Líquido preso no gelo marinho pode acelerar o seu derretimento.

O gelo marinho pode parecer uma camada sólida e congelada, mas não há nada de simples nele. Por baixo da superfície, está repleto de pequenos bolsos e canais de líquido salgado - e, consoante esses percursos se liguem ou permaneçam obstruídos, o comportamento do gelo pode mudar por completo.

Um novo estudo mostra que esta estrutura oculta controla a forma como a água, os nutrientes e os gases se deslocam através do gelo, com efeitos em cascata para os ecossistemas polares e para a forma como o gelo marinho responde a um planeta em aquecimento.

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

O objetivo foi perceber exatamente quando este tipo de gelo se torna poroso o suficiente para permitir a passagem de fluidos e de que modo esse limiar se compara com formas de gelo marinho mais conhecidas.

Quando o gelo granular começa a fazer escoar fluidos

Os investigadores concluíram que o gelo granular se comporta de maneira muito diferente do gelo colunar, que apresenta uma estrutura cristalina mais organizada.

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 bastante mais elevado, exigindo perto de 10 por cento antes de os bolsos líquidos se interligarem o suficiente para permitir o fluxo.

“Passar de cinco por cento para 10 por cento significa que é necessária o dobro da porosidade, o dobro da fração volumétrica de salmoura para haver fluxo”, disse 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 uma barreira e passar a comportar-se como um sistema interligado.

Como o fluxo molda os ecossistemas

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

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 fusão escoa ou se fica acumulada à superfície.

“Se as algas estiverem a viver em gelo colunar em vez de viverem em gelo granular, então existirão condições muito diferentes para obterem alimento e nutrientes”, disse Golden.

Isto torna a vida muito mais difícil no gelo granular. É muito mais complicado preservar nutrientes, e outros organismos - como vírus, bactérias e nemátodes - enfrentam o mesmo problema.

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, em que 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 dramaticamente da temperatura”, afirmou Golden.

“A forma como o fluido está organizado no interior 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 propenso a desenvolver-se 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 alteração 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 permite a passagem de fluidos no gelo marinho

A capacidade do gelo marinho para deixar o fluido mover-se através dele - conhecida como permeabilidade - está no centro da questão. Se os bolsos de salmoura estiverem ligados entre si, 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 diminutos dependem destes caminhos para sobreviver. Também influencia processos físicos em maior escala.

O gelo granular tem uma estrutura de permeabilidade muito diferente, o que condiciona a forma como os fluidos se deslocam através dele. Isto é importante para a reposição de nutrientes, para a produção de gelo sobre neve na Antártida e para a evolução das poças de fusão no Ártico.

Quando o gelo começa a fazer escoar fluidos

O momento em que os fluidos começam a mover-se é crucial - determina quando os nutrientes são interrompidos ou voltam a circular, quando as poças de fusão drenam e quando a água do mar pode infiltrar-se 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 Cinco” para o gelo marinho colunar, em que a permeabilidade começa com cerca de 5 por cento de porosidade - normalmente por volta 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 foi sugerindo que isso era provavelmente verdade, sobretudo à medida que o gelo granular se tornava mais comum no Ártico.

O novo artigo resultou de medições feitas na Antártida durante investigação a bordo do navio australiano Aurora Australis. Essas observações mostraram que, abaixo do limiar de 10 por cento de porosidade, os bolsos de salmoura no gelo granular permanecem demasiado desligados entre si para haver fluxo.

Essa conclusão tem implicações mais amplas. Se os gases se deslocarem com menos facilidade através do gelo, as trocas entre o oceano e a atmosfera podem ser alteradas. Se a água de fusão à superfície não conseguir drenar tão bem, poderá manter-se acumulada no topo durante mais tempo.

“No gelo granular, é mais difícil para 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 seres microbianos.”

Mais poças, mais fusão

Um dos efeitos secundários mais claros pode envolver as poças de fusão. Estes reservatórios de água formam-se no topo do gelo marinho durante períodos mais quentes e de derretimento.

Se o gelo por baixo for permeável, parte dessa água pode drenar. Se não for, as poças podem manter-se e alastrar.

Isto importa porque o gelo claro reflete bem a luz solar, enquanto as poças de fusão mais escuras absorvem muito mais calor. Quanto maior for a quantidade de água parada 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, consoante a capacidade de drenagem”, disse Golden.

Em termos simples, a expansão do gelo granular pode tornar mais difícil a saída da água de fusão, permitindo que seja absorvido mais calor e podendo acelerar o derretimento.

Assim, o futuro do gelo marinho pode depender não só da quantidade que ainda existe, mas também do tipo de gelo em causa. Uma mudança 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.