7.8: La estructura térmica de los glaciares

La estructura térmica de los glaciares

Procesos de intercambio energético en los límites de los glaciares

Un glaciar puede ganar o perder calor de varias maneras. Es claro que estos procesos operan tanto en la superficie del glaciar como en la base del glaciar. ¿Cuáles son estos procesos y cuál es su importancia relativa? En el Cuadro 1 se enumeran las formas en que el calor puede ser ganado o perdido por un glaciar en su superficie.

En primer lugar, hay que tener en cuenta que el efecto combinado de todos estos procesos depende de si el glaciar se encuentra en su punto de fusión o por debajo de su punto de fusión (Figura 7-25). Obviamente, si la temperatura del glaciar está por debajo del punto de fusión, entonces el efecto de la adición de calor es elevar la temperatura y el efecto de extracción de calor es bajar la temperatura. Pero si la temperatura del glaciar está en el punto de fusión, entonces la adición de calor sirve para derretir el hielo del glaciar. Por supuesto, la extracción de calor cuando el glaciar está en el punto de fusión baja la temperatura por debajo del punto de fusión.

Cuadro 7-1. Procesos de intercambio de calor asociados a un glaciar.

Un factor indirecto importante en todo esto es la conducción de calor dentro del hielo. Esta es la forma en que el calor se mueve hacia o desde la superficie del glaciar, y controla las tasas de radiación o conducción de calor en la superficie del glaciar, ya que la radiación superficial y la conducción son una función de la temperatura superficial del hielo.

Figura 7-25. Efecto de los procesos de intercambio de calor sobre la temperatura de un glaciar.

Aquí hay algunos puntos descriptivos misceláneos sobre el Cuadro 7-1, clavados por número:

(1) La constante solar es la velocidad a la que el Sol entrega calor a la Tierra. Convencionalmente se toma como el valor que se mediría justo fuera de la atmósfera de la Tierra cuando la distancia entre el Sol y la Tierra está en su distancia media anual. El valor de la constante solar es muy cercano a 2 cal/cm ² -min.

(2) El albedo de la Tierra es el porcentaje de radiación solar entrante que se refleja directamente de regreso al espacio, en promedio. El albedo de un glaciar varía considerablemente: las superficies nevadas tienen un albedo de 0.7—0.9, pero el hielo glaciar tiene un albedo de solo 0.2—0.4.

(3) El intercambio de energía superficial es muy diferente bajo cielos despejados y bajo cielos nublados. Bajo cielos despejados, la radiación directamente al espacio está involucrada; típicamente el glaciar pierde calor, a menos que el aire sea muy cálido. Bajo cielos nublados, la dirección del flujo neto de energía depende principalmente de la temperatura relativa de las nubes y el hielo.

(4) Esto sería menor sin el efecto del viento. Cuando sopla el viento, hay una difusión turbulenta, que se sabe por la sección sobre dinámica de fluidos en el Capítulo 1 que es mucho mayor que la difusión molecular; entonces la conducción hacia o desde el aire suprayacente puede ser muy importante.

(5) Este es un efecto menor.

(6) Esto no es importante si el hielo está en su punto de fusión; 10 cm/día equivale a un día de radiación de onda larga. Pero si la lluvia se congela cuando cae, entonces esto puede ser un efecto importante.

El intercambio de energía en la base del glaciar es una cuestión más simple, y las magnitudes del flujo de energía no solo son mucho más pequeñas sino también mucho menos variables. El calor geotérmico es suficiente para derretir aproximadamente 5 mm de hielo por año. Esto puede no sonar como mucho, pero en un glaciar cuyo hielo basal se encuentra en el punto de fusión juega un papel importante en el movimiento glaciar, a través del efecto lubricante de la delgada película de agua que se produce continuamente y luego se drena lentamente. También hay calor por fricción interna. Esto tiende a producirse principalmente en la parte inferior del glaciar, tanto por el deslizamiento basal como también porque el cizallamiento es más fuerte en la parte más baja del glaciar. La tasa de generación de calor por deformación interna varía de considerablemente menos a considerablemente más que el flujo de calor de la roca de abajo, pero es aproximadamente del mismo orden de magnitud.

Características Térmicas de los Glaciares

Las características de temperatura de los glaciares son importantes porque la deformación del hielo, y por lo tanto el flujo de los glaciares, depende fuertemente de la temperatura del hielo. Al principio pensé puede parecer que todos los glaciares son fríos. Pero se puede hacer una distinción importante entre

hielo frío: hielo por debajo de su punto de fusión de presión (no puede haber agua líquida), y

hielo caliente: hielo en el punto de fusión a presión (hay al menos un poco de agua líquida, debajo o entre granos).

Recordemos del Capítulo 1, en la sección sobre el agua, que el punto de fusión del hielo cae ligeramente al aumentar la presión. Eso se traduce en una disminución de aproximadamente 2°C debajo de una capa gruesa de hielo. Por lo tanto, en realidad hay un gradiente de temperatura descendente en un glaciar, aunque es pequeño.

No necesariamente se puede clasificar un glaciar entero como cálido o frío, porque comúnmente la parte superior o el interior geográfico del glaciar tiene hielo frío y la parte inferior o las franjas de latitud inferior tienen hielo cálido. Pero en una determinada región geográfica del glaciar, si el glaciar es tal que en invierno todo el hielo está por debajo del punto de fusión, y solo la parte superficial se eleva al punto de fusión en verano, se dice que el glaciar es un glaciar frío. Por otro lado, si todo el hielo se eleva al punto de fusión en verano, y solo una parte se enfría por debajo del punto de fusión en invierno, se dice que el glaciar es un glaciar cálido.

Una de las consecuencias más importantes de la estructura térmica de los glaciares tiene que ver con los fenómenos basales. Por lo tanto, podemos hablar de glaciares de base cálida y glaciares a base de frío. Generalmente se cree que los glaciares a base de frío muestran poco o ningún deslizamiento basal; el hielo se congela rápidamente hasta el lecho rocoso, y todo movimiento es por deformación interna. Por otro lado, un glaciar cálido tiene una fina capa de agua en su base, lo que facilita el deslizamiento basal.

El hielo frío se forma de dos maneras diferentes:

(1) Acumulaciónisatatemperaturasolólo que se derrite en la superficie durante el verano. Este es el caso sobre la mayor parte de la capa de hielo antártico. La temperatura del firn y del hielo por debajo del nivel de cambio estacional de temperatura es aproximadamente la misma que la temperatura media anual del aire en el sitio. Pero la temperatura aumenta a la baja, debido al calor geotérmico. Ver Figura 7-26. Dos tendencias opuestas determinan el curso de la curva en la Figura 7-26: (1) el valor del flujo de calor geotérmico desde abajo, y (2) la tasa de acumulación de firn, que tiende a “llevar frío hacia abajo” hacia la capa de hielo.

Figura 7-26. Gráfico de temperatura del hielo vs. profundidad dentro de un espeso glaciar frío.

(2) Enfriar la capa superficial por el frío invernal. Este efecto se extiende hasta 20 m. Esto ocurre en las superficies de todos los glaciares en invierno.

¿Cómo se forma el hielo caliente? Al calentar para elevar el hielo a su punto de fusión (en cualquier lugar). Esto sucede en la superficie del glaciar, por uno o más de los procesos de transferencia de calor enumerados anteriormente, para formar una capa cálida superficial, y luego el agua de deshielo se percoló y calienta el hielo recongelando. Este es un efecto importante: cuando se congela 1 g de agua de deshielo, se libera suficiente calor latente para elevar 160 g de hielo 1°C.Tenga en cuenta que esto calienta el hielo pero no lo derrite. Tenga en cuenta también que el calor latente es la única fuente de calentamiento a profundidad, porque casi no hay gradiente de temperatura y por lo tanto casi no hay conducción.

El hielo cálido es producido en la base del glaciar por fuentes de calor basales. Esto se ve favorecido por las siguientes circunstancias:

• hielo espeso

• alta temperatura superficial

• baja tasa de acumulación

• alta velocidad de hielo

¡En grandes áreas de las capas de hielo tanto de la Antártida como de Groenlandia, el hielo basal está en su punto de fusión de presión!

Un punto importante es que cuando incluso se produce una fina capa de hielo cálido en la base del glaciar, el gradiente de temperatura es de aproximadamente cero, por lo que todo el calor basal (friccional y geotérmico) se usa para fundir, porque no hay conducción. Esto proporciona un suministro continuo de agua de deshielo en la base del glaciar.