Medición del deshielo de Groenlandia con la tecnología SonTek de Xylem

Un equipo de investigadores de campo ha estado estudiando la capa de hielo de Groenlandia para responder algunas preguntas importantes: ¿Qué tan rápido el agua de deshielo avanza hacia el océano? ¿Cómo el agua de deshielo está acelerando o desacelerando el movimiento del propio glaciar?

Con la ayuda de la tecnología SonTek de Xylem, los investigadores estudiaron cómo el caudal de los ríos supraglaciares, corrientes de agua de deshielo que avanzan sobre la capa de hielo, cambian durante el día. Sus datos de campo ayudarán a mejorar la precisión de los modelos matemáticos del derretimiento de los glaciares.

Estudio de cómo se está derritiendo la capa de hielo de Groenlandia

La capa de hielo de Groenlandia tiene 2.400 km de largo e incluye 2,8 millones de kilómetros cúbicos de hielo. La elevación rompe los glaciares que componen la capa de hielo de Groenlandia en distintas zonas

La mayor parte de la investigación sobre el agua de deshielo sólo se ha realizado en ríos situados en los bordes de la capa de hielo. En 2012, sin embargo, una expedición dirigida por Laurence C. Smith de UCLA y la profesora Åsa Rennermalm de Rutgers, proporcionó extrañas mediciones de descarga directa de ríos que se encontraban en los glaciares. Esta zona de la capa de hielo, donde la escorrentía es alta, es perfecta para estudiar cómo se está derritiendo la capa a medida que cambia el clima.

El trabajo de campo del equipo en 2012 fue revolucionario, demostrando que las últimas herramientas y técnicas del mundo templado podrían utilizarse con éxito en el Ártico.

Tres días de monitoreo de ríos glaciares

En 2015, Smith, Rennermalm y su equipo regresaron al suroeste de Groenlandia para estudiar la escorrentía del agua de deshielo durante tres días seguidos de monitoreo ininterrumpido. Si la expedición de 2012 proporcionó una imagen del movimiento del agua de deshielo, la investigación de 2015 – y su estudio de seguimiento de 2016 que midió la misma corriente cada hora durante siete días consecutivos – entregó una película.

“En 2012, los datos sobre el flujo de las corrientes supraglaciares – especialmente en las corrientes largas en el interior de la capa de hielo de Groenlandia, permanecieron escasamente estudiados, por lo que nuestra estrategia fue simplemente ‘registrar datos de tantos ríos como fuera posible’”, explica Brandon Overstreet, un estudiante de postgrado de la Universidad de Wyoming en la expedición. “Pero si se registra esa descarga en un solo momento, se pierde una gran parte de la imagen. En 2015, volvimos a centrarnos en un río y a ver cómo cambia la descarga diurna”.

Foto: Brandon Overstreet con el SonTek RiverSurveyor M9 montado en un HydroBoard II (Cortesía de Lincoln Pitcher).

Datos de campo no coinciden con predicciones del modelo

El equipo de Smith/Rennermalm escogió un río supraglaciar para estudiar, al que llamaron Río Behar en honor a un colega. Durante 72 horas seguidas, midieron el flujo de la corriente, así como las lecturas detalladas del tiempo. Construyeron una base de datos de la vida real sobre el movimiento y las condiciones del agua en el sitio. Luego se unieron con equipos de modelado que ejecutaron modelos con datos meteorológicos del sitio para comparar sus datos de campo con los resultados del modelo.

El equipo encontró que los modelos de balance de masa en la superficie sobreestimaron la escorrentía entre 21 y 58 por ciento. El equipo también observó un desfase de 0,4 a 9,5 horas entre los períodos de alto derretimiento y los aumentos en la descarga de los ríos que no fue reflejada en las predicciones del modelo.

Resolver cómo medir fluctuaciones grandes en el caudal

Uno de los aspectos más notables del ciclo diurno en el caudal de agua de deshielo fue el tamaño de las fluctuaciones. El caudal en Rio Behar puede variar de 4,61 a 26,73 metros cúbicos por segundo, dependiendo de la hora del día. El ancho y la profundidad del canal variaron ampliamente para adaptarse a los cambios en la descarga.

Eso representó un desafío significativo para los investigadores. Habían demostrado que el perfilador acústico Doppler funciona incluso en el agua casi inmaculada de los ríos supraglaciares, reflejando las señales de diminutas burbujas y cristales de hielo en el agua.

Sin embargo, las frecuencias que funcionan mejor en aguas poco profundas y de movimiento más lento no son necesariamente más efectivas en canales más profundos y de caudal rápido, señala Brittany Jenner, ingeniera de aplicaciones de la marca SonTek de Xylem.

SonTek RiverSurveyor-M9 utilizado para mediciones de alta calidad

En aguas profundas, una señal acústica de frecuencia más baja y longitud de onda más larga es eficaz para proporcionar una medición clara de la orilla y del fondo, así como de la velocidad y dirección del caudal, todo lo cual se utiliza para calcular el volumen. Una señal acústica de frecuencia más alta y longitud de onda más corta proporciona un perfil más claro de la velocidad y dirección del caudal en aguas poco profundas.

El equipo de Groenlandia utilizó un SonTek RiverSurveyor-M9, el cual utiliza automáticamente lecturas de su profundidad y velocidad para determinar si se deben utilizar sus haces de 1.0 MHz o 3.0 MHz para obtener mediciones de la más alta calidad, dice Jenner. La tecnología SmartPulse HD de RiverSurveyor también selecciona el tamaño de su celda de muestreo para optimizar las mediciones en cualquier condición en la que se encuentre.

Durante la medición, el RiverSurveyor-M9 fue montado en un SonTek HydroBoard II, que se halla de orilla a orilla para recopilar datos a lo largo de un transecto. El equipo de Groenlandia recopiló de al menos cuatro transectos cada hora.

Mejorar la ciencia sobre el derretimiento de los glaciares

A finales de 2017, el equipo publicó sus datos de Rio Behar de 2015 junto con las predicciones generadas por cinco modelos líderes de deshielo. Los autores del artículo que fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, representaron a un grupo grande y diverso de investigadores. Entre ellos se encontraban no sólo geólogos e hidrólogos como Smith, Rennermalm y los fuertes estudiantes de postgrado que recopilaron las mediciones, sino también Jenner y un grupo de otros líderes en la ciencia del clima y el modelado.

Para Brandon Overstreet, los múltiples viajes a la capa de hielo de Groenlandia resumen el valor – y la emoción – del trabajo de campo. Es un nivel de detalle que no se puede encontrar en las imágenes satelitales ni en los vuelos científicos de observación.

“Mi impresión inicial de la capa de hielo de Groenlandia fue de un gran paisaje uniforme que sólo era emocionante en los bordes donde los icebergs se estaban desprendiendo”, dice. “Pero en la superficie del hielo, tienes este increíble y dinámico sistema de ríos que se comportan como ríos terrestres – en cierto modo, son ríos terrestres a toda marcha”.

“No quiero vivir en un mundo donde se recopila todo lo que se necesita mirando una imagen de satélite”, añade.

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Escrito por: Steve Werblow, Redactor de Mission: Water

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