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Cambio Climático

Analizar núcleos de hielo para comprender el clima de hace 1,5 millones de años

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Los científicos están perforando el hielo de la Antártida para entender mejor el papel del CO2 en los ciclos climáticos de la Tierra

  • por Christian Elliott | traducido por
  • 23 Agosto, 2023

Con rapidez y cuidado y dos capas de guantes, Florian Krauss coloca un cubo de hielo en un cilindro chapado en oro que brilla en rojo a la luz del láser de puntería. Retrocede para admirar la máquina, cubierta de cables y medidores, que convierte el hielo polar en datos climáticos.

Si se tratara de un fragmento real de hielo de un millón de años de antigüedad de la Antártida y no de un cubito de prueba, luego sellaría el recipiente de extracción al vacío y encendería el láser principal de 150 megavatios, lo que provocaría la sublimación lenta de toda la muestra de hielo hasta convertirla en gas. Para Krauss, estudiante de doctorado en la Universidad de Berna (Suiza), esto desvelaría sus secretos, dejando al descubierto las concentraciones de gases de efecto invernadero como el CO2  atrapados en su interior.

Para comprender mejor el papel del CO2 en los ciclos climáticos de la Tierra, los científicos recurren desde hace tiempo a los núcleos de hielo perforados en la Antártida, 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 cápsulas diminutas del tiempo. Tras analizar esas burbujas y el resto del hielo, como el polvo y los isótopos del agua, los científicos pueden relacionar las concentraciones de gases de efecto invernadero con las temperaturas de hace 800.000 años.

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Image: Fischer (derecha) y Krauss con su aparato LISE. Foto de cortesía.

Ya en su tercer año, la iniciativa europea Beyond EPICA (Proyecto Europeo de Extracción de Núcleos de Hielo en la Antártida) espera 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 periodo que marcó un cambio importante en la frecuencia de las oscilaciones climáticas de la Tierra: ciclos de repetición de periodos glaciares y cálidos.

Perforar con éxito un núcleo tan antiguo -una tarea que lleva años- podría ser la parte fácil. 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 incluidas, así que necesitábamos encontrar una nueva forma de extraer el aire del hielo", explica.

La fusión no es una opción porque el CO2 se disuelve fácilmente en el agua. Tradicionalmente, los científicos han utilizado métodos de extracción mecánica, triturando muestras de capas individuales de hielo para liberar el aire. Pero la trituración no sería eficaz para el hielo de Beyond EPICA en el congelador de almacenamiento de la universidad, que se mantiene a 50 °C bajo cero. El hielo más antiguo del fondo del núcleo estará tan comprimido y las capas anuales serán tan finas que las burbujas 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 sólo un metro de hielo", afirma Hubertus Fischer, jefe del grupo científico de núcleos de hielo y clima del pasado de Berna. Es una centésima parte del grosor de cualquier núcleo de hielo.

El nuevo método que Krauss y Fischer están desarrollando se llama DeepSLice (hay un menú de pizzas pegado en el lateral del aparato, justo debajo de las etiquetas de advertencia láser, regalo de una pizzería australiana con el mismo nombre). DeepSLice consta de dos partes. El Dispositivo de Extracción por Sublimación Inducida por Láser, o LISE por sus siglas en inglés, ocupa media sala del laboratorio del equipo. LISE dirige un láser infrarrojo cercano de forma continua a una porción de 10 centímetros de núcleo de hielo para que pase directamente de sólido a gas a una presión y temperatura extremadamente bajas. A continuación, el gas sublimado se congela en seis tubos de inmersión metálicos enfriados a 15 K (-258 °C), cada uno de los cuales contiene el aire de un centímetro de núcleo de hielo. Por último, las muestras se cargan en un espectrómetro de absorción 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. Otra gran ventaja de este sistema es que requiere mucho menos hielo (y trabajo) que el método anterior de análisis, en el que los científicos medían el metano fundiendo hielo (no se disuelve en agua) y medían el CO2 moliendo hielo.

DeepSLice ofrece "una capacidad única que nadie más tiene", afirma Christo Buizert, científico especializado en núcleos de hielo de la Universidad Estatal de Oregón y director de análisis de hielo de COLDEX (Centro de Exploración de los Hielos más Antiguos), equivalente estadounidense de Beyond EPICA, que en la actualidad se encuentra en una "carrera amistosa" con los europeos para perforar un núcleo continuo de hielo 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", explica Buizert. "Es algo muy prometedor, porque se consigue extraer el 100% de los gases, pero es muy difícil. Así que el hecho de que hayan conseguido hacerlo funcionar es muy impresionante".

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

"Nuestros últimos resultados nos han demostrado que vamos por buen camino y, de hecho, hemos conseguido la precisión que queríamos", afirma Krauss. "Así que estoy seguro de que estará listo".

Christian Elliott es periodista científico y medioambiental residente en Chicago.

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