¿Puede un 'volcán de hielo' ayudar a regenerar el hielo marino?

Para su proyecto de cuarto año, la estudiante de ingeniería Katy Cartlidge (2018) evaluó si una propuesta conocida como "volcán de hielo" tiene los medios para restaurar el hielo marino del Ártico.

Katy utilizó modelos teóricos y análisis experimentales para evaluar la viabilidad y la sensibilidad de un "volcán de hielo" a su entorno, en un momento en que el hielo marino del verano ártico está disminuyendo a un ritmo alarmante debido al cambio climático.

Los científicos dicen que si se mantienen las tasas actuales de disminución del hielo, en la próxima década se verá un verano sin hielo en el Ártico.

El hielo marino del Ártico tiene numerosos beneficios, tales como:

Este método consiste en bombear agua de mar sobre una boya cónica flotante, donde luego se congela en la fría atmósfera del Ártico para generar un cono de hielo en crecimiento. Un tubo ranurado permite que el agua se bombee más alto a medida que se acumula el hielo. Una vez que se alcanza una altura de tres metros, los científicos dicen que es probable que el hielo recién formado sobreviva a una temporada de derretimiento de verano y se convierta en un valioso "hielo de varios años", que sobreviva al menos a dos veranos de derretimiento. Este es un resultado deseable: hielo multianual más grueso y más fuerte que está presente en el verano, brindando sus beneficios durante todo el año. El proyecto, titulado "Engrosamiento del hielo: reparación del clima", investigó el uso del método del "volcán de hielo" para aumentar la producción de hielo marino en el Ártico durante el invierno.

"Un beneficio significativo del 'volcán de hielo', en comparación con otros proyectos de geoingeniería propuestos, es que simplemente aumenta una actividad natural y no introduce productos químicos o procesos desconocidos en el medio ambiente" - Katy Cartlidge

Katy desarrolló un modelo bidimensional simplificado para predecir el comportamiento de un 'volcán de hielo' para agua dulce a su temperatura de congelación y también agua dulce por encima de su temperatura de congelación. A esto le siguió un análisis experimental, utilizando un canal estrecho que se mapea en el modelo bidimensional. Los experimentos se realizaron en una cámara frigorífica a una temperatura de –18 °C. El agua, de diferentes temperaturas y salinidades (agua dulce y agua con la salinidad del agua de mar del Ártico), se bombeó a través del canal sobre una capa de "hielo original" frío y se dejó congelar o derretir. Luego se calculó el cambio resultante en el espesor del hielo.

Diagrama de un 'volcán de hielo'. El agua de mar se bombea desde abajo hacia una boya flotante, donde luego se congela en un 'volcán' cónico. Un tubo ranurado permite que el agua se bombee más alto a medida que se acumula el hielo. La escala vertical está exagerada. Crédito: Katy Cartlidge.

Tanto teórica como experimentalmente, los resultados fueron prometedores para el agua a su temperatura de congelación: el hielo se formó rápida y uniformemente a lo largo del canal, lo que indica que un "volcán de hielo" podría ser exitoso y uniforme. La acumulación de hielo experimental superó las predicciones teóricas tanto para agua dulce como salada, posiblemente debido a los flujos de calor del aire que se ignoraron en el modelo.

Sin embargo, los resultados fueron menos alentadores para el agua que ingresaba al canal por encima de su temperatura de congelación. Se descubrió que esto da como resultado una pérdida sustancial de hielo cerca de la entrada, incluso para agua que se encuentra solo unos pocos grados por encima de su temperatura de congelación, aunque aún se crea hielo más abajo en el canal. En el contexto del 'volcán de hielo', esto insinúa que la región de hielo que rodea la tubería podría erosionarse por completo en unas pocas horas, creando una 'rosquilla de hielo', a menos que el agua esté dentro de un margen muy estrecho de su temperatura de congelación.

"Este rango estrecho de temperatura aceptable del agua plantea problemas de operabilidad", dijo Katy. "A ciertas temperaturas, un 'volcán de hielo' podría incluso derretir más hielo del que crea, haciéndolo completamente inviable y contraproducente".

Presentando una situación donde el agua ingresa por encima de la temperatura de fusión del hielo. El hielo se erosiona alrededor de la tubería, formando una rosquilla. Crédito: Katy Cartlidge.

“Esto tiene un efecto beneficioso para el volcán de hielo, porque si el hielo se derrite a una temperatura más cálida de la que se congela el agua, el agua puede estar por encima de su temperatura de congelación y aun así no derretir el hielo, aumentando el rango de temperaturas operables”, dijo Katy. . "Sin embargo, si el agua salada estuviera lo suficientemente caliente, aún causaría las desastrosas pérdidas de hielo descritas anteriormente y haría que el volcán de hielo fuera ineficaz". El análisis experimental también se amplió al agua salada, que tenía algunas diferencias notables, incluida una temperatura de fusión más alta que la temperatura de congelación del agua salada. La presencia de sal altera las propiedades térmicas del agua.

Las recomendaciones de Katy para seguir trabajando en este tema incluyen:

Katy dijo: "Cuando se trabaja en un entorno tan único y frágil como el Ártico, es necesario tener mucho cuidado. Antes de contemplar cualquier prueba en el Ártico mismo El impacto potencial en los ecosistemas, el clima y la vida silvestre se evaluaría cuidadosamente en cada etapa, el proceso de aprobación formal, incluida la ética y la participación de las partes interesadas, incluso para el trabajo de campo a pequeña escala, sería exhaustivo, y los experimentos se detendrían. si se observaran efectos negativos imprevistos".

Katy está supervisada por el Dr. Shaun Fitzgerald, miembro docente en ingeniería y director de investigación en el Centro para la Reparación del Clima en Cambridge.

Acerca del Centro para la Reparación del Clima en Cambridge

El Centro para la Reparación del Clima de Cambridge está trabajando en colaboración con Cambridge Zero de la Universidad de Cambridge para salvaguardar nuestro planeta de los efectos desastrosos del calentamiento global. La misión del Centro es triple: reducir las emisiones de CO2; eliminar el exceso de CO2 de la atmósfera; y volver a congelar el Ártico.

Este artículo fue publicado originalmente por el Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge. Se reproduce bajo una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0.