Fantasmas bajo el hielo

Tal vez hayan leído en algunos medios (por ejemplo) que los rusos han llegado al Lago Vostok. Parece que la noticia ha sido algo apresurada y no he encontrado ninguna fuente fiable que la confirme (1) pero, a pesar de todo, sirve para preguntarse de qué va eso y qué mérito tiene llegar a un lago. La clave es que ese lago está en un sitio muy especial: sobre la superficie de la Antártida y bajo más de 4 km de hielo.
(1) Parece que la confirmación ha llegado (en ruso).

En 1996 se confirmó la existencia del Lago Vostok, de 250 km de largo, 40 de ancho y más de 900 m de profundidad máxima. Aunque la primera evidencia, procedente de radiosondeos, databa de los años 70, su peculiar situación dificultaba su identificación.

Satélites
El lago fue "visto" en los datos del altímetro radar trasportado por el satélite ERS-1 (European Remote Sensing-1). Las propiedades físicas del hielo en esta zona lo hacen casi transparente a las señales del radar lo que permite avistar formaciones subglaciales tan profundas como esta aunque su huella sea tan fantasmal como la que ven en la figura inferior. Posteriormente se han utilizado otros satélites (Radarsat, por ejemplo) que han confirmado su existencia y se han realizado perfiles radar desde la superficie.

El fantasma del Lago Vostok aparece en las imágenes del radar del satélite ERS-1

Perfiles radar donde se representan los ecos que definen las capas internas de hielo y se ve la fuerte reflexión sobre la superficie del lago (línea azul), mucho mayor que sobre la roca (línea roja); en blanco se representa la perforación 5G. La imagen proviene de una presentación de M. Studinger (2006).

En la superficie, cuatro km más arriba y a unos 1300 km del Polo Sur, está la Estación Vostok que dió nombre al lago y cuya ubicación fue decidida en la Expedición Soviética a la Antártida de 1957. Las temperaturas medias en este lugar son de -55 ºC y ostenta un record dificil de superar de -89.2 ºC en julio de 1983.

Estación Vostok (imagen)

Perforaciones
Desde 1970 se han realizado perforaciones para rescatar largos testigos de hielo. La más profunda, que se sepa, fue la perforación llamada 5G que llegó a extraer un testigo de 3623 m de longitud. Los primeros 3309 m de hielo, de origen meteórico, han aportado información paleoclimática de los últimos 420 mil años. Los siguientes 230 m (hasta los 3539), aunque también meteóricos, están muy deformados por el contacto con el lecho de roca y son inútiles para ese análisis. Finalmente, los últimos 84 m son muy diferentes geoquímicamente y parecen provenir de la congelación del agua del lago al contacto con la parte inferior de la cubierta de hielo.
En algunos trabajos se plantea que el lago ha estado aislado de la atmósfera desde hace más de 10 millones de años. ¿Cómo puede ser si el hielo a un centenar de metros sobre el lago "sólo" tiene 420000 años? El motivo es que los 4 km de hielo sobre el lago se mueven, fluyen lentamente (unos 3 m/año) arrastrando a su paso la parte congelada por contacto. Se ha estimado que contenido completo del lago es "barrido" cada 55000 años. Si esto es cierto debería existir una fuente, por ahora desconocida, de renovación del agua "arrastrada".

¿Vida?
En este escenario de aislamiento, oscuridad, altas presiones (350 atm) y bajas temperaturas cabe preguntarse si el lago contiene vida. Lógicamente, si existen microorganismos en el lago no pueden ser fotosintéticos sino que deberían aprovechar alguna fuente de energía química o geotérmica.
Hasta el momento sólo se han analizado muestras procedentes de los testigos de hielo de acreción (el formado por contacto con el agua del lago). En estos testigos se encontró que la cantidad de bacterias era baja (100-600 por ml) pero detectable y permanente. Más de un 75%, cultivadas a temperaturas más altas, mostraron un crecimiento que manifiestó su viabilidad. Los cultivos y el análisis de ADNr han permitido identificar algunos grupos de bacterias como Proteobacteria (alfa, beta y gamma), Firmicutes, Actinobacteria (Actinomycetes) y Bacteroidetes (ver imágenes aquí). Otras secuencias refuerzan la posibilidad de energía geotérmica en el fondo del lago ya que son muy similares a las de organismos termófilos conocidos.

Contaminación
Las dudas sólo se disiparán cuando se extraigan muestras directamente del lago. Una nueva perforación más profunda ya fue propuesta (y pospuesta) por Rusia desde hace años. Aunque técnicamente no existen problemas insalvables para hacerlo, el proyecto amenaza con contaminar las supuestamente vírgenes y aisladas aguas del lago. La potencial contaminación no es banal ya que la larga perforación contiene unas 60 toneladas de un fluido mezcla de keroseno y freón que, además, está repleto de bacterias del exterior.
El final de la moratoria fue anunciado el año pasado por Valeri Lukin, director del Instituto de Rusia del Ártico y la Antártida. Su intención era reutilizar la antigua perforación, que se ha mantenido abierta en estos años, para profundizar los últimos metros y llegar al lago. En el 2007 apenas consiguieron avanzar unos 15 m debido a la dureza del hielo y las averías mecánicas. En 2008 planeaban bajar otros 50 m pero no se conoce si lo hicieron.
La última noticia es que hace unos días han llegado al famoso lago pero no es posible encontrar una confirmación oficial con datos fiables. ¿Qué información nos dará el análisis de los microorganismos del lago? No lo sabemos pero si han estado realmente aislados durante unos millones de años la comparación de su ADN dará mucho trabajo a los genetistas y será sin duda apasionante.

Al día de hoy se han localizado unos 145 lagos subglaciales aunque Vostok sigue siendo el mayor. Probablemente hay muchos más y ninguno de ellos ha sido aún muestreado directamente.

Lagos subglaciales (de aquí)

Calentamiento antártico

La figura de abajo muestra los cambios de temperatura en ºC por década estimados a partir de medidas tomadas tanto por estaciones en superficie como desde satélites. En síntesis y según los autores del trabajo, la Antártida se ha calentado una media de 0.1 ºC por década desde 1957, con una subida acumulada de 0.5 ºC a nivel general y de algo más de 0.8 ºC en la Antártida Oeste (zonas en rojo, próximas a la Península Antártica). La tendencia no es homogénea y en la Antártida Este no se ha encontrado ninguna variación significativa mientras que la zona del Polo Sur parece haberse enfriado en las últimas décadas. En la imagen, los datos de temperatura se han superpuesto a una base topográfica generada por el Radarsat y la extensión de hielo corresponde a mayo de 2008.

Imagen tomada de aquí (tendencia en ºC/década)

De los datos existentes ya se conocía el evidente calentamiento de la Península Antártica aunque todo hacía suponer que era un fenómeno local, tanto más porque el interior del continente estaba aparentemente enfriándose. Los resultados de este trabajo no contradicen eso pero muestran que el calentamiento afecta a una zona más amplia de la Antártida Oeste, no sólo a la Península. Las tendencias en el resto del continente son de una magnitud mínima y pueden considerarse no significativas con la información disponible actualmente.
¿Cómo se ha hecho este trabajo? Pues intentando resolver el problema de que en la Antártida hay unas estaciones terrestres mal distribuidas aunque con largos registros, mientras que los satélites cubren bien toda la zona con buena resolución pero sólo desde hace relativamente pocos años. Los autores han establecido correlaciones entre ambas series de medidas para acabar estimando los "huecos" existentes en las series y rellenando zonas no cubiertas por las estaciones. Así han elaborado mapas de los últimos 50 años que cubren toda la Antártida. La técnica es interesante: se llama regEM de regularized expectation maximization y han desarrollado un módulo para usarlo en Matlab. Se supone que las técnicas usadas han permitido paliar los dos problemas básicos del asunto: la escasez y pésima distribución de las estaciones meteorológicas disponibles y el control de las incertidumbres que se propagan a lo largo de todo el proceso.
Los autores insisten en que sus resultados no contradicen que parte de la Antártida esté enfriándose ni cuestionan la hipótesis de que el calentamiento de la zona Oeste se deba a un incremento general en la velocidad del cinturón de vientos del Oeste (que, por cierto, ya comentamos en este blog en otro contexto).

La imagen superior ha sido portada de Nature esta semana.

El algoritmo regEM está descrito en

Schneider, T., 2001: Analysis of incomplete climate data: Estimation of mean values and covariance matrices and imputation of missing values. Journal of Climate, 14, 853–871.

Peluches

No he hablado en este blog de los viajes de Shackleton, un vacío injustificable. Para abrir boca les dejo aquí dos fotografías extraídas del fondo que aloja Topfoto que espero despierten sus más tiernos instintos.

El oficial de navegación Hubert Hudson con dos pollos de pingüino emperador durante la expedición a la Antártida de 1914-1916.

A Tom Cream, miembro de la tripulación del Endurance, le tocará cuidar a los cachorros nacidos durante la expedición de 1914-1916.

Vientos del Oeste (2)

¿Recuerdan esta figura? La puse en un post anterior donde hablaba de Vito Dumas y su inverosímil vuelta al mundo. Y también comentaba que la imagen provenía de un satélite llamado Quikscat que, con apenas 110 W, escaneaba continuamente los océanos para darnos datos de velocidad y rumbo del viento (diarios y gratuitos).


La figura representa la velocidad del viento en el hemisferio Sur, con la Antártida en el centro. La banquisa y las zonas terrestres aparecen en negro: pueden reconocer Sudamérica abajo a la izquierda, Australia arriba a la derecha y África y Madagascar asomando arriba a la izquierda.
La zona oscura central es la suma del hielo continental y oceánico con lo se puede seguir la extensión de la banquisa día a día desde que el satélite fue lanzado a mediados de 1999 (¿alguien se anima?).
Las velocidades están representadas en una gama de grises desde el negro (calmas) hasta el blanco (30 m/s o más).
En aquel post comenté la zona blanca en el Cabo de Hornos, de cuyas dificultades dan fe los testimonios literarios y los pecios en el fondo del mar. También estaba claro el cinturón de vientos llamados los 40 rugientes, por cuyo borde hizo el viaje Vito Dumas. Pero quedaban por explicar los fortísimos vientos justo al borde de la banquisa, rodeados por zonas más calmas. Hace unos días, de casualidad, encontré la razón.
El fenómeno ocurre en realidad en muchos lugares montañosos: durante el día, el Sol calienta las laderas y estas, por proximidad, el aire en contacto con ellas. Al calentarse el aire se hace más ligero y acaba por remontar ladera arriba en forma de brisa cálida. Por la noche, las laderas se enfrían por radiación y la capa de aire adyacente baja de temperatura. El aire frío, pesado, desciende ladera abajo acumulándose al final en los valles inferiores y facilitando las heladas de inversión que se acompañan frecuentemente de nieblas. Una vez sufrí un episodio que ilustra bien el fenómeno. Acampamos en el fondo de una dolina, donde se abría una cueva que queríamos explorar al día siguiente. Por la noche hizo un frío sorprendentemente intenso que apenas nos dejó dormir. Al amanecer fue suficiente con subir una centena de metros por las paredes de la dolina para que la temperatura subiera espectacularmente y, de paso, descubrir nuestra estupidez.
Se trata de los llamados vientos catabáticos, vientos de gravedad por los cuales el aire frío fluye sobre el terreno como un río hasta “desembocar” en las llanuras o en el mar.
En la Antártida, el símil debería ser más bien como un torrente o un tsunami porque se han medido vientos catabáticos de más de 300 km/h. En BBC Weather podemos leer un resumen:

But one of the strongest katabatic winds we experience on this planet blows in the Antarctic. Here the lowest layers of the air, sitting on some of the high plateaux, come into contact with the cold dense ice sheet. The air cools to very low temperatures and spills over the mountain ridges as a katabatic wind. These Antarctic winds have been measured at over 200 miles and hour and are some of the strongest winds measured on our planet at ground level, outside those in some tornadoes.

Los vientos catabáticos en esta zona son enormemente violentos no sólo por las bajísimas temperaturas sino por los grandes desniveles ya que la Antártida tiene 2500 m de altura media, una pista de aceleración magnífica porque, además, no hay árboles ni ningun otro obstáculo que retarde el flujo. El resultado es que en algunas bases científicas la velocidad media anual del viento supera los 70 km/h. Mal sitio para vivir, especialmente si la situación se adereza con episodios como el descrito en la estación Dumont d'Urville donde en 1993 se registró un periodo de vientos catabáticos de diez días durante los cuales la velocidad no bajó de 150 km/h. Como dicen en esa página, los tornados pueden ser más violentos pero desde luego no tan persistentes.
Para terminar, un recuerdo a Douglas Mawson, que trabajó en la medida sistemática del clima antártico. Fue él que que dio los primeros datos sobre estos huracanes de gravedad, tal vez porque plantó su “laboratorio” en el peor sitio posible: la Commonwealth Bay, el mejor observatorio de vientos catabáticos del mundo. Su libro The Home of the Blizzard, está disponible en Proyecto Gutemberg.

Sobre la Antártida sólo una frase: Antarctica is the coldest, highest, windiest, driest, and iciest continent on earth"(de aquí)

• Temperatura mínima absoluta: -89.4 ºC (-129 ºF) en Vostok, 21 de julio de 1983 (temperatura mínima absoluta mundial).
• Elevación media: 2500 m
• Viento: lo dicho, registro de vientos de 360 km/h (200 mph) en la Commonwealth Bay.
• Precipitación: la precipitación media no llega a los 5 l/(m².año)
• Hielo: en la Tierra de Wilkes se ha medido una capa de hielo de 4776 m de espesor.