes o en un entorno de laboratorio", dijo Lai.
Lai y sus colegas no intentaron capturar cada una de estas variables individuales. En su lugar, construyeron un modelo de aprendizaje automático para analizar los movimientos a gran escala y el espesor del hielo registrado con imágenes satelitales y radares de aviones entre 2007 y 2018.
Los investigadores pidieron que el modelo se ajustara a los datos de teledetección y cumpliera con varias leyes de física existentes que rigen el movimiento del hielo, utilizándolo para derivar nuevos modelos constitutivos para describir la viscosidad del hielo (su resistencia al movimiento o al flujo).
Compresión vs. deformación
Los investigadores se centraron en cinco de las plataformas de hielo de la Antártida: plataformas flotantes de hielo que se extienden sobre el océano desde glaciares terrestres y retienen la mayor parte del hielo glacial de la Antártida.
Descubrieron que las partes de las plataformas de hielo más cercanas al continente están siendo comprimidas, y los modelos constitutivos en estas áreas son bastante consistentes con los experimentos de laboratorio.
Sin embargo, a medida que el hielo se aleja del continente, comienza a ser arrastrado hacia el mar. La tensión provoca que el hielo en esta zona presente diferentes propiedades físicas en distintas direcciones, como por ejemplo, que un tronco se parta con mayor facilidad a lo largo de la veta que a lo ancho, un concepto denominado anisotropía.
"Nuestro estudio revela que la mayor parte de la plataforma de hielo es anisotrópica", afirmó el primer autor del estudio, Yongji Wang, quien realizó el trabajo como investigador postdoctoral en el laboratorio de Lai.
La zona de compresión —la parte cercana al hielo en tierra— solo representa menos del 5 % de la plataforma de hielo. El 95 % restante es la zona de extensión y no sigue la misma ley.
Comprender con precisión los movimientos de las capas de hielo en la Antártida será cada vez más importante a medida que aumenten las temperaturas globales: el aumento del nivel del mar ya está incrementando las inundaciones en zonas bajas e islas, acelerando la erosión costera y empeorando los daños causados por huracanes y otras tormentas severas.
Hasta ahora, la mayoría de los modelos han asumido que el hielo antártico posee las mismas propiedades físicas en todas las direcciones. Los investigadores sabían que esto era una simplificación excesiva (los modelos del mundo real nunca replican a la perfección las condiciones naturales), pero el trabajo de Lai, Wang y sus colegas demuestra de forma concluyente que los modelos constitutivos actuales no capturan con precisión el movimiento de la capa de hielo observado por satélite.
"La gente había pensado en esto antes, pero nunca se había validado", dijo Wang, quien ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Nueva York.
"Ahora, basándonos en este nuevo método y el riguroso razonamiento matemático que lo sustenta, sabemos que los modelos que predicen la evolución futura de la Antártida deberían ser anisotrópicos".
Referencia
Wang et al, Deep learning the flow law of Antarctic ice shelves, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp3300