Líquido preso no gelo marinho pode acelerar o derretimento.

O gelo marinho pode parecer uma placa sólida e congelada, mas não tem nada de simples. Sob a superfície, ele é repleto de pequenos bolsões e canais de líquido salgado - e o fato de essas passagens se conectarem ou permanecerem bloqueadas pode mudar completamente o comportamento do gelo.

Um novo estudo mostra que essa estrutura oculta controla como a água, os nutrientes e os gases se movimentam pelo gelo, com efeitos em cadeia para os ecossistemas polares e para a forma como o gelo marinho reage a um planeta em aquecimento.

Pesquisadores da Universidade de Utah concentraram-se no gelo marinho granular - uma forma mais irregular e desordenada, que está se tornando mais comum à medida que as regiões polares esquentam.

O objetivo deles era descobrir exatamente quando esse tipo de gelo se torna poroso o bastante para permitir a passagem de fluidos e como esse ponto de virada se compara a formas mais conhecidas de gelo marinho.

Quando o gelo granular começa a fluir

Os pesquisadores descobriram que o gelo granular se comporta de maneira muito diferente do gelo columnar, que tem uma estrutura cristalina mais organizada.

No gelo columnar, o fluido começa a escoar quando a salmoura corresponde a cerca de 5 por cento do volume do gelo. No gelo granular, esse limite é bem mais alto: é necessário algo próximo de 10 por cento antes que os bolsões de líquido se conectem o suficiente para permitir o fluxo.

“Passar de cinco por cento para 10 por cento significa que você precisa do dobro da porosidade, do dobro da fração volumétrica de salmoura para haver fluxo”, disse Ken Golden, matemático da Universidade de Utah e autor principal do estudo.

Isso pode parecer uma diferença pequena, mas não é. O gelo granular precisa de cerca do dobro de porosidade antes de deixar de agir como barreira e passar a funcionar como um sistema conectado.

Como o fluxo molda os ecossistemas

Essa diferença tem consequências reais, porque o movimento de fluidos no gelo marinho controla uma ampla gama de processos, inclusive o derretimento.

Ela define se os nutrientes conseguem alcançar as algas que vivem dentro do gelo e ajuda a regular a troca de gases entre o oceano e a atmosfera. Também influencia se a água de degelo drena ou permanece acumulada na superfície.

“Se as algas vivem no gelo columnar ou no gelo granular, então existem condições bem diferentes sob as quais elas recebem alimento e nutrientes”, disse Golden.

Isso torna a vida muito mais difícil no gelo granular. É bem mais complicado preservar nutrientes, e outros organismos - como vírus, bactérias e nematoides - enfrentam o mesmo desafio.

Gelo marinho granular e gelo marinho columnar: as muitas formas do gelo marinho

Há anos, os cientistas sabem que o gelo marinho não é apenas água do mar congelada. Ele se parece mais com um material compósito complexo, em que gelo puro forma a estrutura principal e salmoura líquida fica aprisionada em seu interior.

“A geometria, a conectividade e a fração volumétrica dessas inclusões dependem de forma dramática da temperatura”, disse Golden.

“A maneira como o fluido se organiza dentro do gelo depende fortemente da estrutura policristalina. Em outras palavras, as condições sob as quais o gelo se forma são a principal distinção entre o gelo columnar e o gelo granular.”

O gelo columnar tende a se formar em condições mais calmas, nas quais os cristais conseguem crescer de maneira mais organizada. Já o gelo granular tem maior probabilidade de surgir em ambientes mais agitados e turbulentos, comuns em partes da Antártica.

Com a mudança do clima, o gelo marinho está ficando mais fino, mais jovem e, em muitos lugares, mais granular. Isso significa que sua “encanamento” interno também está mudando.

O novo estudo sustenta que essa transformação não pode ser tratada como um detalhe menor. A estrutura microscópica do gelo marinho pode acabar influenciando processos muito maiores em todo o sistema polar.

Como o gelo permite a passagem de fluidos

A capacidade do gelo marinho de deixar os fluidos se moverem por dentro dele - conhecida como permeabilidade - está no centro da questão. Se os bolsões de salmoura estão conectados, a água do mar e os nutrientes dissolvidos podem atravessar o gelo. Se não estiverem, o gelo se comporta mais como uma parede.

Essa diferença afeta a base da cadeia alimentar do gelo marinho, porque algas e outros organismos microscópicos dependem dessas passagens para sobreviver. Ela também interfere em processos físicos de maior escala.

O gelo granular tem uma estrutura de permeabilidade muito diferente, e isso molda a forma como os fluidos se movem por ele. Isso é importante para a reposição de nutrientes, para a produção de gelo sobre neve na Antártica e para a evolução das lagoas de degelo no Ártico.

Quando o gelo começa a fluir

O momento em que o movimento de fluidos se inicia é crucial - ele determina quando os nutrientes deixam de circular ou voltam a circular, quando as lagoas de degelo escoam e quando a água do mar pode percolar para cima, inundar a superfície e recongelar.

Cerca de um quarto da camada de gelo da Antártica se forma por esse modo granular, e o fato de o gelo ser granular ou columnar pode influenciar a quantidade de gelo produzida.

O trabalho anterior de Golden ajudou a estabelecer a “Regra dos Cinco” para o gelo marinho columnar, em que a permeabilidade começa em cerca de 5 por cento de porosidade - normalmente por volta de 23 °F (-5 °C), com salinidade próxima de 5 partes por mil. No gelo granular, porém, essa regra já não se aplica.

Um caminho mais difícil para o CO2

Golden suspeitava havia anos que o gelo granular teria um limiar mais alto. Com o tempo, o trabalho de campo sugeriu que isso provavelmente era verdade, especialmente à medida que o gelo granular se tornava mais comum no Ártico.

O novo artigo surgiu de medições feitas na Antártica durante pesquisas a bordo do navio australiano Aurora Australis. Essas observações mostraram que, abaixo do limite de 10 por cento de porosidade, os bolsões de salmoura no gelo granular continuam desconectados demais para permitir o fluxo.

Esse resultado traz consequências mais amplas. Se os gases se movem com menos facilidade pelo gelo, as trocas entre oceano e atmosfera podem ser alteradas. Se a água de degelo da superfície não conseguir drenar tão bem, ela pode permanecer acumulada por mais tempo na parte de cima.

“No gelo granular, é mais difícil para o CO2 atravessar o gelo”, disse Golden. “Existem condições diferentes sob as quais você obtém transporte para cima ou transporte para baixo. Isso também é importante para os microrganismos.”

Mais lagoas, mais derretimento

Um dos efeitos colaterais mais claros pode envolver as lagoas de degelo. Essas poças de água se formam sobre o gelo marinho durante períodos mais quentes, quando o gelo começa a derreter.

Se o gelo abaixo for permeável, parte dessa água pode escoar. Se não for, as lagoas podem permanecer no lugar e se espalhar.

Isso importa porque o gelo claro reflete bem a luz solar, enquanto as lagoas de degelo escuras absorvem muito mais calor. Quanto mais água parada houver na superfície, menor será o albedo do gelo. Como resultado, o gelo absorve mais calor e aquece mais.

“O albedo da superfície pode ser bem diferente porque você pode ter 60 por cento de cobertura em vez de 40 por cento, dependendo da capacidade de drenagem”, disse Golden.

Em termos simples, a expansão do gelo granular pode dificultar a saída da água de degelo, permitindo que mais calor seja absorvido e possivelmente acelerando o derretimento.

Assim, o futuro do gelo marinho pode depender não apenas de quanto dele ainda resta, mas também de que tipo de gelo ele é. Uma mudança na microestrutura pode parecer um detalhe mínimo. No mundo polar, porém, ela pode moldar tudo, da vida microbiana ao ritmo da perda de gelo.