Identifican fondo del permafrost ártico

Usando un cable de fibra óptica en la costa norte de Alaska, científicos del Sandia National Laboratories creen haber identificado el fondo del permafrost marino a unos 400 metros de profundidad.

También han encontrado otra zona con cantidades inusualmente grandes de hielo, según sus hallazgos, que presenta Christian Stanciu, director del proyecto, en la reunión de otoño de la AGU (American Geiphysical Union).

Su objetivo es determinar la estructura sísmica de kilómetros de fondo marino ártico. Gracias a una técnica emergente, pueden detectar zonas del lecho marino en las que el sonido viaja más rápido que en el resto, normalmente debido a la presencia de más hielo. Según Stanciu, geofísico de Sandia, han identificado varias zonas con mucho hielo.

Los científicos también utilizaron el cable para determinar las temperaturas en el tramo de fondo marino y controlaron los cambios de temperatura a lo largo de las estaciones. Estos datos, distintos de todos los recogidos hasta ahora, se introdujeron en un modelo informático para deducir la distribución del permafrost submarino, explica Jennifer Frederick, geocientífica computacional.

«Una de las innovaciones de este proyecto es que ahora podemos utilizar una sola fibra para obtener datos acústicos y de temperatura –explica Stanciu–. Hemos desarrollado un nuevo sistema para recoger a distancia ambos tipos de datos utilizando un solo hilo de fibra. Estamos obteniendo resultados interesantes».

Según Frederick, a medida que se descongela la materia viva que se congeló durante la última glaciación, los microbios empiezan a digerirla y a producir gases residuales como metano y dióxido de carbono. Los científicos están estudiando la magnitud del banquete microbiano que yace congelado en el Ártico y el impacto que esos gases podrían tener en el clima mundial.

Para estudiar el permafrost del fondo marino ártico, los investigadores utilizaron impulsos de luz láser disparados por un cable submarino de fibra óptica de telecomunicaciones enterrado frente a la costa de Alaska, que discurre hacia el norte desde Oliktok Point. Las pequeñas imperfecciones del cable hacían que la luz rebotara en un sistema sensor. Captando esta luz en dos longitudes de onda, o colores, y comparándolas, los investigadores pudieron determinar la temperatura del cable en cada metro, señala Frederick. Es lo que se denomina detección distribuida de la temperatura.

Observando la luz en una longitud de onda distinta, los investigadores podían detectar si el cable había sido tensado por el paso de una onda sonora. La llamada detección acústica distribuida proporcionó información sobre la estructura del fondo marino a profundidades de entre una y tres millas, explica Stanciu.

Con este método, los científicos creen haber identificado el fondo del permafrost marino a unos 400 metros de profundidad. También encontraron otra zona con cantidades inusualmente grandes de hielo, posiblemente consistente con un pingo o «grano de hielo», una colina abovedada formada por hielo que empuja hacia arriba, añadió. El análisis de los datos de las mediciones fue realizado principalmente por Brandon Herr, becario de Sandia.

«El hecho de que podamos controlar continuamente la temperatura nos permite detectar cambios de un año a otro y de una estación a otra –subraya Frederick–. Estamos buscando específicamente puntos cálidos inexplicables. Creemos que podremos ver zonas de filtraciones del fondo marino, algo así como manantiales que salen de la tierra, pero en el fondo del mar. Nos interesan porque son portadores de fluidos más profundos, ricos en carbono, y son un indicio de calentamiento y cambio».

Sandia lleva más de 25 años recogiendo datos climáticos del norte de Alaska. El proyecto de investigación actual se inició hace aproximadamente un año y se basa en el trabajo previo sobre el mismo cable de fibra óptica realizado por los geofísicos de Sandia Rob Abbott y Michael Baker. Este proyecto está financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigidos por Laboratorios de Sandia.

Una innovación reciente del equipo de Stanciu es un sistema plenamente operativo que permite la recogida de datos a distancia casi en tiempo real. Esto minimiza el tiempo y el coste del viaje a Oliktok y el riesgo de perder datos cuando el sistema está desatendido, señala Stanciu. Los datos acústicos y de temperatura no pueden recogerse al mismo tiempo, pero ahora es posible recoger uno u otro de forma continua.

Uno de los retos que resolvió el equipo durante el primer año del proyecto fue determinar cómo calibrar los datos de temperatura del cable de fibra óptica, explica Frederick. Normalmente, los sistemas de detección de temperatura distribuida se construyen con sistemas de autocomprobación, como la fibra que se dobla sobre sí misma para redundar, o con termómetros incorporados. Sin embargo, como el equipo está utilizando una fibra oscura de telecomunicaciones, necesitaban modelos computacionales para validar los cambios estacionales de temperatura que detectaban. El análisis de los datos fue realizado principalmente por Ethan Conley, becario de Sandia.

Frederick utiliza los datos de la detección distribuida de temperatura y los resultados de la modelización de la detección acústica distribuida para proporcionar restricciones a un código de modelización geofísica desarrollado por Sandia. El código modela líquidos y gases que fluyen a través de suelos subterráneos. Frederick utiliza este código para modelizar 100.000 años de historia geológica del tramo estudiado del fondo marino ártico, incluida la temperatura media de la era glacial más reciente y cuánto ha subido el nivel del mar. Los resultados del modelo son mapas de la distribución actual del permafrost submarino.

Según Frederick, las limitaciones del sistema de interrogación que utiliza el equipo, como la potencia del láser y la sensibilidad de los sensores, impiden a los científicos recoger datos a más de 18-25 millas de la costa. Con las mejoras del sistema, espera poder ampliar la distancia.

«Este proyecto tiene muchas partes diferentes –destaca Frederick–. Yo analizo la temperatura y Christian la acústica para obtener un modelo del subsuelo. En realidad, se necesitan todas estas piezas para tener una idea general de la distribución actual del permafrost y saber si se están produciendo cambios, como filtraciones, y cómo influyen en el panorama general de las emisiones de gases de efecto invernadero». Poder utilizar nuevas herramientas y llevarlas al extremo para ver qué podemos aprender es realmente genial».