Água subterrânea descoberta em sedimentos enterrados profundamente sob o gelo da Antártida

A autora principal, 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

O estudo comprova o valor das técnicas eletromagnéticas em um novo ambiente polar.

Pesquisadores fizeram a primeira detecção de água subterrânea sob uma corrente de gelo da Antártida. A descoberta confirma o que os cientistas já suspeitavam, mas não conseguiram verificar até agora.

Os cientistas precisam de dados de todas as partes do manto de gelo da Antártida para entender como o sistema funciona e como ele muda ao longo do tempo em resposta ao clima. A pesquisa fornece um vislumbre de uma parte anteriormente inacessível e inexplorada da camada de gelo da Antártida e melhora a compreensão dos cientistas de como isso pode afetar o nível do mar.

“Os fluxos de gelo são importantes porque canalizam cerca de 90% do gelo da Antártida do interior para as margens”, disse Chloe Gustafson, pesquisadora de pós-doutorado na Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego. A água subterrânea na base dessas correntes de gelo pode afetar a forma como elas fluem, influenciando potencialmente a forma como o gelo é transportado para fora do continente antártico.

Embora a equipe tenha captado apenas uma corrente de gelo, existem muitas outras na Antártida. “Isso sugere que provavelmente há água subterrânea sob mais correntes de gelo da Antártida”, disse Gustafson.

Uma equipe de cientistas da Oceanografia Scripps e[{” attribute=””>Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory led the project. Gustafson and six co-authors reported their findings in the May 6, 2022, issue of the journal Science.

“It’s been a hypothesis from our understanding of how the planet works that there’s groundwater under Antarctica, but we haven’t been able to measure it before,” said study co-author Helen Amanda Fricker, a Scripps glaciologist and co-director of the Scripps Polar Center.

The researchers measured the groundwater during the 2018-2019 field season by using a ground-based geophysical electromagnetic (EM) method called magnetotellurics. The method uses variations in Earth’s electric and magnetic fields to measure subsurface resistivity. This study was the first time the method had been used to search for groundwater beneath a glacial ice stream.

Vídeo de lapso de tempo mostrando a equipe de campo instalando uma estação magnetotelúrica no Lago Subglacial Whillans, na Antártida Ocidental.

“Esta técnica normalmente não tem sido usada em ambientes polares”, disse Fricker. “Esta é uma boa demonstração do poder da técnica e do quanto ela pode trazer ao nosso conhecimento não apenas da Antártida, mas também da Groenlândia e de outras regiões glaciares.”

A técnica tem sido usada na Antártida desde a década de 1990, mas esses estudos foram destinados a imagens de características crustais profundas em profundidades bem abaixo de 10 quilômetros (6,2 milhas). Os estudos tiveram o efeito, no entanto, de demonstrar que os cientistas também podem usar magnetotelúricos no gelo e na neve, disse Gustafson.

“Pegamos o exemplo deles e o aplicamos a uma questão rasa de hidrologia, a cinco quilômetros (3,1 milhas) do ambiente sub-gelo.”

Na última década, técnicas eletromagnéticas aerotransportadas foram usadas para obter imagens de águas subterrâneas rasas nos 100 a 200 metros superiores (328 a 656 pés) abaixo de algumas geleiras finas e áreas permanentemente congeladas dos Vales Secos de McMurdo. Mas essas técnicas só podem ver através de cerca de 350 metros (1.148 pés) de gelo.

A Whillans Ice Stream, onde Gustafson e colegas coletaram os dados, mede cerca de 800 metros (2.625 pés) de espessura. Seus novos dados preenchem uma grande lacuna entre os conjuntos de dados profundos e superficiais anteriores.

Chloe Gustafson fez parte de uma equipe de quatro pessoas que passou seis semanas acampando no gelo e na neve coletando dados na Whillans Ice Stream de novembro de 2018 a janeiro de 2019. Juntos, eles superaram os desafios de trabalhar em condições de campo antárticas, incluindo abaixo de zero temperaturas e ventos fortes.

“Fizemos imagens do leito de gelo até cerca de cinco quilômetros e até mais fundo”, disse Kerry Key, professor associado de ciências da terra e ambientais da Universidade de Columbia e ex-aluno de Oceanografia da Scripps.

“Minha esperança é que as pessoas comecem a ver o eletromagnetismo como parte do kit de ferramentas geofísicas padrão da Antártida”, disse Gustafson.

o Ciência O estudo foi baseado em sinais magnetotelúricos gerados naturalmente, coletados passivamente para medir variações na resistividade elétrica.

“Isso nos diz sobre as características das águas subterrâneas porque a água doce vai aparecer muito diferente em nossas imagens do que a água salgada”, disse Gustafson.

Aumentando as medições EM foram os dados de imagens sísmicas fornecidos pelo co-autor Paul Winberry, da Central Washington University. Esses dados confirmaram a existência de sedimentos espessos enterrados sob gelo e neve ao longo das 60 milhas que separavam as pesquisas magnetotelúricas da equipe de campo.

Os pesquisadores calcularam que, se pudessem espremer a água subterrânea dos sedimentos para a superfície, formaria um lago que variava de 220 a 820 metros (722 a 2.690 pés) de profundidade.

“O Empire State Building até a antena tem cerca de 420 metros de altura”, disse Gustafson. “Na parte rasa, nossa água subiria até a metade do Empire State Building. Na extremidade mais profunda, são quase dois Empire State Buildings empilhados um em cima do outro. Isso é significativo porque os lagos subglaciais nesta área têm de dois a 15 metros de profundidade. Isso é como um a quatro andares do Empire State Building.”

A água subterrânea pode existir sob condições semelhantes em outros planetas ou luas que estão liberando calor de seus interiores, disse Key.

“Você pode imaginar uma tampa congelada sobre um interior líquido, sejam sedimentos completamente líquidos ou saturados de líquido”, disse ele. “Você pode pensar no que vemos na Antártida como potencialmente análogo ao que você pode encontrar na Europa ou em alguns outros planetas ou luas cobertos de gelo.”

A existência de águas subterrâneas subglaciais também tem implicações para a liberação de quantidades significativas de carbono que foram anteriormente armazenadas por comunidades de micróbios adaptadas à água do mar.

“O movimento das águas subterrâneas significa que há potencial para mais carbono sendo transportado para o oceano do que consideramos anteriormente”, disse Gustafson, que concluiu seu doutorado sob a supervisão de Key em Columbia em 2020.

Para mais informações sobre esta pesquisa, veja Cientistas descobrem sistema de águas subterrâneas massivas em sedimentos abaixo do gelo antártico.

Referência: “Um sistema de águas subterrâneas salinas dinâmicas mapeado sob uma corrente de gelo antártica” por Chloe D. Gustafson, Kerry Key, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. Venturelli e Alexander B. Michaud, 5 maio de 2022, Ciência.
DOI: 10.1126/science.abm3301

A National Science Foundation e o Consórcio de Pesquisa de Métodos Eletromagnéticos da Universidade de Columbia apoiaram este estudo como parte do projeto Acesso Científico Subglacial Antarctic Lakes. Os co-autores incluíram o ex-aluno de Oceanografia da Scripps, Matthew Siegfried e Ryan A. Venturelli, da Colorado School of Mines; e Alexander B. Michaud, Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, Maine.