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Cresta de presión (hielo)

Interacción hipotética entre dos témpanos, que da lugar a una cresta de presión, una acumulación lineal de fragmentos de hielo marino.
Estructura interna de una cresta de hielo marino de primer año, expedición MOSAiC , 4 de julio de 2020.

Una dorsal de presión , cuando está formada por hielo en un entorno oceánico o costero, es una acumulación lineal de fragmentos de hielo marino formados en el hielo marino por acumulación en la convergencia entre témpanos.

Una cresta de presión de este tipo se desarrolla en una capa de hielo como resultado de un régimen de tensión establecido dentro del plano del hielo. Dentro de las extensiones de hielo marino, las crestas de presión se originan a partir de la interacción entre témpanos, [nota 1] cuando chocan entre sí. [1] Las corrientes y los vientos son las principales fuerzas impulsoras, pero estos últimos son particularmente efectivos cuando tienen una dirección predominante. [2] Las crestas de presión están formadas por bloques de hielo angulares de varios tamaños que se apilan sobre los témpanos. La parte de la cresta que está por encima de la superficie del agua se conoce como vela ; la que está debajo de ella como quilla . [nota 2] Las crestas de presión son las características de hielo marino más gruesas y representan hasta el 30-40% del área total de hielo marino [3] y aproximadamente la mitad del volumen total de hielo marino. [4] Los stamukhi son crestas de presión que están en tierra y que resultan de la interacción entre el hielo fijo y el hielo flotante . [5] [6] De manera similar al hielo no deformado, las crestas de presión pueden ser de primer, segundo y multianuales, dependiendo de cuántas temporadas de derretimiento hayan logrado sobrevivir. Las crestas pueden formarse a partir de hielo de diferentes edades, pero en su mayoría consisten en bloques de 20 a 40 cm de espesor de hielo delgado y joven. [2]

Estructura interna

Aunque las crestas de presión de hielo varían mucho en forma (que también evoluciona con el tiempo), este diagrama (no a escala) muestra cómo a menudo se idealiza una cresta a la deriva. [7] [4]
Ejemplo de campo de una cresta de presión. En esta fotografía solo se muestra la vela. La quilla es más difícil de documentar.
Cresta de presión en el Polo Norte , expedición de la Universidad de Giessen , 17 de abril de 1990
Una cresta de presión en el hielo antártico cerca de la Base Scott , con nubes lenticulares en el cielo.
Topografía del fondo de una cresta de presión del primer año medida utilizando un sonar multihaz submarino durante la expedición MOSAiC .

Los bloques que forman las crestas de presión provienen principalmente del témpano de hielo más delgado involucrado en la interacción, pero también pueden incluir piezas del otro témpano si no es demasiado grueso. [1] En el verano, la cresta puede sufrir una cantidad significativa de erosión, lo que la convierte en una colina suave. Durante este proceso, el hielo pierde su salinidad (como resultado del drenaje de salmuera y el lavado con agua de deshielo). Esto se conoce como una cresta envejecida . [8] Una cresta completamente consolidada es aquella cuya base ha sufrido una congelación completa. [8] El término capa consolidada se utiliza para designar la congelación de los escombros justo debajo de la línea de flotación. [2] La existencia de una capa consolidada depende de la temperatura del aire: en esta capa, el agua entre los bloques individuales está congelada, con una reducción resultante de la porosidad y un aumento de la resistencia mecánica. La profundidad de la quilla de una cresta de hielo es mucho mayor que la altura de su vela, generalmente unas 3 a 5 veces. La quilla también es 2 a 3 veces más ancha que la vela. [9] Las crestas suelen derretirse más rápido que el hielo plano, tanto en la superficie [10] como en el fondo. [11] Mientras que las crestas del primer año se derriten aproximadamente 4 veces más rápido que el hielo plano circundante, [12] las crestas del segundo año se derriten solo 1,6 veces más rápido que el hielo plano circundante. [10] Las crestas de hielo marino también juegan un papel importante en el confinamiento del agua de deshielo dentro de las capas de agua de deshielo debajo del hielo, lo que puede conducir a la formación de falsos fondos . [13] Las crestas también juegan un papel importante en el control de los valores de los coeficientes de arrastre atmosférico . [14]

Espesor y consolidación

Una de las mayores dorsales de presión registradas tenía una vela que se extendía 12 m por encima de la superficie del agua y una profundidad de quilla de 45 m. [1] Se informó que el espesor total de una dorsal plurianual era de 40 m. [15] En promedio, el espesor total varía entre 5 m y 30 m, [4] con una altura media de la vela que permanece por debajo de los 2 m. [2] La profundidad media de la quilla de las dorsales árticas es de 4,5 m. La altura de la vela suele ser proporcional a la raíz cuadrada del espesor del bloque de la dorsal. Las dorsales de hielo del estrecho de Fram suelen tener una forma trapezoidal con una sección horizontal inferior que cubre alrededor del 17% del ancho total de la dorsal y con un calado medio de 7 m, [16] mientras que las dorsales de hielo de los mares de Chukchi y Beaufort tienen una forma cóncava cercana a la triangular. [17]

El espesor medio de la capa consolidada de las dorsales árticas es de 1,6 m. Normalmente, las dorsales se consolidan más rápido que el hielo a nivel debido a su macroporosidad inicial. La porosidad de los escombros de la dorsal (o la fracción de huecos llenos de agua de la parte no consolidada de la dorsal) se encuentra en un amplio rango de entre el 10 y el 40 %. Durante el invierno, las dorsales de hielo se consolidan hasta dos veces más rápido que el hielo a nivel, y la relación entre el espesor del hielo a nivel y el espesor de la capa consolidada es proporcional a la raíz cuadrada de la porosidad de los escombros de la dorsal. [18] Esto da como resultado una relación entre el espesor de la capa consolidada y el espesor del hielo a nivel de entre 1,6 y 1,8 al final de la temporada de invierno. [19] Mientras tanto, la nieve suele ser aproximadamente tres veces más gruesa por encima de las dorsales que por encima del hielo a nivel. [20] A veces, se pueden encontrar dorsales totalmente consolidadas con un espesor total de hasta 8 m. [21] Las dorsales también pueden contener entre el 6 % y el 11 % de fracción de masa de nieve, lo que puede estar potencialmente vinculado a los mecanismos de consolidación de las dorsales. [22] Las observaciones de la cresta del estrecho de Fram sugieren que la mayor parte de la consolidación de la cresta ocurre durante la temporada de primavera, cuando durante las intrusiones de aire cálido o eventos dinámicos, la nieve puede entrar en las quillas de la cresta a través de canales abiertos y aumentar la velocidad de la consolidación de la cresta. [23] Estas observaciones están respaldadas por la alta fracción de masa de nieve en canales recongelados, observada durante la temporada de primavera. [24] La consolidación de la cresta reduce potencialmente los niveles de luz y el espacio habitable disponible para los organismos, lo que puede tener impactos ecológicos negativos, ya que las crestas se han identificado como puntos críticos ecológicos.

Métodos de caracterización

La caracterización física de las crestas de presión se puede realizar utilizando los siguientes métodos: [2]

Interés por las crestas de presión

Desde una perspectiva naval y de ingeniería offshore, hay tres razones por las que las crestas de presión son un tema de investigación. [4] En primer lugar, las cargas más altas aplicadas sobre las estructuras offshore que operan en océanos fríos por el hielo a la deriva están asociadas con estas características. [29] En segundo lugar, cuando las crestas de presión se desplazan hacia áreas menos profundas, su quilla puede entrar en contacto con el lecho marino, lo que representa un riesgo para las tuberías submarinas (ver Excavación del lecho marino por el hielo ) y otras instalaciones del lecho marino. En tercer lugar, tienen un impacto significativo en la navegación. En el Ártico, el hielo en cresta representa aproximadamente el 40% de la masa total del hielo marino. [9] [3] Las crestas del primer año con gran macroporosidad son importantes para las comunidades simpágicas asociadas al hielo y se identificaron como posibles puntos calientes ecológicos y se propuso que sirvieran como refugios de organismos asociados al hielo. [30]

Véase también

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Notas

  1. ^ Un témpano es cualquier trozo individual de hielo marino de más de 20 m (66 pies).
  2. ^ Estos términos también se aplican a cualquier elemento de hielo flotante, como los icebergs .

Referencias

  1. ^ abc Weeks, WF (2010) Sobre el hielo marino . University of Alaska Press, Fairbanks, 664 pág.
  2. ^ abcde Strub-Klein, L. y Sudom, D. (2012). Un análisis exhaustivo de la morfología de las dorsales de hielo marino del primer año. Cold Regions Science and Technology, 82, págs. 94-109.
  3. ^ ab Hansen, E., Ekeberg, O. ‐C., Gerland, S., Pavlova, O., Spreen, G., Tschudi, M. (2014), Variabilidad en las categorías del hielo marino del Ártico en el estrecho de Fram, American Geophysical Union (AGU)
  4. ^ abcd Leppäranta, M. (2005). La deriva del hielo marino. Springer-Verlag, Nueva York, 266 p.
  5. ^ Barnes, PW, D., McDowell y Reimnitz, E. (1978). Ice gouging features: Their changing patterns from 1975-1977, Beaufort Sea, Alaska. Departamento del Interior de los Estados Unidos, Informe de archivo abierto del Servicio Geológico 78-730, Menlo Park, EE. UU., 42 págs.
  6. ^ Ogorodov, SA y Arkhipov, VV (2010) El fondo del mar Caspio es erosionado por témpanos de hielo. Doklady Ciencias de la Tierra, 432, 1, págs. 703-707.
  7. ^ Timco, GW y Burden, RP (1997). Un análisis de las formas de las dorsales de hielo marino. Cold Regions Science and Technology, 25, págs. 65-77.
  8. ^ desde http://nsidc.org/cryosphere/seaice/index.html Archivado el 28 de octubre de 2012 en Wayback Machine .
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