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

O fundo do oceano sob as plataformas de gelo da Antártida não é uma planície plana e sem características. É uma paisagem esculpida por forças antigas e remodelada pelo movimento do gelo, repleta de fossas profundas e cristas rasas que atuam como guardiões para a água que flui sob o gelo. Esta topografia subaquática é crítica porque controla como a água quente do oceano profundo chega à base dos glaciares. Quando essa água quente, conhecida como Água Circumpolar Profunda modificada, flui para os canais profundos, ela derrete o gelo por baixo, fazendo com que as plataformas de gelo afinem e os glaciares recuem. No entanto, durante décadas, os cientistas lutaram para visualizar este cenário oculto com clareza. O gelo marinho espesso e persistente impediu que navios navegassem perto das frentes glaciares, deixando grandes lacunas nos nossos mapas. Sem mapas precisos da profundidade e da forma destes canais subaquáticos, é impossível prever como o oceano irá interagir com o gelo no futuro, ou compreender como as camadas de gelo se comportaram durante mudanças climáticas passadas.

Uma equipa de investigadores liderada por Masakazu Fujii e Yoshifumi Nogi, do Instituto Nacional de Pesquisa Polar do Japão, conseguiu finalmente preencher algumas destas peças em falta para uma região específica chamada Baía de Lützow-Holm, na Antártida Oriental. Ao tirar partido de verões raros, quando o gelo marinho se partiu o suficiente para permitir a passagem de um navio, eles navegaram perto das frentes glaciares e utilizaram ondas sonoras para mapear o fundo do mar com uma precisão melhorada. O trabalho deles revela uma rede complexa de fossas profundas e limiares rasos que foram moldados pela estrutura rochosa subjacente da crosta terrestre. Descobriram que a profundidade dos canais que levam a diferentes glaciares varia significativamente, criando barreiras naturais que podem permitir ou bloquear o fluxo de água quente. Além disso, os investigadores descobriram que a direção e a localização destes canais profundos se alinham com fissuras e limites antigos no leito rochoso, sugerindo que a geologia do continente ajudou a guiar onde os glaciares esculpiram os seus caminhos mais profundos há milhões de anos.

Os investigadores realizaram o seu levantamento durante três verões distintos entre 2016 e 2018, utilizando o quebra-gelos japonês Shirase para navegar na baía. Eles utilizaram um sistema acústico de feixe único de alta resolução para obter medições de profundidade ao longo das trajetórias do navio. Recolheram mais de 900.000 medições individuais de profundidade, criando uma imagem detalhada do fundo do mar que apresentava uma precisão de posicionamento superior aos mapas anteriores. Para garantir que estas medições estavam corretas, eles consideraram a velocidade do som na água, que muda com a temperatura e a salinidade. Ao combinar os seus novos dados com medições mais antigas e menos precisas tomadas a partir do gelo marinho no passado, produziram um mapa abrangente da geometria subaquática da baía.

O novo mapa mostra uma diferença marcante na profundidade dos canais que levam aos vários glaciares da baía. O canal principal em frente ao Glaciar Shirase é profundo e largo, atingindo profundidades de mais de 1.000 metros e ligando-se diretamente ao oceano profundo através de uma entrada que tem aproximadamente 740 metros de profundidade. Esta ligação profunda significa que a água quente pode fluir relativamente facilmente em direção à base do Glaciar Shirase. Em contraste, os canais que levam aos glaciares Skallen, Telen e Honnør são separados da fossa principal por cristas subaquáticas rasas, ou limiares. A entrada para as fossas de Skallen e Telen é bloqueada por um limiar de cerca de 580 metros de profundidade, enquanto a entrada para a fossa de Honnør é ainda mais rasa, com cerca de 480 metros. Estas cristas rasas atuam como limiares; elas não param completamente a água quente, mas tornam mais difícil que a água profunda e quente do oceano alcance as frentes glaciares. Se a água quente consegue atravessar estes limiares depende das condições oceânicas no momento, mas a forma física do fundo do mar estabelece o palco para estas interações.

O estudo também explorou por que razão estes canais e cristas existem nas suas localizações específicas. Os investigadores compararam o novo mapa batimétrico com dados sobre anomalias magnéticas na área, que revelam a estrutura do antigo leito rochoso escondido sob o gelo e o sedimento. Descobriram que o segmento da fossa com orientação NW-SE está espacialmente alinhado com um grande limite magnético na crosta terrestre. Este limite é um remanescente da antiga atividade tectónica de quando o supercontinente Gondwana se fragmentou. O alinhamento sugere que o gelo não esculpiu estes canais aleatoriamente; em vez disso, os glaciares seguiram fraquezas e fissuras pré-existentes no leito rochoso, aprofundando-as ao longo do tempo. Isto significa que a forma da paisagem subaquática atual é o resultado tanto da geologia antiga do continente quanto do poder erosivo das camadas de gelo que fluíram sobre ela durante milhares de anos.

Estas descobertas têm implicações importantes para a compreensão de como a camada de gelo da Antártida responde a um clima em aquecimento. A profundidade dos limiares e o alinhamento das fossas determinam a facilidade com que a água oceânica quente pode alcançar o gelo. Se a água for profunda o suficiente para passar sobre os limiares, pode acelerar o derretimento e desestabilizar as plataformas de gelo. Os investigadores sugerem que a natureza segmentada das fossas, com as suas profundidades e conexões variáveis, cria um sistema complexo onde diferentes glaciares podem reagir de forma distinta às mesmas condições oceânicas. O Glaciar Shirase tem um caminho potencial mais profundo e contínuo para o acesso de água quente, enquanto os limiares mais rasos podem restringir o acesso às fossas das frentes dos glaciares Skallen, Telen e Honnør. A eficácia real destes caminhos depende das condições oceanográficas variáveis no tempo. Este controlo estrutural ajuda a explicar por que razão algumas partes da camada de gelo podem recuar mais rapidamente do que outras.

O artigo não afirma ter resolvido todo o puzzle da interação gelo-oceano, nem fornece uma previsão definitiva das taxas de derretimento futuro. Em vez disso, oferece um quadro geométrico crucial que os cientistas podem agora usar para construir melhores modelos computacionais. Ao saber exatamente onde estão os canais profundos e quão profundos são as barreiras rasas, os investigadores podem simular o fluxo de água quente com maior precisão. O estudo também destaca que a história da crosta terrestre não é apenas um registo do passado distante; ela molda ativamente o sistema climático atual ao controlar as vias de passagem do oceano. O trabalho sublinha o valor das oportunidades raras de recolha de dados em regiões remotas e cobertas de gelo, mostrando que mesmo pequenas melhorias no nosso conhecimento do fundo do mar podem levar a uma compreensão muito mais clara das forças que impulsionam as mudanças na Antártida.