Sea-level contribution from Thwaites Glacier doubles in an observation-constrained ice-sheet model

Resumen Técnico: La contribución del Glaciar Thwaites al nivel del mar se duplica en un modelo de capa de hielo restringido por observaciones

Planteamiento del problema
El Glaciar Thwaites en la Antártida Occidental es un contribuyente primario a la pérdida de masa antártica y una fuente crítica de incertidumbre en las proyecciones del aumento del nivel del mar en el futuro. Su rápido retroceso es impulsado por el derretimiento inducido por el océano en la línea de apoyo, donde el hielo anclado transiciona a plataformas de hielo flotantes. Si bien estudios previos han destacado el papel de las cálidas Aguas Profundas Circumpolares (CDW, por sus siglas en inglés) en la erosión de la base del hielo, los modelos de capas de hielo existentes tienen dificultades para reproducir simultáneamente las tendencias históricas de retroceso, adelgazamiento y aceleración del glaciar. Una deficiencia clave identificada es el tratamiento de la línea de apoyo como un límite nítido y discreto entre el hielo anclado y el flotante. Este enfoque ignora las intrusiones de agua de mar a escala de kilómetros debajo del hielo anclado, observadas recientemente mediante satélite, que crean una "zona de apoyo" dinámica caracterizada por un derretimiento activo. Además, las parametrizaciones estándar de derretimiento suelen forzar las tasas de fusión a cero en la línea de apoyo, lo que contradice las observaciones que sugieren que el derretimiento es sustancial y potencialmente dominante dentro de esta zona.

Metodología
Los autores utilizaron el Modelo de Sistema de Capa de Hielo y Nivel del Mar (ISSM, por sus siglas en inglés) para simular la evolución del Glaciar Thwaites desde 1996 hasta 2023 y proyectar su comportamiento hacia el año 2100. El estudio introdujo una nueva parametrización para representar explícitamente una "zona de apoyo con derretimiento activo" que se extiende tierra adentro desde la línea de flotación. En este marco, la zona de apoyo se define como una región de longitud $L$ donde las tasas de derretimiento basal disminuyen linealmente desde un valor máximo en la línea de apoyo hasta cero en la distancia de intrusión.

El modelo fue inicializado para representar el estado de mediados de la década de 1990, incorporando una corrección localizada de +100 m en la topografía del lecho en las regiones de hielo flotante para asegurar la consistencia con la posición observada de la línea de apoyo de 1996. El estudio empleó un enfoque de calibración bayesiana para evaluar el modelo contra tres registros observacionales independientes: velocidad superficial, espesor del hielo y posición de la línea de apoyo. La calibración varió dos parámetros clave: la tasa de derretimiento submarino ($\dot{m}$) y la longitud de la zona de apoyo ($L$). Se realizó un conjunto de hindcast de 105 simulaciones para identificar el espacio de parámetros conjunto que minimiza el desajuste con las tendencias históricas. Tras la calibración, las configuraciones con mejor desempeño se extendieron hasta el 2100 bajo un escenario de forzamiento climático constante (promediado de 1996–2023) para aislar el impacto de la física de la zona de apoyo de las incertidumbres del calentamiento oceánico futuro.

Result resultados clave

1. Reconstrucción de tendencias históricas: El modelo reprodujo con éxito el retroceso, el adelgazamiento y la aceleración observados del Glaciar Thwaites durante el período de 25 años solo cuando la zona de apoyo se representó como una región de 2 a 5 km de ancho con tasas de derretimiento de aproximadamente 110 m año⁻¹. Las simulaciones que trataron la línea de apoyo como un límite discreto requirieron tasas de derretimiento irrealmente altas (150 m año⁻¹) y aun así no lograron capturar la magnitud del adelgazamiento y la aceleración observados a mediados de la década de 2000.
2. Compensaciones de parámetros: El análisis bayesiano reveló una relación compensatoria entre la longitud de la zona de apoyo y la tasa de derretimiento. Sin embargo, se encontró que las simulaciones sin una zona de apoyo eran cuatro veces menos propensas a reproducir las tendencias históricas que aquellas con una zona de apoyo de varios kilómetros.
3. Proyecciones futuras y desanclaje: Bajo un forzamiento climático constante, la longitud de la zona de apoyo emergió como el predictor dominante de si el glaciar se desprendería de la cresta estabilizadora de Mouginot.
   • Los modelos sin zona de apoyo o con una zona estrecha de 1 km no retrocedieron más allá de la cresta para el 2100.
   • Los modelos con una zona de apoyo de 2 a 3 km predijeron una probabilidad del 45% de desanclaje para el 2100.
   • Los modelos consistentes con las observaciones satelitales recientes (zona de apoyo de 4 a 6 km) mostraron una probabilidad de ~60% de cruzar la cresta para el 2100, con un desanclaje potencialmente posible tan temprano como en 2038.
4. Contribución al nivel del mar: El estudio proyecta que una longitud de zona de apoyo de 5±1 km (consistente con observaciones recientes de alta resolución) resulta en una contribución al nivel medio global del mar de 30.1 ± 5.7 mm para el 2100. Esto es aproximadamente el doble de la proyección media del Proyecto de Intercomparación de Modelos de Capas de Hielo para el CMIP6 (ISMIP6) bajo el mismo escenario de forzamiento constante (15.2 ± 21.8 mm) y representa un aumento del 130% sobre la media de ISMIP6.

Significancia y afirmaciones
El artículo afirma que resolver explícitamente las zonas de apoyo de escala kilométrica y de derretimiento activo altera fundamentalmente tanto la capacidad de modelado de hindcast como de pronóstico para el Glaciar Thwaites. Al calibrar el modelo contra múltiples restricciones observacionales independientes, los autores demuestran que los procesos de la zona de apoyo gobiernan el desprendimiento de las crestas topográficas estabilizadoras, un mecanismo previamente subrepresentado en los modelos.

Los autores sostienen que sus hallazgos establecen un sólido punto de referencia para la capacidad de proyección, mostrando que la extensión de la zona de apoyo ejerce un control más fuerte sobre el retroceso y el desanclaje que las variaciones moderadas en el forzamiento térmico. En consecuencia, el estudio argumenta que las zonas de apoyo con derretimiento activo deben incorporarse sistemáticamente en los modelos de capas de hielo regionales y continentales, incluyendo los marcos de intercomparación internacionales, para reducir la incertidumbre en la contribución de la Antártida al aumento futuro del nivel del mar. El artículo enfatiza que, si bien las simulaciones de hielo-océano totalmente acopladas son ideales, el enfoque actual de calibrar tasas de derretimiento efectivas contra cambios de estado observados proporciona una vía confiable para reducir la incertidumbre de las proyecciones.