Tectonically inherited shelf bathymetry mediates ice-ocean interaction in Lützow-Holm Bay, East Antarctica

El fondo del océano bajo las plataformas de hielo de la Antártida no es una llanura plana y sin rasgos distintivos. Es un paisaje esculpido por fuerzas antiguas y remodelado por el movimiento del hielo, lleno de fosas profundas y crestas poco profundas que actúan como porteros para el agua que fluye debajo del hielo. Esta topografía submarina es crítica porque controla cómo el agua cálida del océano profundo alcanza la base de los glaciares. Cuando esta agua cálida, conocida como Agua Circumpolar Profunda modificada, fluye hacia los canales profundos, derrite el hielo desde abajo, provocando que las plataformas de hielo se adelgacen y los glaciares retrocedan. Sin embargo, durante décadas, los científicos han luchado por ver este paisaje oculto con claridad. El hielo marino persistente y espeso ha bloqueado la navegación de los barcos cerca de los frentes glaciares, dejando grandes vacíos en nuestros mapas. Sin mapas precisos de la profundidad y la forma de estos canales submarinos, es imposible predecir cómo interactuará el océano con el hielo en el futuro, o entender cómo se comportaron las capas de hielo durante cambios climáticos pasados.

Un equipo de investigadores liderado por Masakazu Fujii y Yoshifumi Nogi, del Instituto Nacional de Investigación Polar de Japón, finalmente ha completado algunas de estas piezas faltantes para una región específica llamada Bahía Lützow-Holm, en la Antártida Oriental. Aprovechando veranos excepcionales en los que el hielo marino se rompió lo suficiente como para permitir el paso de un barco, navegaron cerca de los frentes glaciares y utilizaron ondas sonoras para mapear el fondo marino con una precisión mejorada. Su trabajo revela una compleja red de surcos profundos y umbrales poco profundos que fueron moldeados por la estructura de la roca subyacente de la corteza terrestre. Descubrieron que la profundidad de los canales que conducen a diferentes glaciares varía significamente, creando barreras naturales que pueden permitir o bloquear el flujo de agua cálida. Además, los investigadores descubrieron que la dirección y la ubicación de estos canales profundos se alinean con grietas y límites antiguos en el lecho rocoso, lo que sugiere que la geología del continente ayudó a guiar por dónde el hielo esculpió sus caminos más profundos hace millones de años.

Los investigadores realizaron su estudio durante tres veranos distintos entre 2016 y 2018, utilizando el rompehielos japonés Shirase para navegar por la bahía. Utilizaron un sistema acústico de haz único de alta resolución para obtener mediciones de profundidad a lo largo de las trayectorias del barco. Recopilaron más de 900,000 mediciones de profundidad individuales, creando una imagen detallada del fondo marino con una precisión posicional mejorada respecto a los mapas anteriores. Para asegurar que estas mediciones fueran correctas, tuvieron en cuenta la velocidad del sonido en el agua, la cual cambia con la temperatura y la salinidad. Al combinar sus nuevos datos con mediciones más antiguas y menos precisas tomadas desde el hielo marino en el pasado, produjeron un mapa exhaustivo de la geometría submarina de la bahía.

El nuevo mapa muestra una diferencia notable en la profundidad de los canales que conducen a los diversos glaciares de la bahía. El canal principal frente al Glaciar Shirase es profundo y ancho, alcanzando profundidades de más de 1,000 metros y conectándose directamente con el océano profundo a través de una entrada que tiene aproximadamente 740 metros de profundidad. Esta conexión profunda significa que el agua cálida puede fluir relativamente fácilmente hacia la base del Glaciar Shirase. En contraste, los canales que conducen a los glaciares Skallen, Telen y Honnør están separados del surco profundo principal por crestas submarinas poco profundas, o umbrales. La entrada a los surcos de Skallen y Telen está bloqueada por un umbral de unos 580 metros de profundidad, mientras que la entrada al surco de Honnør es aún más somera, de aproximadamente 480 metros. Estas crestas poco profundas actúan como umbrales; no detienen completamente el agua cálida, pero dificultan que el Agua Circumpolar Profunda modificada alcance los frentes glaciares. Si el agua cálida puede cruzar estos umbrales depende de las condiciones oceánicas en ese momento, pero la forma física del fondo marino establece el escenario para estas interacciones.

El estudio también exploró por qué estos canales y crestas existen en sus ubicaciones específicas. Los investigadores compararon el nuevo mapa batimétrico con datos sobre anomalías magnéticas en el área, que revelan la estructura del antiguo lecho rocoso oculto bajo el hielo y el sedimento. Encontraron que el segmento del surco con orientación NO-SE está alineado espacialmente con un límite magnético importante en la corteza terrestre. Este límite es un remanente de la antigua actividad tectónica de cuando el supercontinente Gondwana se separó. La alineación sugiere que el hielo no esculpió estos canales de forma aleatoria; en cambio, los glaciares siguieron debilidades y fracturas preexistentes en el lecho rocoso, profundizándolas con el tiempo. Esto significa que la forma del paisaje submarino actual es el resultado tanto de la geología antigua del continente como del poder erosivo de las capas de hielo que han fluido sobre él durante miles de años.

Estos hallazgos tienen implicaciones importantes para comprender cómo la capa de hielo antártica responde a un clima que se calienta. La profundidad de los umbrales y la alineación de los surcos determinan con qué facilidad el agua cálida puede alcanzar el hielo. Si el agua es lo suficientemente profunda como para fluir sobre los umbrales, puede acelerar el derretimiento y desestabilizar las plataformas de hielo. Los investigadores sugieren que la naturaleza segmentada de los surcos, con sus profundidades y conexiones variables, crea un sistema complejo donde diferentes glaciares pueden reaccionar de manera distinta ante las mismas condiciones oceánicas. El Glaciar Shirase tiene una vía potencial más profunda y continua para el acceso de agua cálida, mientras que los umbrales más someros pueden restringir el acceso a los surcos de los frentes de los glaciares Skallen, Telen y Honnør. La efectividad real de estas vías depende de las condiciones oceanográficas variables en el tiempo. Este control estructural ayuda a explicar por qué algunas partes de la capa de hielo podrían retroceder más rápido que otras.

El artículo no pretende haber resuelto todo el rompecabezas de la interacción hielo-océano, ni proporciona una predicción definitiva de las tasas de derretimiento futuro. En cambio, ofrece un marco geométrico crucial que los científicos ahora pueden usar para construir mejores modelos computacionales. Al saber exactamente dónde están los canales profundos y qué tan profundos son los barreras someras, los investigadores pueden simular el flujo de agua cálida con mayor exactitud. El estudio también destaca que la historia de la corteza terrestre no es solo un registro del pasado distante; esta moldea activamente el sistema climático actual al controlar las rutas del océano. El trabajo subraya el valor de las oportunidades raras para recolectar datos en regiones remotas y cubiertas de hielo, demostrando que incluso las pequeñas mejoras en nuestro conocimiento del fondo marino pueden conducir a una comprensión mucho más clara de las fuerzas que impulsan el cambio en la Antártida.