Convecção térmica na camada de gelo da Gronelândia: plumas escondidas no interior do gelo

No coração da camada de gelo da Gronelândia, imagens obtidas por radar de penetração no gelo revelaram estruturas invulgares, semelhantes a plumas, que deformam as camadas internas acumuladas ao longo de eras.

Mais de dez anos depois de estas formas terem sido identificadas, os cientistas acreditam ter encontrado a explicação - e é surpreendente. De acordo com modelação computacional, essas plumas encaixam de forma notável num processo conhecido como convecção térmica: um transporte ascendente e turbulento de calor, mais frequentemente associado ao movimento de rocha quente e parcialmente fundida nas profundezas da Terra.

“Perceber que a convecção térmica pode ocorrer dentro de uma camada de gelo contraria um pouco a nossa intuição e o que esperaríamos. Ainda assim, como o gelo é pelo menos um milhão de vezes mais ‘mole’ do que o manto terrestre, a física acaba por fechar”, afirma o glaciólogo Robert Law, da Universidade de Bergen, na Noruega.

Segundo o investigador, “é como um fenómeno raro e entusiasmante da natureza”.

Porque é que o interior da camada de gelo da Gronelândia importa

A camada de gelo da Gronelândia cobre cerca de 80% da ilha e constitui um dos maiores reservatórios de água congelada do planeta. À medida que parte desse gelo passa para o oceano, prevê-se que contribua de forma significativa para a subida do nível do mar. Por isso, compreender os processos físicos que decorrem no seu interior é essencial para antecipar como esta massa de gelo poderá evoluir ao longo do tempo.

É também aqui que entra o radar de penetração no gelo. As ondas de rádio atravessam o gelo e regressam com assinaturas diferentes quando encontram camadas internas - neve caída há muito tempo que, com o peso de novas acumulações, foi sendo compactada até se transformar em gelo. Cada camada guarda traços próprios, como pequenas diferenças de acidez e variações de poeiras, cinzas e composição química.

O enigma das “plumas” detetadas pelo radar de penetração no gelo

Num artigo de 2014, uma equipa descreveu formas estranhas vistas em profundidade no norte da Gronelândia: grandes estruturas arqueadas para cima que dobravam as camadas internas. O mais intrigante é que essas deformações não pareciam estar relacionadas com o relevo da rocha de base, tornando-se um quebra-cabeças que tem resistido a várias tentativas de explicação.

Trabalhos anteriores apontaram hipóteses como o congelamento de água de degelo glaciário na face inferior da camada de gelo, ou a migração de zonas particularmente escorregadias capazes de distorcer o fluxo. Contudo, uma possibilidade permanecia praticamente sem teste direto: a de que convecção térmica pudesse ocorrer dentro de camadas de gelo.

Modelação: pode a convecção térmica criar plumas no gelo?

Para verificar essa ideia, Law e colegas recorreram à modelação em computador. Construíram uma secção digital simplificada da camada de gelo da Gronelândia e colocaram uma pergunta direta: se a base do gelo for aquecida a partir de baixo, poderá a convecção gerar estruturas semelhantes às que o radar observa?

A equipa utilizou um pacote de modelação geodinâmica normalmente aplicado à simulação da convecção no manto terrestre, mas adaptado aqui para representar uma placa de gelo com 2,5 km de espessura. Em seguida, ajustaram parâmetros como a taxa de acumulação de neve, a espessura do gelo, o grau de “moleza” (deformabilidade) do gelo e a velocidade de deslocação na superfície.

Quando as condições certas eram reunidas, o modelo começou a produzir plumas: colunas ascendentes de gelo que empurravam e dobravam as camadas superiores, formando padrões muito semelhantes aos registados nas imagens de radar de penetração no gelo.

O que as plumas sugerem sobre a base do gelo

No cenário simulado, as plumas só apareciam quando o gelo próximo da base estava mais quente e, sobretudo, significativamente mais deformável do que o que se assume em muitas estimativas padrão. Em termos práticos, isto indica que, se a convecção térmica for realmente a causa das estruturas observadas, então a base da camada de gelo no norte da Gronelândia poderá ser mais “mole” do que se pensava até agora.

Quanto à energia necessária para alimentar essas correntes ascendentes, os valores exigidos pelo modelo eram compatíveis com o calor que flui continuamente a partir do interior da Terra - gerado pela desintegração radioativa de elementos na crosta e por calor remanescente da formação do planeta, que se dissipa lentamente ao longo de milhares de milhões de anos.

Este contributo é pequeno, mas, ao longo do tempo e sob uma enorme massa isolante, pode acumular-se o suficiente para aquecer e amolecer o gelo acima.

“Estamos habituados a pensar no gelo como um material rígido; por isso, descobrir que partes da camada de gelo da Gronelândia podem sofrer convecção térmica, lembrando uma panela a ferver, é tão inesperado quanto fascinante”, diz o climatólogo Andreas Born, também da Universidade de Bergen.

O que isto não significa (e o que ainda falta saber)

Nada disto implica que o gelo esteja a transformar-se numa massa pastosa. Continua a ser gelo sólido, a deformar-se e a escoar apenas em escalas de tempo de milhares de anos. Também não é uma prova automática de que a camada de gelo vai derreter mais depressa. Para perceber o impacto real, será necessário aprofundar a física do gelo e avaliar como a convecção pode influenciar a evolução da camada de gelo da Gronelândia ao longo do tempo.

Um passo importante será integrar estas hipóteses com observações independentes: por exemplo, medições diretas de temperatura e propriedades mecânicas em perfurações profundas, e a combinação do radar de penetração no gelo com outras técnicas geofísicas. Quanto melhor for a calibração entre dados e modelação, mais robustas serão as previsões.

Também vale a pena considerar a interação com processos basais que já se suspeitava terem um papel: a presença (mesmo limitada) de água na base, a forma como o gelo desliza sobre o substrato e a heterogeneidade química e estrutural do gelo podem reforçar ou atenuar padrões convectivos. Mapear onde as plumas aparecem - e onde não aparecem - poderá ajudar a distinguir estes contributos.

Uma singularidade da Gronelândia com impacto global

“Gronelândia e a sua natureza são verdadeiramente especiais. A camada de gelo tem mais de mil anos e é a única no planeta com cultura e uma população permanente nas suas margens”, sublinha Law.

E conclui: quanto mais se compreenderem os processos escondidos no interior do gelo, melhor preparados estaremos para as mudanças que se aproximam das zonas costeiras em todo o mundo.

A investigação foi publicada na revista A Criósfera.