Los núcleos de hielo que nos permitirán mirar 1,5

Los científicos están perforando profundamente el hielo antártico para comprender mejor el papel que desempeña el dióxido de carbono atmosférico en los ciclos climáticos de la Tierra.

Moviéndose rápida y cuidadosamente con dos capas de guantes, Florian Krauss coloca un cubo de hielo en un cilindro chapado en oro que brilla en rojo a la luz del láser que apunta. Da un paso atrás para admirar la máquina, cubierta de cables y medidores, que convierte el hielo polar en datos climáticos.

Si se tratara de un trozo real de precioso hielo de un millón de años de la Antártida y no sólo de un cubo de prueba, luego sellaría el recipiente de extracción al vacío y encendería el láser principal de 150 vatios, haciendo que lentamente toda la muestra de hielo para sublimar directamente en gas. Para Krauss, estudiante de doctorado en la Universidad de Berna en Suiza, esto revelaría sus secretos, exponiendo las concentraciones de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono atrapados en su interior.

Para comprender mejor el papel que desempeña el dióxido de carbono atmosférico en los ciclos climáticos de la Tierra, los científicos han recurrido desde hace tiempo a núcleos de hielo perforados en la Antártida, donde las capas de nieve se acumulan y compactan durante cientos de miles de años, atrapando muestras de aire antiguo en una red de burbujas que sirven como pequeñas cápsulas del tiempo. Al analizar esas burbujas y otros contenidos del hielo, como el polvo y los isótopos de agua, los científicos pueden conectar las concentraciones de gases de efecto invernadero con temperaturas que se remontan a 800.000 años.

La iniciativa europea Beyond EPICA (Proyecto europeo para extraer muestras de hielo en la Antártida), ahora en su tercer año, espera recuperar el núcleo más antiguo hasta el momento, que data de 1,5 millones de años. Esto extendería el registro climático hasta la Transición del Pleistoceno Medio, un período misterioso que marcó un cambio importante en la frecuencia de las oscilaciones climáticas de la Tierra: ciclos de períodos glaciales y cálidos repetidos.

Perforar con éxito un núcleo tan antiguo (una tarea que duró años) podría ser la parte fácil. A continuación, los científicos deben liberar laboriosamente el aire atrapado en ese hielo. Krauss y sus colegas están desarrollando una nueva e innovadora forma de hacerlo.

"No estamos interesados ​​en el hielo en sí, sólo nos interesan las muestras de aire incluidas, por lo que necesitábamos encontrar una nueva forma de extraer el aire del hielo", dice.

La intervención puede descomponer el metano, imitando un fenómeno que podría haber amplificado las edades de hielo. Pero los científicos dicen que aún es necesario realizar mucha más investigación básica.

Derretirse no es una opción porque el dióxido de carbono se disuelve fácilmente en agua. Tradicionalmente, los científicos han utilizado métodos de extracción mecánica, triturando muestras de capas individuales de hielo para liberar el aire. Pero la molienda no sería efectiva para el hielo de Beyond EPICA en el congelador de almacenamiento de la universidad, que se mantiene a 50 °C bajo cero. El hielo más antiguo en el fondo del núcleo estará tan comprimido y las capas anuales individuales tan delgadas que las burbujas no serán visibles: habrán sido presionadas contra la red de cristales de hielo, formando una nueva fase llamada clatrato. .

"En el fondo, esperamos 20.000 años de historia climática comprimidos en sólo un metro de hielo", afirma Hubertus Fischer, jefe del grupo científico sobre clima y núcleos de hielo del pasado en Berna. Eso es una centésima parte del espesor de cualquier registro de núcleos de hielo existente.

El nuevo método que están desarrollando Krauss y Fischer se llama deepSLice. (Un menú de pizza está pegado al costado del dispositivo, justo debajo de las etiquetas de advertencia láser, un regalo de una pizzería en Australia con el mismo nombre). DeepSLice tiene dos partes. El dispositivo de extracción por sublimación inducida por láser, o LISE, ocupa media habitación en el espacio del laboratorio del equipo. LISE apunta un láser de infrarrojo cercano continuamente a una porción de núcleo de hielo de 10 centímetros para que pase directamente de sólido a gas bajo una presión y temperatura extremadamente bajas. Luego, el gas sublimado se congela en seis tubos de inmersión metálicos enfriados a 15 K (-258 °C), cada uno de los cuales contiene el aire de un centímetro de núcleo de hielo. Finalmente, las muestras se cargan en un espectrómetro de absorción personalizado basado en tecnología láser de cascada cuántica, que dispara fotones a través de la muestra de gas para medir concentraciones de dióxido de carbono, metano y óxido nitroso simultáneamente. Otra gran ventaja de este sistema es que requiere mucho menos hielo (y trabajo) que el antiguo método de análisis, en el que los científicos medían el metano derritiendo hielo (no se disuelve en agua) y midían el dióxido de carbono moliendo hielo.

DeepSLice ofrece "una capacidad única que nadie más tiene", dice Christo Buizert, científico de núcleos de hielo de la Universidad Estatal de Oregón y líder de análisis de hielo de COLDEX (el Centro para la exploración del hielo más antiguo), el equivalente estadounidense de Beyond EPICA, que actualmente en una “carrera amistosa” con los europeos para perforar un núcleo continuo hasta el hielo de 1,5 millones de años.

"Lo que están tratando de hacer, sublimar el hielo, la gente lo ha estado intentando durante mucho tiempo, pero es una de las formas más desafiantes de extraer gases del hielo", dice Buizert. “Es una forma muy prometedora, porque se elimina el 100% de los gases, pero es muy difícil de lograr. Así que el hecho de que hayan logrado que funcione es muy impresionante”.

Krauss y Fischer todavía tienen unos tres años antes de tener en sus manos esa sección de hielo crítica. Todavía quedan problemas por resolver, como cómo recapturar las muestras del espectrómetro para análisis adicionales, pero creen que estarán listas cuando finalmente lleguen en contenedores congeladores en un barco desde la Antártida vía Italia.

"Nuestros últimos resultados nos mostraron que vamos por buen camino y, de hecho, logramos la precisión que queríamos", dice Krauss. "Así que estoy seguro de que estará listo".

Christian Elliott es un reportero científico y ambiental que vive en Chicago.

Esta historia fue parte de nuestra edición de septiembre/octubre de 2023.

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