Núcleos de hielo de la Antártida revelan el clima de la Tierra de hace millones de años

El fragmento de hielo, una vez sellado al vacío en el contenedor, es sometido a la acción de un láser de 150 megavatios que provoca la sublimación lenta de toda la muestra hasta convertirla en gas, operación que permite determinar las concentraciones de gases efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO2) atrapado en su interior.

A los científicos que llevan adelante el programa, el procedimiento les permite comprender mejor el rol del CO2 en los climáticos de la Tierra. Para hacerlo recurren desde hace tiempo a los núcleos de hielo perforados en el continente austral, donde las capas de nieve se acumulan y compactan durante cientos de miles de años, atrapando muestras de aire antiguo en un entramado de burbujas que sirven como diminutas cápsulas del tiempo.

“Tras analizar las burbujas y el resto del hielo, como el polvo y los isótopos del agua, podemos relacionar las concentraciones de gases de efecto invernadero con las temperaturas de hace 800.000 años”, explica Florian Krauss, estudiante del doctorado en la Universidad de Berna, Suiza.

La iniciativa se propuso un objetivo: recuperar el núcleo más antiguo hasta la fecha, que data de hace 1,5 millones de años. De este modo, el registro climático se extendería hasta la transición del Pleistoceno Medio, un misterioso período que marcó un cambio importante en la frecuencia de las oscilaciones climáticas de la Tierra, dando lugar a ciclos glaciares y cálidos.

La tarea no es sencilla. Perforar con éxito un núcleo tan antiguo lleva años. Ni siquiera es la fase más simple. A continuación, los científicos deben liberar el aire atrapado en el hielo. Krauss y sus colegas están desarrollando una forma innovadora de hacerlo. “No nos interesa el hielo en sí, sino las muestras de aire, así que necesitábamos encontrar una nueva forma de extraer el aire del hielo”, explica.

Hasta el momento, los investigadores utilizaron métodos de extracción mecánica. Por ejemplo, triturando las muestras de capas individuales de hielo para liberar el aire. Sin embargo, según los integrantes de Beyond EPICA, ese método no era el mejor.

En el congelador de almacenamiento de la universidad, que se mantiene a -50°C, el hielo más antiguo del fondo del núcleo esta tan comprimido y las capas anuales son tan finas que las burbujas de aire no serían visibles. Se habrían introducido en la red de cristales de hielo, formando una nueva fase llamada clatrato.

“En el fondo, nos esperan 20.000 años de historia climática comprimidos en apenas un metro de hielo”, dice Hubertus Fischer, jefe del grupo científico. El nuevo método que Krauss y Fischer desarrollan se llama DeepSLice y el mecanismo que lo hace posible es el Dispositivo de Extracción por Sublimación Inducida por Láser (LISE, por sus siglas en inglés).

Se trata de láser infrarrojo que permite que el hielo pase directamente del estado sólido a gas a una presión y una temperatura extremadamente bajas. A continuación, el gas sublimado se congela en seis tubos de inmersión metálicos enfriados a -258°C, cada uno de los cuales contiene el aire de un centímetro de núcleo de hielo.

Finalmente, las muestras se cargan en un espectrómetro hecho a medida y basado en tecnología láser de cascada cuántica, que dispara fotones a través de la muestra de gas para medir simultáneamente las concentraciones de CO2, metano y óxido nitroso.

La gran ventaja del sistema es que requiere mucho menos hielo y trabajo que el método anterior de análisis, en el que los científicos medían las concentraciones de metano y CO2 fundiendo y moliendo el hielo en casa caso.

“DeepSLice ofrece una capacidad única”, afirma Christo Buizert, científico especializado en núcleos de hielo de la Universidad Estatal de Oregón y director de análisis de hielo del Centro de Exploración de los Hielos más Antiguos (COLDEX), equivalente al programa estadounidense de Beyond EPICA, que en la actualidad se encuentra en una “carrera amistosa” con los europeos para alcanzar la meta de obtener un núcleo continuo de 1,5 millones de años de antigüedad.

“Lo que intentan hacer, sublimar el hielo, es algo que se lleva intentando mucho tiempo, pero es una de las formas más difíciles de extraer gases del hielo”, señala Buizert. “Es algo muy prometedor, porque se consigue extraer la totalidad de los gases atrapados. Sin embargo, es muy difícil. Así que el hecho de que hayan conseguido hacerlo funcionar es muy impresionante”, agrega el investigador.

Krauss y Fischer estiman que todavía tienen unos tres años por delante antes de trabajar esa sección crítica de hielo. Aún quedan cosas por pulir, como la forma de recapturar las muestras del espectrómetro para realizar análisis adicionales. Ambos creen que estarán listos cuando por fin llegue la muestra más antigua nunca conseguida en contenedores congeladores en un barco desde la Antártida vía Italia.

“Nuestros últimos resultados nos demostraron que vamos por buen camino y, de hecho, conseguimos la precisión que queríamos, así que estoy seguro de que todo estará listo cuando llegue la muestra”, afirma Krauss.

Hasta el momento, los equipos que trabajan durante el verano austral en la Antártida perforaron los primeros 808 metros de un núcleo de hielo previsto de 2700 metros de profundidad. Una tarea que comenzó hace ya dos décadas, cuando la comunidad científica internacional se propuso recuperar dos o más núcleos de hielo que se remontan a 1,5 millones de años.

“Queremos obtener núcleos de hielo que datan de ciclos climáticos de hace 40.000 años”, dice Eric Wolff, profesor de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge y coordinador de las asociaciones internacionales para perforar hielo antiguo. “La idea es ver qué pasó con el dióxido de carbono y descubrir por qué cambiaron los ciclos climáticos en la Tierra”, agrega.

“Es la única forma de medir directamente los niveles antiguos de CO2”, señala Edward Brook, paleoclimatólogo, también de la Universidad Estatal de Oregón y director científico del COLDEX. “Pero no se trata sólo de obtener una mejor perforación más profunda. El desafío es descubrir dónde se conserva el hielo más antiguo”, dice Brook, quien explica que el hielo siempre fluye y en la mayoría de los lugares el más antiguo desapareció.

Con la llegada del próximo verano austral, las perforadoras cilíndricas volverán a funcionar. El taladro descenderá para retirar un nuevo núcleo de hielo que aportará las muestras con las que trabajarán los laboratorios de los programas Beyond EPICA y COLDEX en busca de datos que aporten un mejor entendimiento del cambio climático pasado y actual.

(Con información de agencias)