Dados robóticos ajudam a explicar os buracos misteriosos

Polynya do mar de Weddell, initally 3.700 milhas quadradas, 2017. A imagem de satélite da NASA da cor falsa mostra o gelo no azul, nuvens no branco. (Foto: Scripps Institution of Oceanography)

O gelo do inverno na superfície do Mar de Weddell na Antártida ocasionalmente desenvolve um enorme buraco. Em 2016 e 2017, um desses buracos despertou intensa curiosidade dos cientistas e da mídia.

Embora tenham sido formadas brechas maiores décadas antes, essa foi a primeira vez que os oceanógrafos tiveram a chance de monitorar verdadeiramente a lacuna inesperada no gelo marinho do inverno antártico. Foi uma oportunidade que surgiu como resultado de um timing incomum e do conhecimento de um oceanógrafo experiente do mar.

Um novo estudo de co-autoria de pesquisadores do Scripps Institution of Oceanography da Universidade da Califórnia em San Diego combina imagens de satélite da cobertura de gelo do mar e dados coletados por vagabundos robóticos e até selos equipados com sensores para melhor entender o fenômeno. A pesquisa conduzida pela Universidade de Washington (UW) explora por que esse buraco aparece apenas alguns anos e que papel ele poderia desempenhar na circulação oceânica maior.

O estudo, publicado em 10 de junho na revista Nature , aborda uma região considerada crucial para o clima por oceanógrafos. Acredita-se que o Oceano Austral tenha um papel fundamental nas correntes oceânicas globais e nos ciclos de carbono, mas seu comportamento é pouco compreendido. Abriga algumas das tempestades mais ferozes do planeta, com ventos que sopram ininterruptamente em torno da Antártida na escuridão de 24 horas do inverno polar. O estudo sugere que os fenômenos que esses ventos põem em movimento podem ter implicações para o clima em todo o mundo.

"Nós achamos que esse grande buraco no gelo marinho - conhecido como polynya - era algo raro, talvez um processo que havia sido extinto. Mas os eventos de 2016 e 2017 nos forçaram a reavaliar isso", disse o principal autor Ethan Campbell, um estudante de doutorado da UW em oceanografia. "As observações mostram que os polínias recentes se abriram de uma combinação de fatores: um sendo as incomuns condições oceânicas, e o outro sendo uma série de tempestades muito intensas que rodopiaram sobre o Mar de Weddell com ventos quase de furacão".

Uma "polynya", palavra russa que significa "buraco no gelo", pode se formar perto da costa enquanto o vento empurra o gelo. Mas também pode parecer distante da costa e permanecer por semanas a meses, onde funciona como um oásis para pinguins, baleias e focas aparecerem e respirarem.

Este local específico, longe da costa da Antárctida, tem frequentemente pequenas aberturas e já viu grandes polinianos. As maiores polynas conhecidas naquele local foram em 1974, 1975 e 1976, logo após o lançamento dos primeiros satélites, quando uma área do tamanho da Nova Zelândia permaneceu sem gelo durante três invernos na Antártida consecutivos, apesar das temperaturas do ar muito abaixo de zero.

O novo estudo utilizou observações do projeto Carbono e Observações do Clima do Oceano Austral e Modelagem, ou SOCCOM, que vem implementando instrumentos desde 2014 que se deslocam com as correntes para monitorar as condições da Antártida. A chave para o sucesso do projeto foi a seleção de locais no Mar de Weddell, onde os instrumentos foram implantados. No final de 2014, a oceanógrafa Lynne Talley, da Scripps, uma das cientistas-chefe da SOCCOM, escolheu o local em parte devido a uma característica distinta - uma montanha submersa conhecida como Maud Rise. A equipe de pesquisa lançou versões modificadas de carros alegóricos originalmente construídos para Argo - uma rede de quase 4.000 robôs que coletam dados fundamentais para profundidades de 2.000 metros (6.500 pés) em todo o mundo. Essas unidades especializadas - conhecidas como flutuadores biogeoquímicos Argo - possuem instrumentação adicional que permite medições relacionadas à atividade biológica.

Um co-autor do estudo, Talley disse que ela alvejou a área de Maud Rise porque ela sabia que estava associada a fenômenos climáticos interessantes. Ela sabia que havia uma boa chance de que a física oceânica ao redor da montanha pudesse arrastar os carros alegóricos ao redor da montanha, o que poderia levar a uma abundância de dados.

"Mas não tínhamos a menor ideia de que o maior evento desde meados da década de 1970 ocorreria exatamente quando colocamos esses carros alegóricos", acrescentou ela.

Por acaso, a formação da poliana gigante ocorreu em 2016, quando os carros alegóricos ainda estavam presentes na região para capturar o evento. Uma imagem de satélite da NASA em agosto daquele ano revelou uma lacuna de 33.000 quilômetros quadrados que apareceu por três semanas. Uma diferença ainda maior que cresceu para 50.000 quilômetros quadrados (19.000 milhas quadradas) apareceu em setembro e outubro de 2017.

"Reconhecendo a importância da região de Maud Rise para o clima, Lynne garantiu que os carros alegóricos da Argo estavam presentes na área como parte do projeto SOCCOM", disse Matt Mazloff, pesquisador do Scripps, co-autor do artigo. “Os dados de flutuação permitiram um estudo completo das causas e impactos desta abertura de cobertura de gelo, bem como uma nova compreensão dos eventos históricos.”

O estudo utilizou outros dados do Argo, bem como dados coletados por elefantes marinhos equipados com tags que o transmitem de volta à costa, estações meteorológicas, reanálise atmosférica e décadas de imagens de satélite.

"Este estudo mostra que este polynya é realmente causado por uma série de fatores que todos têm que se alinhar para que isso aconteça", disse o co-autor Stephen Riser, professor de oceanografia da UW. "Em qualquer ano você pode ter várias dessas coisas acontecendo, mas a menos que você consiga todas elas, então você não recebe um polynya."

O estudo mostra que quando os ventos que cercam a Antártida se aproximam da costa, eles promovem uma mistura mais forte de águas no Mar de Weddell. Naquela região, Maud Rise força a água do mar em torno dela e deixa um vórtice giratório acima. Dois instrumentos SOCCOM ficaram presos no vórtice acima de Maud Rise e registraram anos de observações lá.

A análise mostra que, quando a superfície do oceano é especialmente salgada, como foi observado em 2016, as fortes tempestades de inverno podem provocar uma queda na circulação, na qual as águas mais quentes e salgadas das profundezas são levadas para a superfície. Há ar frio e torna mais denso do que a água abaixo. À medida que a água afunda, águas profundas relativamente mais quentes, de cerca de 1 ℃ (34 ℉), substituem-na na superfície, criando um circuito de retroalimentação onde o gelo não pode se re-formar.

“A mistura que Ethan encontrou sobre Maud Rise também mistura nutrientes e contribuiu para um florescimento de clorofila grande e precoce que foi medido pelos flutuadores biogeoquímicos da SOCCOM”, disse Talley, “então temos muito mais para descobrir e entender sobre este evento.”

Impulsionada pela mudança climática, espera-se que a água doce das geleiras derretidas e outras fontes tornem a camada superficial do Oceano Antártico menos densa, o que pode significar menos polínias no futuro. Mas o novo estudo questiona essa suposição. Muitos modelos mostram que os ventos que circundam a Antártica se tornarão mais fortes e se aproximarão da costa. O novo artigo sugere que isso encorajaria a criação de mais polynyas, e não menos.

Estas são as primeiras observações para provar que até mesmo um polynya menor como o de 2016 move a água da superfície até o fundo do oceano.

"Essencialmente, é uma virada de todo o oceano, em vez de uma injeção de água superficial em uma viagem só de ida da superfície até a profundidade", disse o co-autor Earle Wilson, que concluiu recentemente seu doutorado em oceanografia na UW.

Uma maneira pela qual uma poliana de superfície influencia o clima é através de águas profundas conhecidas como Antártica. Onde e como a água profunda é criada afeta suas características, e isso teria um efeito cascata em outras correntes oceânicas importantes.

"Neste momento, as pessoas acham que a maior parte da água do fundo está se formando na plataforma antártica, mas essas grandes polynas no mar poderiam ter sido mais comuns no passado", disse Riser. "Precisamos melhorar nossos modelos para que possamos estudar esse processo, o que poderia ter implicações climáticas de maior escala."

Polínyas grandes e duradouros também podem afetar a atmosfera, porque a água profunda contém carbono de formas de vida que afundaram durante séculos e se dissolveram durante a descida. Quando essa água atinge a superfície, o carbono pode ser liberado.

"Esse reservatório de carbono foi trancado por centenas de anos e, em um polinésio, pode ser ventilado na superfície por meio dessa mistura realmente violenta", disse Campbell. "Um grande evento de emissão de carbono poderia realmente prejudicar o sistema climático se isso acontecesse por vários anos seguidos".

“Esse polnya foi um evento significativo, com importantes implicações em relação às mudanças climáticas. Foi graças a sabedoria de Lynne para implantar carros alegóricos durante o Maud Rise que foi tão bem documentado ”, disse Mazloff. "Além deste estudo, outras análises estão começando a surgir, o que é um testemunho da importância do evento e da quantidade de informações que coletamos graças à SOCCOM."

Outros co-autores do artigo são Kent Moore, da Universidade de Toronto, que foi Presidente Visitante da Canada Fulbright 2016-17 em Estudos Árticos na UW; e Casey Brayton, da Universidade da Carolina do Sul, que iniciou seu trabalho no projeto como parte do programa de bolsa de estudos de verão (SURF) da Scripps.

A SOCCOM é financiada pela National Science Foundation. A Campbell recebeu apoio do Departamento de Defesa através do programa de pós-graduação em Ciência e Engenharia de Defesa Nacional. O financiamento adicional é da NSF, da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica, da UW e da Oceanografia Scripps.

- Adaptado da Universidade de Washington