Novo modelo revela calor escondido no gelo marinho

Uma nova teoria matemática aplicada poderá melhorar a nossa compreensão do modo como o gelo marinho afeta o clima global, melhorando potencialmente a precisão das previsões climáticas.

Os autores de um novo artigo publicado na revista Proceedings of the Royal Society A oferecem novas perspetivas sobre a forma como o calor atravessa o gelo marinho, um fator crucial na regulação do clima polar da Terra.

Noa Kraitzman, professor catedrático de Matemática Aplicada na Macquarie University e principal autor do estudo, afirma que a investigação aborda uma lacuna fundamental na atual modelização do clima.

“O gelo marinho cobre cerca de 15% da superfície do oceano durante a estação mais fria, quando se encontra na sua grande maioria”, afirma Kraitzman. “É uma camada fina que separa a atmosfera e o oceano e é responsável pela transferência de calor entre os dois”, acrescenta.

O gelo marinho atua como um cobertor isolante sobre o oceano, refletindo a luz solar e moderando a troca de calor. À medida que as temperaturas globais aumentam, compreender o comportamento do gelo marinho tornar-se-á cada vez mais importante para prever as alterações climáticas.

O estudo centra-se na condutividade térmica do gelo marinho, um parâmetro crítico utilizado em muitos modelos climáticos globais. O movimento da salmoura líquida no interior do gelo marinho, que pode potencialmente aumentar o seu transporte de calor, não foi tido em conta nos modelos anteriores.

Kraitzman diz que a estrutura única do gelo marinho, juntamente com a sua dependência sensível da temperatura e da salinidade, significa que é um desafio medir e prever as suas propriedades, especificamente a sua condutividade térmica.

“Quando se olha para o gelo marinho em pequena escala, o que o torna interessante é a sua estrutura complexa, porque é constituído por gelo, bolhas de ar e inclusões de salmoura”, explica.

“Quando a atmosfera acima do oceano se torna extremamente fria, abaixo dos 30 graus Celsius negativos, enquanto a água do oceano permanece a cerca de dois graus negativos, isto cria uma grande diferença de temperatura e a água congela de cima para baixo”.

“À medida que a água congela rapidamente, empurra o sal para fora, criando uma matriz de gelo de água puramente congelada que captura bolhas de ar e bolsas de água muito salgada, chamadas inclusões de salmoura, rodeadas de gelo quase puro”, adianta.

Estas inclusões densas de salmoura são mais pesadas do que a água doce do oceano, o que resulta num fluxo convectivo no interior do gelo, criando grandes “chaminés” por onde sai o sal líquido.

Previsões mais exatas das condições futuras nas regiões polares

A investigação baseia-se em trabalhos de campo anteriores realizados por Trodahl em 1999, que sugeriram pela primeira vez que o fluxo de fluidos no interior do gelo marinho poderia aumentar a sua condutividade térmica. A equipa de Kraitzman forneceu agora provas matemáticas deste fenómeno.

“A nossa matemática mostra definitivamente que esse aumento deve ser esperado quando se inicia o fluxo convectivo no interior do gelo marinho”, afirma raitzman.

O modelo também oferece uma forma de relacionar as propriedades térmicas do gelo marinho com a sua temperatura e teor de sal, permitindo que os resultados teóricos sejam comparados com as medições.

Especificamente, fornece uma ferramenta para ser utilizada em modelos climáticos de grande escala, potencialmente conduzindo a previsões mais exatas das condições futuras nas regiões polares.

O gelo marinho no Ártico tem vindo a diminuir rapidamente nas últimas décadas. Esta perda pode levar a um ciclo de retroação: à medida que mais água escura do oceano é exposta, absorve mais luz solar, levando a um maior aquecimento e à perda de gelo.

A perda de gelo marinho pode afetar os padrões meteorológicos, a circulação oceânica e os ecossistemas marinhos muito para além das regiões polares.

Kraitzman afirma que compreender a condutividade térmica do gelo marinho é importante para prever o seu futuro.

Os investigadores referem que, embora o seu modelo forneça um quadro teórico, é necessário mais trabalho experimental para integrar estes resultados em modelos climáticos de grande escala.

O estudo foi realizado por matemáticos da Universidade de Macquarie, na Austrália, da Universidade de Utah e do Dartmouth College, em New Hampshire, nos EUA.

Foi apoiado por fundos da Fundação Nacional de Ciência dos EUA