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Ciência06/05/2022

Descoberto sistema gigante de águas subterrâneas sob o gelo da Antártida

A autora principal do estudo, Chloe Gustafson, e a alpinista Meghan Seifert instalam instrumentos geofísicos para medir as águas subterrâneas abaixo da corrente de gelo Whillans, na Antártida Ocidental. Crédito: Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory

06/05/22 - 08h37min

Muitos cientistas dizem que a água líquida é a chave para entender o comportamento da forma congelada encontrada nas geleiras. Sabe-se que a água derretida lubrifica suas bases de cascalho e acelera sua marcha em direção ao mar. Nos últimos anos, pesquisadores na Antártida descobriram centenas de lagos e rios líquidos interconectados aninhados no próprio gelo. E eles visualizaram bacias espessas de sedimentos sob o gelo, potencialmente contendo os maiores reservatórios de água de todos. Mas até agora, ninguém confirmou a presença de grandes quantidades de água líquida em sedimentos abaixo do gelo, nem estudou como ela pode interagir com o gelo.

Agora, uma equipe mapeou pela primeira vez um enorme sistema de águas subterrâneas que circula ativamente em sedimentos profundos na Antártida Ocidental. Eles dizem que tais sistemas, provavelmente comuns na Antártida, podem ter implicações ainda desconhecidas sobre como o continente congelado reage ou possivelmente contribui para as mudanças climáticas. A pesquisa foi publicada na revista Science.

“As pessoas levantaram a hipótese de que poderia haver águas subterrâneas profundas nesses sedimentos, mas até agora, ninguém fez nenhuma imagem detalhada”, disse a principal autora do estudo, Chloe Gustafson, que fez a pesquisa como pós-graduanda no Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Columbia (EUA). “A quantidade de água subterrânea que encontramos foi tão significativa que provavelmente influencia os processos do fluxo de gelo. Agora temos que descobrir mais e calcular como incorporá-la aos modelos.”

Deficiência

Os cientistas há décadas voam com radares e outros instrumentos sobre o manto de gelo da Antártida para obter imagens de características do subsolo. Entre muitas outras coisas, essas missões revelaram bacias sedimentares imprensadas entre gelo e rocha. Mas a geofísica aerotransportada geralmente pode revelar apenas os esboços de tais características, não o conteúdo de água ou outras características. Em uma exceção, um estudo de 2019 dos Vales Secos de McMurdo, na Antártida, foram usados instrumentos transportados por helicóptero para documentar algumas centenas de metros de águas subterrâneas subglaciais abaixo de cerca de 350 metros de gelo. Mas a maioria das bacias sedimentares conhecidas da Antártida são muito mais profundas, e a maior parte de seu gelo é muito mais espesso, além do alcance de instrumentos aéreos. Em alguns lugares, os pesquisadores perfuraram o gelo em sedimentos, mas penetraram apenas nos primeiros metros. Assim, os modelos de comportamento do manto de gelo incluem apenas sistemas hidrológicos dentro ou logo abaixo do gelo.

Esta é uma grande deficiência: a maior parte das extensas bacias sedimentares da Antártida fica abaixo do nível atual do mar, encravada entre o gelo terrestre e as plataformas flutuantes de gelo marinho que margeiam o continente. Acredita-se que elas se formaram no fundo do mar durante os períodos quentes, quando os níveis do mar eram mais altos. Se as plataformas de gelo recuassem em um clima em aquecimento, as águas oceânicas poderiam invadir novamente os sedimentos, e as geleiras atrás delas poderiam avançar e elevar o nível do mar em todo o mundo.

Os pesquisadores do novo estudo se concentraram na corrente de gelo Whillans, de quase 100 quilômetros de largura, uma das meia dúzia de correntes em movimento rápido que alimentam a plataforma de gelo Ross, a maior do mundo, com aproximadamente o tamanho das áreas dos estados de São Paulo e do Piauí somadas. Pesquisas anteriores revelaram um lago subglacial dentro do gelo e uma bacia sedimentar que se estende abaixo dele. Perfurações rasas no primeiro pé de sedimentos encontraram água líquida e uma próspera comunidade de micróbios. Mas o que está mais abaixo tem sido um mistério.

No fim de 2018, um avião LC-130 da Força Aérea dos EUA deixou Gustafson, junto com a geofísica do Lamont-Doherty Kerry Key, o geofísico da Colorado School of Mines Matthew Siegfried e a alpinista Meghan Seifert, na Whillans. Sua missão: mapear melhor os sedimentos e suas propriedades usando instrumentos geofísicos colocados diretamente na superfície. Longe de qualquer ajuda se algo desse errado, eles levariam seis exaustivas semanas de viagem, cavando na neve, plantando instrumentos e executando inúmeras outras tarefas.

Sedimentos em muita água

A equipe usou uma técnica chamada imagem magnetotelúrica, que mede a penetração na Terra de energia eletromagnética natural gerada no alto da atmosfera do planeta. Gelo, sedimentos, água doce, salgada e rochosa conduzem energia eletromagnética em diferentes graus; medindo as diferenças, os pesquisadores podem criar mapas semelhantes à ressonância magnética dos diferentes elementos. A equipe plantou seus instrumentos em poços de neve por um ou dois dias, depois os desenterrou e os realocou, eventualmente fazendo leituras em cerca de quatro dúzias de locais. Eles também reanalisaram as ondas sísmicas naturais que emanam da terra que foram coletadas por outra equipe, para ajudar a distinguir o leito rochoso, sedimento e gelo.

Sua análise mostrou que, dependendo da localização, os sedimentos se estendem abaixo da base do gelo de meio quilômetro a quase dois quilômetros antes de atingir o leito rochoso. E eles confirmaram que os sedimentos estão carregados com água líquida por todo o caminho. Os pesquisadores estimam que, se todo ele fosse extraído, formaria uma coluna de água de 220 a 820 metros de altura – pelo menos 10 vezes mais do que nos sistemas hidrológicos rasos dentro e na base do gelo –, e talvez muito mais do que isso.

A água salgada conduz energia melhor do que a água doce, então eles também conseguiram mostrar que a água subterrânea se torna mais salina com a profundidade. Key disse que isso faz sentido, porque se acredita que os sedimentos tenham sido formados em um ambiente marinho há muito tempo. As águas oceânicas provavelmente atingiram pela última vez o que é hoje a área coberta pela Whillans durante um período quente, cerca de 5 mil a 7 mil anos atrás, saturando os sedimentos com água salgada. Quando o gelo voltou a avançar, a água fresca derretida produzida pela pressão de cima e pelo atrito na base do gelo foi evidentemente forçada para os sedimentos superiores. Provavelmente continua a filtrar e misturar-se hoje, disse Key.

Os pesquisadores dizem que essa drenagem lenta de água doce para os sedimentos pode impedir que a água se acumule na base do gelo. Isso poderia atuar como um freio no movimento para a frente do gelo. Medições feitas por outros cientistas na linha de aterramento da corrente de gelo – o ponto onde a corrente de gelo terrestre encontra a plataforma de gelo flutuante – mostram que a água lá é um pouco menos salgada do que a água do mar normal. Isso sugere que a água doce está fluindo através dos sedimentos para o oceano, abrindo espaço para a entrada de mais água derretida e mantendo o sistema estável.

Dúvidas a pesquisar

No entanto, dizem os pesquisadores, se a superfície do gelo fosse fina – uma possibilidade distinta à medida que o clima esquenta –, a direção do fluxo de água poderia ser revertida. As pressões sobrejacentes diminuiriam e as águas subterrâneas mais profundas poderiam começar a brotar em direção à base de gelo. Isso poderia lubrificar ainda mais a base do gelo e aumentar seu movimento para a frente. (A Whillans já move o gelo em direção ao mar cerca de um metro por dia – muito rápido para o gelo glacial.) Além disso, se a água subterrânea profunda fluir para cima, ela poderia transportar o calor geotérmico gerado naturalmente no leito rochoso; isso poderia descongelar ainda mais a base do gelo e impulsioná-lo para a frente. Mas se isso vai acontecer, e em que medida, não está claro.

“Em última análise, não temos grandes restrições à permeabilidade dos sedimentos ou à velocidade com que a água fluiria”, disse Gustafson. “Faria uma grande diferença gerar uma reação descontrolada? Ou a água subterrânea é um participante menor no grande esquema do fluxo de gelo?”

A presença conhecida de micróbios nos sedimentos rasos adiciona outra dúvida, dizem os pesquisadores. Essa bacia e outras são provavelmente habitadas mais abaixo; e se a água subterrânea começar a subir, traria o carbono dissolvido usado por esses organismos. O fluxo lateral das águas subterrâneas enviaria então parte desse carbono para o oceano. Isso possivelmente transformaria a Antártida em uma fonte de carbono até agora não considerada em um mundo que já está nadando nela. Mas, novamente, a questão é se isso produziria algum efeito significativo, disse Gustafon.

O novo estudo é apenas um começo para abordar essas questões, dizem os pesquisadores. “A confirmação da existência da dinâmica das águas subterrâneas profundas transformou nossa compreensão do comportamento das correntes de gelo e forçará a modificação dos modelos de águas subglaciais”, escrevem eles.

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