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Cresta de presión (hielo)

Interacción hipotética entre dos témpanos, que da como resultado 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 cresta de presión , cuando está formada por hielo en un entorno oceánico o costero, es una acumulación lineal de fragmentos de hielo marino formados en la banquisa por acumulación en la convergencia entre témpanos.

Esta cresta de presión se desarrolla en una capa de hielo como resultado de un régimen de tensiones establecido dentro del plano del hielo. Dentro de las extensiones de hielo marino, las crestas de presión se originan por 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 especialmente eficaces cuando tienen una dirección predominante. [2] Las crestas de presión están formadas por bloques de hielo angulares de varios tamaños que se acumulan sobre los témpanos. La parte de la cresta que queda por encima de la superficie del agua se conoce como vela ; que debajo de él como la quilla . [nota 2] Las crestas de presión son las características más gruesas del hielo marino y representan hasta el 30-40% del área total del hielo marino [3] y aproximadamente la mitad del volumen total del hielo marino. [4] Stamukhi son crestas de presión que están ancladas a tierra y que resultan de la interacción entre el hielo fijo y el hielo a la deriva . [5] [6] Al igual que el hielo no deformado, las crestas de presión pueden ser de primer, segundo y multiaño, dependiendo de cuántas temporadas de deshielo lograron sobrevivir. Las crestas se pueden formar a partir de hielo de diferentes edades, pero en su mayoría consisten en bloques de hielo joven y fino de 20 a 40 cm de espesor. [2]

Estructura interna

Aunque las crestas de presión del 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 sólo 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 con un sonar multihaz submarino durante la expedición MOSAiC .

Los bloques que forman las crestas de presión provienen en su mayoría del témpano de hielo más delgado involucrado en la interacción, pero también pueden incluir pedazos 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 de agua de deshielo). Esto se conoce como 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 se congela, con la consiguiente reducción 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 la vela, normalmente entre 3 y 5 veces. La quilla también es entre 2 y 3 veces más ancha que la vela. [9] Las crestas suelen derretirse más rápido que el hielo nivelado, 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 nivelado circundante, [12] las crestas del segundo año se derriten sólo 1,6 veces más rápido que el hielo nivelado circundante. [10] Las crestas de hielo marino también desempeñan un papel importante al confinar el agua de deshielo dentro de capas de agua de deshielo bajo el hielo, lo que puede conducir a la formación de fondos falsos . [13] Las crestas también juegan un papel importante en el control de los valores de los coeficientes de resistencia atmosférica . [14]

Espesor y consolidación

Una de las crestas de presión más grandes jamás registradas tenía una vela que se extendía 12 m sobre la superficie del agua y una quilla de 45 m de profundidad. [1] Se informó que el espesor total de una cresta de varios años era de 40 m. [15] En promedio, el espesor total oscila entre 5 my 30 m, [4] con una altura media de vela que se mantiene 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 cumbrera. Las crestas de hielo en el estrecho de Fram suelen tener una forma trapezoidal con una sección horizontal inferior que cubre alrededor del 17% del ancho total de la cresta y con un calado medio de 7 m, [16] mientras que las crestas de hielo en los mares de Chukchi y Beaufort tienen una forma cóncava cercana a forma triangular. [17]

El espesor medio de la capa consolidada de las dorsales árticas es de 1,6 m. Por lo general, las crestas se consolidan más rápido que el hielo nivelado debido a su macroporosidad inicial. La porosidad de los escombros de la cresta (o la fracción vacía llena de agua de la parte no consolidada de la cresta) está en un amplio rango de 10 a 40%. Durante el invierno, las crestas de hielo se consolidan hasta dos veces más rápido que el hielo nivelado, siendo la proporción entre el hielo nivelado y el espesor de la capa consolidada proporcional a la raíz cuadrada de la porosidad de los escombros de las crestas. [18] Esto da como resultado una proporción de 1,6 a 1,8 entre la capa consolidada y el espesor del hielo nivelado al final de la temporada de invierno. [19] Mientras tanto, la nieve suele ser aproximadamente tres veces más espesa sobre las crestas que sobre el nivel del hielo. [20] A veces se pueden encontrar crestas completamente consolidadas con un espesor total de hasta 8 m. [21] Las crestas también pueden contener entre un 6% y un 11% de fracción de masa de nieve, lo que puede estar potencialmente relacionado con los mecanismos de consolidación de las crestas. [22] Las observaciones de las crestas del Estrecho de Fram sugieren que la mayor parte de la consolidación de las crestas ocurre durante la temporada de primavera, cuando durante las intrusiones de aire cálido o eventos dinámicos, la nieve puede ingresar a las quillas de las crestas a través de cables abiertos y aumentar la velocidad de consolidación de las crestas. [23] Estas observaciones están respaldadas por la alta fracción de masa de nieve en los canales vueltos a congelar, observada durante la temporada de primavera. [24] La consolidación de las crestas 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 han sido identificadas como puntos ecológicos críticos.

Métodos de caracterización

La caracterización física de las crestas de presión se puede realizar mediante 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 objeto de investigación. [4] En primer lugar, las cargas más altas aplicadas por el hielo a la deriva sobre las estructuras marinas que operan en océanos fríos 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 fondo marino, lo que representa un riesgo para las tuberías submarinas (ver Excavación del fondo marino por el hielo ) y otras instalaciones del fondo marino. En tercer lugar, tienen un impacto significativo en la navegación. En el Ártico, las crestas de hielo constituyen aproximadamente el 40% de la masa total de 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 ecológicos críticos y se propusieron servir como refugios para organismos asociados al hielo. [30]

Ver 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 . Prensa de la Universidad de Alaska, Fairbanks, 664 p.
  2. ^ abcde Strub-Klein, L. y Sudom, D. (2012). Un análisis exhaustivo de la morfología de las crestas de hielo marino del primer año. Ciencia y tecnología de las regiones frías, 82, págs. 94-109.
  3. ^ ab Hansen, E., Ekeberg, O. ‐C., Gerland, S., Pavlova, O., Spreen, G., Tschudi, M. (2014), Variabilidad en categorías de hielo marino ártico en el estrecho de Fram, estadounidense Unión Geofísica (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). Características de la rotura del hielo: sus patrones cambiantes entre 1975 y 1977, mar de Beaufort, Alaska. Departamento del Interior de los Estados Unidos, Informe de archivo abierto del Servicio Geológico 78-730, Menlo Park, EE. UU., 42 p.
  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 crestas de hielo marino. Ciencia y tecnología de las regiones frías, 25, págs. 65-77.
  8. ^ ab http://nsidc.org/cryosphere/seaice/index.html Archivado el 28 de octubre de 2012 en Wayback Machine .
  9. ^ ab Wadhams, P. (2000). Hielo en el océano. Gordon y Breach Science Publ., Londres, 351 p.
  10. ^ ab Perovich, Donald K.; Grenfell, Thomas C.; Richter‐Menge, Jacqueline A.; Luz, Bonnie; Tucker, Walter B.; Eicken, Hajo (2003). "Cada vez más delgado: mediciones del balance de masa del hielo marino durante SHEBA". Revista de investigación geofísica: océanos . Unión Geofísica Americana (AGU). 108 (C3). doi : 10.1029/2001jc001079 . ISSN  0148-0227.
  11. ^ ab Amundrud, TL (2004), "Restricciones geométricas en la evolución del hielo marino estriado", Journal of Geophysical Research
  12. ^ Salganik, Evgenii; Lange, Benjamín A.; Katlein, cristiano; Matero, Ilkka; Anhaus, Philipp; Muilwijk, Morven; Høyland, Knut V.; Granskog, Mats A. (20 de noviembre de 2023). "Observaciones del derretimiento preferencial en verano de las quillas de las crestas de hielo marino del Ártico a partir de repetidos estudios de sonar multihaz". La criósfera . Copérnico GmbH. 17 (11): 4873–4887. doi : 10.5194/tc-17-4873-2023 . ISSN  1994-0424.
  13. ^ Salganik, Evgenii; Katlein, cristiano; Lange, Benjamín A.; Matero, Ilkka; Lei, Rubio; Fong, Allison A.; Fons, Steven W.; Divino, Dmitry; Ogiier, Marc; Castellani, Giulia; Bozzato, Débora; Chamberlain, Emelia J.; Hoppe, Clara JM; Müller, Oliver; Gardner, Jessie.; Rinke, Annette; Pereira, Patric Simões; Ulfsbo, Adam; Marsay, Chris; Webster, Melinda A.; Maus, Sönke; Høyland, Knut V.; Granskog, Mats A. (2023). "Evolución temporal de las capas de agua de deshielo y fondos falsos bajo el hielo y su impacto en el equilibrio de masa del hielo marino del Ártico en verano". Elementa: Ciencia del Antropoceno . 11 (1). doi : 10.1525/elementa.2022.00035 . hdl : 10037/30456 .
  14. ^ Mchedlishvili, Alejandro; Lüpkes, Christof; Pequeño, Alek; Tsamados, Michel; Spreen, Gunnar (21 de septiembre de 2023). "Nuevas estimaciones de los coeficientes de resistencia neutra de la atmósfera y el hielo marino panártico a partir de datos de elevación de ICESat-2". La criósfera . Copérnico GmbH. 17 (9): 4103–4131. doi : 10.5194/tc-17-4103-2023 . ISSN  1994-0424.
  15. ^ Johnston, M., Masterson, D. y Wright, B. (2009). Espesor del hielo de varios años: lo conocido y lo desconocido. Actas de la XX Conferencia Internacional sobre Ingeniería Portuaria y Oceánica en Condiciones Árticas (POAC), Luleå, Suecia.
  16. ^ Ekeberg, viejo cristiano; Hoyland, Knut; Hansen, Edmond (enero de 2015). "La geometría y la forma de la quilla de la cresta de hielo se derivan de un año de datos de sonar mirando hacia arriba en el estrecho de Fram". Ciencia y Tecnología de las Regiones Frías . 109 : 78–86. doi : 10.1016/j.coldregions.2014.10.003 . ISSN  0165-232X.
  17. ^ Metzger, Andrew T.; Mahoney, Andrew R.; Roberts, Andrew F. (23 de diciembre de 2021). "La forma promedio de las quillas de las crestas de hielo marino". Cartas de investigación geofísica . 48 (24). doi : 10.1029/2021GL095100 . eISSN  1944-8007. ISSN  0094-8276.
  18. ^ Leppäranta, M., Hakala, R. (1992), "La estructura y resistencia de las crestas de hielo del primer año en el Mar Báltico", Ciencia y tecnología de las regiones frías
  19. ^ Salganik, E., Høyland, KV, Maus, S. (2020), "Consolidación de crestas de hielo fresco para diferentes escalas", Ciencia y tecnología de regiones frías
  20. ^ Itkin, P., Hendricks, S., Webster, M., Albedyll, L. von, Arndt, S., Divine, D., Jaggi, M., Oggier, M., Raphael, I., Ricker, R ., Rohde, J., Schneebeli, M., Liston, GE (2023), "Características del hielo marino y la nieve de transectos de un año en el Observatorio Central MOSAiC", Elementa: Ciencia del Antropoceno
  21. ^ Marchenko, A. (2022), Termohidrodinámica de los escombros del hielo marino, Springer International Publishing
  22. ^ Lange, BA, Salganik, E., Macfarlane, A., Schneebeli, M., Høyland, K., Gardner, J., Müller, O., Divine, DV, Kohlbach, D., Katlein, C., Granskog , MA (2023), "Contribución del deshielo al equilibrio de masa de las crestas de hielo del primer año del Ártico y su rápida consolidación durante el deshielo del verano", Elementa: Ciencia del Antropoceno
  23. ^ Salganik, E; Lange, Licenciatura en Letras; Itkin, P; Divino, D; Katlein, C; Nicolás, M; Hoppmann, M; Neckel, N; Ricker, R; Hoyland, KV; Granskog, MA (2023). "Diferentes mecanismos de consolidación de las crestas de hielo marino del primer año del Ártico observados durante la expedición MOSAiC". Elem Sci Anth . Prensa de la Universidad de California. 11 (1). doi : 10.1525/elementa.2023.00008 . hdl : 10037/29890 . ISSN  2325-1026.
  24. ^ Clemens-Sewall, D; Polashenski, C; Frey, MM; Cox, CJ; Granskog, MA; Macfarlane, AR; Fons, SW; Schmale, J; Hutchings, JK; von Albedyll, L; Arndt, S; Schneebeli, M; Perovich, D (23 de junio de 2023). "Pérdida de nieve en cables en el hielo marino del Ártico: mínima en condiciones típicas de invierno, pero alta durante una nevada cálida y ventosa". Cartas de investigación geofísica . Unión Geofísica Americana (AGU). 50 (12). doi : 10.1029/2023gl102816 . ISSN  0094-8276.
  25. ^ Leppäranta, M., Lensu, M., Kosloff, P., Veitch, B. (1995), "La historia de vida de una cresta de hielo marino de primer año", Ciencia y tecnología de las regiones frías
  26. ^ Kharitonov, VV (2008), "Estructura interna de crestas de hielo y estamukhas basada en datos de perforación térmica", Ciencia y tecnología de regiones frías
  27. ^ Salganik, E., Høyland, KV, Shestov, A. (2021), "Experimento de mediana escala en la consolidación de una cresta de hielo marino artificial en Van Mijenfjorden, Svalbard", Ciencia y tecnología de las regiones frías
  28. ^ Itkin, P., Hendricks, S., Webster, M., Albedyll, L. von, Arndt, S., Divine, D., Jaggi, M., Oggier, M., Raphael, I., Ricker, R ., Rohde, J., Schneebeli, M., Liston, GE (2023), "Características del hielo marino y la nieve de transectos de un año en el Observatorio Central MOSAiC", Elementa: Ciencia del Antropoceno
  29. ^ Ervik, Åse; Nord, Torodd S.; Høyland, Knut V.; Samardzija, Ilija; Li, Hongtao (2019). "Interacciones de las crestas de hielo con el faro de Norströmsgrund: fuerzas globales y modos de interacción". Ciencia y Tecnología de las Regiones Frías . 158 : 195–220. doi : 10.1016/j.coldregions.2018.08.020 . ISSN  0165-232X.
  30. ^ Fernández-Méndez, M., Olsen, LM, Kauko, HM, Meyer, A., Rösel, A., Merkouriadi, I., Mundy, CJ, Ehn, JK, Johansson, AM, Wagner, PM, Ervik, Å ., Sorrell, BK, Duarte, P., Wold, A., Hop, H., Assmy, P. (2018), "Puntos calientes de algas en un océano Ártico cambiante: crestas de hielo marino y la interfaz nieve-hielo" , Fronteras de las Ciencias Marinas