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Lagos subglaciales antárticos

Resumen informativo

Versión: 1.0

Publicado: 15/04/2019 GMT

Revisado: 13/04/2019 GMT

Autores

Martin Siegert (1)*, Irina Alekhina (2), Jill Mikucki (3), Andres Rivera (4), Sun Bo (5), Helen A. Fricker (6), Dusty Schroeder (7), Bernd Kulessa (8), Christine Dow (9)

(1) Imperial College, UK
(2) AARI, Russia
(3) University of Tennessee, USA
(4) CECS, Chile
(5) PRIC, China
(6) Scripps Institution of Oceanography, USA
(7) Stanford University, USA
(8) University of Swansea, UK
(9) University of Waterloo, Canada

*m.siegert@imperial.ac.uk

Revisado por expertos tick


Sinopsis

Debajo de la capa de hielo de la Antártida hay más de 400 lagos. Pueden encontrarse desde gigantescos lagos estables en el centro de la capa de hielo que han estado aislados de la atmósfera durante millones de años hasta pequeños caudales de acumulación de agua debajo de las corrientes de hielo de flujo rápido. Los lagos subglaciales probablemente alberguen microorganismos únicos que se adaptaron a condiciones extremas —como la presión y la oscuridad debajo de la superficie— y registros de cambios en el clima y en el hielo desde el momento en que se formó la capa de hielo. Develar los secretos microbiológicos y climatológicos de esos lagos requiere el acceso directo a esos entornos prístinos y la extracción de muestras. El SCAR participó en la planificación para acceder a los lagos subglaciales y explorarlos, lo que garantizó que los experimentos se realizaran de forma segura, saludable y sostenible en términos ambientales. En 2011, la RCTA aceptó un código de conducta formal, cuya versión modificada se aprobó en 2017. Hasta la fecha, solo se extrajeron muestras limpias de agua y sedimento en dos lagos que se encuentran en el extremo de la capa de hielo de la Antártida occidental: los lagos subglaciales Whillans (enero de 2013) y Mercer (diciembre de 2018).


Resumen

Los lagos subglaciales son cuerpos de agua en estado líquido que se encuentran debajo de la capa de hielo de la Antártida, en la interfaz que se encuentra entre la superficie y el material del lecho. Dado que el hielo actúa como aislamiento, los niveles típicos del flujo de calor geotérmico son suficientes para calentar la base del hielo hasta el punto de fusión por presión, a pesar de que las temperaturas de la superficie se encuentran a decenas de grados centígrados por debajo del punto de congelación. El agua subglacial circula gobernada tanto por la fuerza de gravedad como por la presión del hielo de la superficie y puede acumularse en depresiones y cuencas subglaciales, y, de ese modo, formar lagos1.

Al igual que en cualquier otro continente, la morfología del lecho antártico se compone de un sistema complejo de montañas, valles y tierras bajas. En determinadas circunstancias, el agua puede llenar por completo las cuencas subglaciales y, por ende, formar grandes lagos, como el lago Vostok: con 280 km de largo, este es uno de los diez lagos de agua dulce más grandes del mundo en cuanto a profundidad, área de superficie y volumen2. Dichos lagos se encuentran junto a las divisiones de hielo y pueden contener agua prístina y sedimento que se remonta a millones de años atrás. Cerca de los márgenes de la capa de hielo, el agua subglacial se acumula y forma una red de canales y sistemas de distribución3, y lubrica los lechos de las corrientes de hielo de flujo rápido4. Aquí el agua puede acumularse y formar lagos: llena una depresión del lecho hasta el nivel en que fluye corriente abajo y luego vuelve a llenarse5,6.

Existe una gran variedad de sistemas de lagos subglaciales debajo de la capa de hielo de la Antártida, desde grandes lagos estables en el centro de la capa de hielo (por ejemplo, el lago Vostok) hasta lagos estables más pequeños dispersos por todo el lecho de hielo (por ejemplo, el lago CECS7y el lago Ellsworth), así como pequeños lagos “activos” en materia hidrológica que se encuentran principalmente cerca del margen de la capa de hielo (por ejemplo, el lago Whillans5) (imagen 1).

 

Subglacial ENG fig 1

Imagen 1. Tipos de lagos subglaciales antárticos y ubicación. Los colores y formas representan la naturaleza geofísica de las investigaciones realizadas en cada sitio: Negro/triángulo = RES; amarillo = sondeo sísmico; verde = mapeo del campo gravitatorio; rojo/círculo = medición del cambio en la altura de la superficie; cuadrado = forma identificada a partir de la característica de la superficie del hielo. El lago Vostok aparece delineado. De Siegert (2018)27.


Los lagos subglaciales activos pueden estudiarse usando mediciones satelitales de altimetría de los cambios en la elevación de la superficie del hielo; durante el llenado, la superficie del hielo se eleva varios metros y, del mismo modo, durante el drenaje, desciende.5,17. La altimetría satelital se ha utilizado para estudiar más de 120 lagos hidrológicamente “activos”, incluidos los lagos Whillans y Mercer ubicados en la Antártida occidental18. Sin embargo, muchas veces los datos RES no muestran reflejos “clásicos” en los lagos, posiblemente debido a que el agua fluye hacia un conjunto complejo de pequeñas hondonadas conectadas entre sí, en lugar de dirigirse hacia una única cuenca, y, a veces, sucede en lugares inesperados, como el lado de sotavento de los obstáculos subglaciales del flujo del hielo19. En algunos casos, se ha demostrado que el agua sale de un lago, discurre hacia otro a cientos de kilómetros de distancia y así forma un río temporal entre ambos lagos. Entre 1996 y 1998, se estimó que el flujo de agua que corría entre dos lagos activos en la Antártida oriental era similar al del río Támesis de Londres17.La primera observación subglacial se hizo en 1969 por medio de un sistema de radiosondeo acústico (RES) transmitido por aire, debajo de la base Sóvetskaya en la zona central de la Antártida oriental: la reflexión de ondas de radio planas y de brillo constante se manifestó inequívocamente como consecuencia de la existencia de agua dulce profunda (> 10 m) debajo del hielo8,9. Desde entonces, el RES se ha utilizado para detectar > 200 lagos en todo el continente antártico10. Aunque el RES es útil para determinar la existencia de agua basal acumulada, no puede usarse para medir la profundidad de los lagos, ya que el agua absorbe las ondas de radio, excepto en cuerpos de agua menos profundos y más puros11. El método de sondeo sísmico, en cambio, es apropiado para hacer mediciones directas de la profundidad del agua. Hasta la fecha, se han medido satisfactoriamente las bases de solo cuatro lagos con el método sísmico: el lago Vostok (~1.000 m de profundidad)12, el lago Ellsworth (~160 m)13, el lago Mercer (~15 m) y un lago en el Polo Sur (~30 m)14. Para los lagos más grandes —como el lago Vostok, que tiene una cavidad de agua significativa—, las mediciones del campo de gravedad pueden usarse para identificar la forma del lecho del lago, que, en combinación con los datos sísmicos, puede servir para conocer los datos barimétricos a una escala más amplia15. En el futuro, se usarán las técnicas geofísicas electromagnéticas, que ofrecen la posibilidad de crear imágenes multidimensionales de los lagos subglaciales y que brindan información sobre sus valores de salinidad9,16, según se evaluó durante el verano austral 2018/2019 en el marco del Programa Antártico de EE. UU. en el lago Mercer.

Los lagos subglaciales han sido un tema que atrae la atención de los medios y de la comunidad científica de manera significativa desde 1996, cuando se identificó el lago Vostok, un lago de grandes dimensiones y subyace en la zona central de la Antártida oriental. Al ser ambientes únicos que han estado aislados del resto del planeta durante cientos de miles de años, se han formulado hipótesis respecto de que se trata de hábitats de microbios poco comunes, que se han adaptado para vivir allí, y que encierran rastros del cambio climático antiguo, que se ven en el final de las muestras de hielo. Esas hipótesis son totalmente comprobables si se accede a los lagos subglaciales para tomar muestras.

El SCAR se involucró en la planificación para la exploración de los lagos subglaciales en el 2000 y, de esa manera, garantizó el diálogo internacional y el intercambio de planes y descubrimientos científicos. Una apreciación fue clave para su participación: que estos medioambientes intactos de los lagos subglaciales debían ser protegidos y conservados durante el acceso para la toma de muestras y los experimentos in situ. Como primera medida, el SCAR nombró a un grupo de especialistas, que luego se convirtió en un programa formal de investigación científica llamado Exploración Lacustre Subglacial (SALE). Por otro lado, el Consejo de Investigación Nacional de EE. UU. organizó una revisión de la exploración a los lagos subglaciales para comprender cómo podían alcanzarse las metas científicas sin poner en riesgo la protección del medio ambiente20. Después, el SCAR desarrolló un Código de Conducta para el acceso subglacial, que fue aceptado en la RCTA de 2011 (celebrada en Buenos Aires) y revisado en la RCTA de 2017 (en Pekín). Dicho código explica el fundamento científico de lo que significa “limpieza” y proporciona detalles acerca de cómo puede satisfacerse este requisito durante las mediciones y la extracción de muestras in situ21.

Las temporadas antárticas de 2011/2012 y 2012/2013 fueron cruciales para la exploración de los lagos subglaciales. Se llevaron a cabo tres programas de exploración, con diferentes grados de efectividad. En primer lugar, en febrero de 2012, un equipo ruso amplió la muestra de hielo de Vostok para penetrar en lo profundo del lago Vostok22. Al permitir que el agua del lago se congelara en el pozo y reactivar el muestreador en las siguientes temporadas, pudo recuperarse una “muestra” de agua del lago, aunque sin emplear procedimientos estériles. En segundo lugar, en diciembre de 2012, un equipo del Reino Unido omitió activar un taladro de agua caliente construido con fines específicos para acceder al lago Ellsworth, en la Antártida occidental, y extraer muestras de este23. En tercer lugar, en enero de 2013, un equipo estadounidense, que también utilizó un taladro de agua caliente limpio24, logró extraer muestras del lago subglacial activo Whillans y así demostró que los lagos subglaciales antárticos contienen vida microbiana25.

En 2015, se celebró una reunión en el salón Chicheley de la Sociedad Real de Reino Unido para intercambiar conocimientos sobre las numerosas misiones de perforación a gran profundidad e identificar planes y aspiraciones a futuro26. Con posterioridad, en diciembre de 2018 y enero de 2019, se accedió al lago Mercer: el programa de los Estados Unidos tomó muestras de la columna de agua y de los sedimentos en forma satisfactoria. El equipo científico asignado al lago Mercer planteó la hipótesis de que las transformaciones microbianas en ese lago responderán, en gran medida, a los restos de materia orgánica marina depositada allí durante un escenario climático pasado (J.C. Priscu, comunicación personal). En la actualidad, se analizan muestras del proyecto Mercer, cuyos resultados estarán disponibles próximamente. Si bien se adquirieron diversos conocimientos sobre cómo llevar a cabo misiones de perforación a gran profundidad, aún quedan importantes interrogantes científicos sin responder. A fin de abordar esos interrogantes, será necesario tomar muestras directamente de otros lagos, como el lago Vostok, que es profundo y ofrece estabilidad en materia hidráulica.


Eventos clave

Véase también Siegert 2018 (referencia 27).

Fines de la década de 1960:       

Los ensayos de radiosondeo acústico transmitido por aire revolucionan la recopilación de datos glaciales y subglaciales.

1967-1968: 

Se descubre el primer lago subglacial antártico cerca de la estación Sovetskaya.

1973:            

Primera compilación de inventario de 17 lagos subglaciales antárticos.

1974-1975: 

Se descubre el lago Vostok durante la segunda temporada de un programa de estudio sistemático de las capas de hielo antárticas llevado a cabo por el Scott Polar Research Institute (SPRI), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y la Universidad Técnica de Dinamarca (TUD).

1977-1978: 

Se descubre el lago Ellsworth durante la tercera temporada de ensayos realizados en forma conjunta entre el SPRI, la NSF y la TUD.

1987-1991: 

Se descubren otros 16 lagos subglaciales gracias a los ensayos geofísicos aéreos soviéticos realizados durante cuatro temporadas.

1996:            

Se descubre que el lago Vostok es uno de los cuerpos de agua dulce más grandes del mundo.

1996:            

Segunda compilación de inventario de 77 lagos subglaciales antárticos.

1998:            

Los ensayos italianos en la región del Domo C revelan otros 14 lagos subglaciales.

1999:            

El SCAR forma el grupo de especialistas para la Exploración Lacustre Subglacial (SALE).

2002:            

La Federación de Rusia hace circular el primer borrador del proyecto de Evaluación medioambiental global (CEE) para la penetración en el lago subglacial Vostok.

2003:            

La Sexta Reunión del Comité para la Protección del Medio Ambiente analiza el borrador del proyecto de CEE preparado por la Federación de Rusia y notifica a la Vigésima Sexta Reunión Consultiva del Tratado Antártico (RCTA) de sus conclusiones.

2003:            

El SALE del SCAR se convierte en un programa de investigación formal de dicho comité.

2005:            

Tercera compilación de inventario de 145 lagos subglaciales antárticos.

2006:            

Se descubren las descargas y las afluencias de los lagos subglaciales.

2010:            

La Federación de Rusia hace circular la versión final de su proyecto de CEE para la penetración en el lago subglacial Vostok.

2010:            

El Reino Unido hace circular un borrador de CEE para la exploración y muestreo del lago subglacial Ellsworth.

2011:            

En la Décima Cuarta Reunión del CPA se analiza el borrador de CEE preparado por el Reino Unido (para acceder al lago subglacial Ellsworth) y se informa a la Trigésima Cuarta RCTA de sus conclusiones.

2011:            

El Reino Unido hace circular la versión final de su CEE para la penetración en el lago subglacial Ellsworth.

2011:            

El SCAR prepara y difunde un código de conducta para la exploración e investigación de medioambientes acuáticos subglaciales.

2011:            

Cuarta compilación de inventario de 381 lagos subglaciales antárticos.

2012:            

La Expedición Rusa Antártica accede y toma una muestra de agua del lago subglacial Vostok el 5 de febrero de 2012.

2012:            

La misión liderada por el Reino Unido para acceder al lago Ellsworth se interrumpe por problemas técnicos.

2013:            

El programa antártico de EE. UU. accede y toma muestras del lago subglacial Whillans y demuestra que la base de hielo contiene microorganismos viables.

2016:            

Quinta compilación de inventario de 402 lagos subglaciales antárticos.

2017:            

La RCTA 40 aprueba el Código de Conducta del SCAR para la Exploración e Investigación de Medio ambientes acuáticos subglaciales por medio de la Resolución 2 (2017).

2018:            

El programa antártico de EE. UU. accede y toma muestras del lago subglacial Mercer: recupera 60 litros de agua y ~1,7 m de muestras de sedimento del fondo del lago.