Gelo marinho granular: porosidade, escoamento e ecossistemas polares

O gelo marinho pode parecer uma lâmina sólida e congelada, mas não tem nada de simples. Sob a superfície, está repleto de pequenos bolsões e canais de líquido salgado - e, consoante essas vias se ligam entre si ou continuam bloqueadas, o modo como o gelo se comporta pode mudar por completo.

Um novo estudo mostra que esta estrutura escondida controla a forma como a água, os nutrientes e os gases circulam através do gelo, com efeitos em cadeia para os ecossistemas polares e para a resposta do gelo marinho a um planeta em aquecimento.

Investigadores da Universidade de Utah centraram-se no gelo marinho granular - uma forma mais áspera e desorganizada, que está a tornar-se mais comum à medida que as regiões polares aquecem.

O objetivo era perceber com exatidão quando é que este tipo de gelo se torna suficientemente poroso para permitir a circulação de fluidos e como esse limiar se compara com as formas mais conhecidas de gelo marinho.

Quando o gelo marinho granular começa a escoar

Os investigadores descobriram que o gelo granular se comporta de forma muito diferente do gelo colunar, que apresenta uma estrutura cristalina mais ordenada.

No gelo colunar, o fluido começa a circular quando a salmoura representa cerca de 5 por cento do volume do gelo. No gelo granular, esse limiar é muito mais elevado, exigindo perto de 10 por cento antes de os bolsões líquidos se ligarem o suficiente para permitir o escoamento.

“Passar de cinco por cento para 10 por cento significa que é preciso o dobro da porosidade, o dobro da fração de volume de salmoura para haver escoamento”, afirmou Ken Golden, matemático da Universidade de Utah e autor principal do estudo.

Pode parecer uma diferença pequena, mas não é. O gelo granular precisa de cerca do dobro da porosidade antes de deixar de funcionar como barreira e passar a comportar-se como um sistema interligado.

Como o escoamento molda os ecossistemas

Esta diferença tem consequências reais, porque o movimento dos fluidos através do gelo marinho controla uma vasta gama de processos, incluindo o degelo.

É isso que determina se os nutrientes conseguem chegar às algas que vivem no interior do gelo e ajuda a regular a troca de gases entre o oceano e a atmosfera. Também influencia se a água de degelo é drenada ou se permanece acumulada à superfície.

“Se as algas vivem no gelo colunar em vez de viver no gelo granular, então existem condições bastante diferentes para obterem alimento e nutrientes”, disse Golden.

Isso torna a vida muito mais difícil no gelo granular. É bem mais complicado conservar nutrientes, e outros organismos - como vírus, bactérias e nemátodos - enfrentam o mesmo desafio.

As muitas formas do gelo marinho

Há anos que os cientistas sabem que o gelo marinho não é apenas água do mar congelada. É mais parecido com um material compósito complexo, no qual o gelo puro forma a estrutura principal e a salmoura líquida fica retida no interior.

“A geometria, a conectividade e a fração volumétrica destas inclusões dependem drasticamente da temperatura”, disse Golden.

“A forma como o fluido está organizado dentro do gelo depende fortemente da estrutura policristalina. Por outras palavras, as condições em que o gelo se forma são a principal distinção entre gelo colunar e gelo granular.”

O gelo colunar tende a formar-se em condições mais calmas, onde os cristais podem crescer de forma mais organizada. O gelo granular é mais provável de surgir em contextos mais agitados e turbulentos, comuns em partes da Antártida.

À medida que o clima muda, o gelo marinho está a tornar-se mais fino, mais jovem e, em muitos locais, mais granular. Isso significa que a sua canalização interna também está a mudar.

O novo estudo defende que esta mudança não pode ser tratada como um pormenor menor. A estrutura microscópica do gelo marinho pode acabar por influenciar processos muito maiores em todo o sistema polar.

Como o gelo marinho granular deixa o fluido mover-se

A capacidade do gelo marinho para permitir a circulação de fluidos - conhecida como permeabilidade - está no centro da questão. Se os bolsões de salmoura estiverem ligados, a água do mar e os nutrientes dissolvidos podem atravessar o gelo. Se não estiverem, o gelo comporta-se mais como uma parede.

Essa diferença afeta a base da teia alimentar do gelo marinho, porque as algas e outros organismos minúsculos dependem desses canais para sobreviver. Também influencia processos físicos em maior escala.

O gelo granular tem uma estrutura de permeabilidade muito diferente, o que molda a forma como os fluidos o atravessam. Isto é importante para a reposição de nutrientes, para a produção de gelo sobre neve na Antártida e para a evolução das lagoas de degelo no Ártico.

Quando o gelo marinho granular começa a escoar

O momento em que os fluidos começam a deslocar-se é crucial - porque determina quando os nutrientes deixam de circular ou regressam, quando as lagoas de degelo drenam e quando a água do mar pode percolar para cima, inundar a superfície e voltar a congelar.

Cerca de um quarto da banquisa antártica forma-se através deste modo granular, e o facto de o gelo ser granular ou colunar pode influenciar a quantidade de gelo produzida.

O trabalho anterior de Golden ajudou a estabelecer a “Regra dos Cincos” para o gelo marinho colunar, segundo a qual a permeabilidade começa por volta de 5 por cento de porosidade - normalmente cerca de 23°F (-5°C) com salinidade próxima de 5 partes por mil. No gelo granular, porém, essa regra já não se aplica.

Um caminho mais difícil para o CO2

Golden suspeitava há anos que o gelo granular teria um limiar mais elevado. Com o tempo, o trabalho de campo sugeriu que isso era provavelmente verdade, sobretudo à medida que o gelo granular se tornava mais comum no Ártico.

O novo artigo surgiu a partir de medições recolhidas na Antártida durante uma investigação a bordo do navio australiano Aurora Australis. Essas observações mostraram que, abaixo do limiar de 10 por cento de porosidade, os bolsões de salmoura no gelo granular continuam demasiado desligados para permitir o escoamento.

Essa conclusão tem implicações mais amplas. Se os gases se deslocarem com menor facilidade através do gelo, as trocas entre o oceano e a atmosfera podem ser alteradas. Se a água de degelo superficial não conseguir drenar tão bem, pode permanecer acumulada no topo durante mais tempo.

“No gelo granular, é mais difícil o CO2 atravessar o gelo”, disse Golden. “Existem condições diferentes sob as quais se obtém transporte ascendente ou transporte descendente. Isso também é importante para os microrganismos.”

Mais lagoas, mais degelo

Um dos efeitos secundários mais claros pode envolver as lagoas de degelo. Estas poças de água formam-se sobre o gelo marinho durante períodos mais quentes, quando o gelo está a derreter.

Se o gelo por baixo for permeável, parte dessa água pode escoar. Se não for, as lagoas podem manter-se no local e espalhar-se.

Isso importa porque o gelo claro reflete bem a luz solar, enquanto as lagoas de degelo mais escuras absorvem muito mais calor. Quanto mais água parada existir à superfície, menor se torna o albedo do gelo. Como resultado, o gelo absorve mais calor e aquece mais.

“O albedo da superfície pode ser muito diferente, porque pode haver 60 por cento de cobertura em vez de 40 por cento, dependendo da capacidade de drenagem”, afirmou Golden.

Em termos simples, a expansão do gelo granular pode dificultar a saída da água de degelo, permitindo a absorção de mais calor e, potencialmente, acelerando o derretimento.

Assim, o futuro do gelo marinho pode depender não só da quantidade que ainda resta, mas também do tipo de gelo em causa. Uma alteração na microestrutura pode parecer um detalhe minúsculo. No mundo polar, porém, pode moldar tudo, desde a vida microbiana até ao ritmo da perda de gelo.