Weisen Shen del SBU recibe más de 625.000 dólares para estudiar la tierra debajo del hielo del Polo Sur

Por Daniel Dunaief

Si bien es fácil ver y estudiar materiales en valles o en las cimas de montañas desnudas, es mucho más difícil saber qué hay debajo de 2,7 kilómetros de hielo. Resulta que ese tipo de preguntas es mucho más que académica o hipotética.

En el Polo Sur, los glaciares se asientan sobre tierras que nunca ven la luz del día, pero que son relevantes para el futuro de ciudades como Manhattan y Boston.

La tierra sólida debajo de los glaciares tiene un fuerte efecto en el movimiento de la capa de hielo, lo que puede afectar la velocidad de derretimiento del hielo y el cambio del nivel del mar.

Weisen Shen, profesor asistente en el Departamento de Geociencias de la Universidad Stony Brook, recibió recientemente más de 625.000 dólares en el transcurso de cinco años de la Fundación Nacional de Ciencias para estudiar la tierra inexplorada debajo de la capa de hielo de la Antártida Oriental en el Polo Sur.

El agua y los hidrosistemas subglaciales, junto con la geología como los sedimentos o las rocas duras, afectan la dinámica y contribuyen a la velocidad de movimiento de la capa de hielo.

Una vez que Shen comprenda mejor el material debajo del hielo, incluida el agua glacial, podrá seguirlo con otros investigadores para interpretar las implicaciones de la dinámica de la capa de hielo.

"Podemos predecir mejor cuál es la contribución de la capa de hielo antártica al cambio del nivel del mar", lo que ofrecerá a los modeladores una forma de medir el probable impacto del calentamiento global en las próximas décadas, afirmó.

Usando datos sísmicos

A partir de noviembre, Shen y los estudiantes de posgrado Siyuan Sui, Thomas Reilly y Hanxiao Wu se aventurarán durante dos meses al Polo Sur con monitores sísmicos.

Al colocar 183 nodos sísmicos e instalar ocho estaciones sísmicas de banda ancha adicionales, Shen y su equipo cuantificarán las propiedades sísmicas y, eventualmente, las utilizarán para inferir la composición, densidad y estructura de temperatura de la corteza y el manto superior.

La temperatura cuando coloquen estos monitores será de 10 a 30 grados bajo 0 grados Fahrenheit. Tendrán que excavar un poco mientras implementan estos sensores cerca de la superficie.

Si bien se cree que el Polo Sur es geológicamente estable, los signos de derretimiento subglacial sugieren que la corteza puede contener una mayor concentración de elementos altamente radiactivos como uranio, torio y potasio.

Esos elementos naturales "producen calor todo el tiempo", dijo Shen.

El proceso y análisis de las ondas sísmicas funciona de la misma manera que para el estudio de un prisma. Observar la refracción de la luz que entra y sale del prisma desde varios ángulos puede ayudar a los investigadores a diferenciar la luz con diferentes frecuencias, revelando pistas sobre la estructura y composición del prisma.

Mientras tanto, los materiales terrestres también provocarán una diferenciación en la velocidad de las ondas superficiales según sus frecuencias. La diferenciación de velocidades se denomina "dispersión", que Shen y su equipo utilizarán para cuantificar las propiedades sísmicas. El área tiene suficientes ondas naturales como para que Shen no necesite generar ondas de energía artificiales.

"Estamos monitoreando cuidadosamente qué tan rápido viaja [la energía sísmica]" para determinar la temperatura, la densidad y el tipo de roca, dijo Shen.

El agua debajo del glaciar puede actuar como un resbalón y deslizamiento, lo que facilita el movimiento del glaciar.

Se han cartografiado algunos grandes lagos de la Antártida, como el lago Vostok. Sin embargo, la profundidad y los contornos de los lagos subglaciares cerca del Polo Sur aún no están claros.

"Tenemos que utilizar muchos métodos diferentes para estudiar eso", dijo Shen.

El investigador de Stony Brook colaborará con sus colegas para combinar sus resultados sísmicos con otros tipos de datos, como los de radar, para examinar las estructuras subterráneas del hielo.

El trabajo implicará tres años de recopilación de datos de campo y dos años de análisis.

Componente educativo

Además de recopilar y analizar datos, Shen ha añadido un importante componente educativo al estudio. Por primera vez, traerá a la profesora de ciencias de Brentwood High School, la Dra. Rebecca Grella, graduada con un doctorado del programa de Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad de Stony Brook, Grella brindará conferencias y clases de forma remota desde el campo.

Además de traer un maestro de escuela secundaria, Shen financiará a estudiantes de posgrado en Stony Brook que puedan ayudar a los estudiantes de Brentwood a prepararse para el examen regente de Ciencias de la Tierra.

Shen está trabajando con Kamazima Lwiza, profesora asociada de la Facultad de Ciencias Marinas y Atmosféricas de Stony Brook, para llevar las ciencias de la Tierra, incluidas las ciencias polares, a las escuelas de la ciudad de Nueva York y Long Island con un autobús equipado con laboratorios móviles.

Lwiza, investigadora principal del proyecto EarthBUS, trabajará junto con Shen para crear un módulo del curso que incluya una conferencia y una exposición de 45 minutos.

Shen siente que el proyecto lo ayudará a prepararse para educar mejor a los estudiantes en la escuela de posgrado, la universidad y K-12 en la comunidad.

Siente una gran necesidad de ayudar a los estudiantes de K-12 en particular con las Ciencias de la Tierra.

En cuanto a los estudiantes fuera de Brentwood, Shen dijo que tiene una política de puertas abiertas en la que el laboratorio es receptivo a estudiantes de secundaria y universitarios que deseen participar en su investigación durante todo el año.

Una vez que recopile el primer lote de datos del próximo viaje al Polo Sur, tendrá que realizar un procesamiento, análisis e interpretación de datos considerables.

Si bien Shen espera con ansias la próxima temporada de campo, sabe que perderá tiempo en su casa de Stony Brook con su esposa Jiayi Xie, su hijo Luke de cuatro años y medio y su hijo Kai de 1,5 años.

"Es una carga enorme para mi esposa", dijo Shen, cuya esposa trabaja a tiempo completo. Cuando regrese, “espera compensarlos”.

Shen cree, sin embargo, que el trabajo que está haciendo es importante en términos más amplios, incluso para sus hijos.

Las altas temperaturas récord que se están produciendo en Estados Unidos y otros lugares este verano “definitivamente tendrán un impacto en la dinámica de la capa de hielo”. Al mismo tiempo, la capa de hielo de la Antártida se encuentra en un nivel récord.

"Esto es preocupante y hace que sea más urgente terminar nuestro trabajo allí", añadió.