Revelando os segredos do permifrost Understand article

Traduzido por Anapaula Vaz Corrêa Maia. Estudar o permifrost nos permitiu ver não somente o passado, mas também o futuro. Miguel Ángel de Pablo, Miguel Ramos, Gonçalo Vieira e Antonio Molina explicam.

Preparando-se contra o vento gelado da Antática, quatro vultos maciços lutam para subir uma encosta.Seriam eles pinguins? Focas? Não. Eles são cientistas do permifrost – bem agasalhados contra o frio e carregando equipamento de alta tecnologia.

É assim que, todos os anos, nós passamos cerca de dois meses antes de retornarmos aos nossos quentes laboratórios europeus para analisarmos nossos dados. O que estamos fazendo e por que fazemos isso?

O que é o permifrost?

Quanto o inverno chega e as temperaturas caem, o gelo se forma em poças e lagoas. Quando a temperatura fica abaixo de 0°C durante muito tempo, até o solo se congela. Em alguns casos, o solo pode ficar congelado continuamente por mais de dois anos, nós chamamos isto de permifrost.

Claramente, isto somente acontece em ambientes extremos: o permifrost é encontrado principalmente perto dos pólos e em altas montanhas (Figura 1). No entanto, no hemisfério norte, onde ele foi mais estudado, o permifrost cobre 20% da área continental.

Misturadas ao permifrost, existem faixas de solo que permanecem descongeladas durante todo o ano (talik), o resultado da pressão local, da alta salinidade ou do fluxo das águas subterrâneas. Isto significa que o permifrost pode ser contínuo, cobrindo vastas regiões, mas também pode ser discontínuo ou até desigual (Figura 1). A profundidade do permifrost é bastante variável e depende do ambiente: pode chegar a centenas de metros para dentro do solo, ao passo que na Ilha Decepção, que é um vulcão em atividade, ele atinge somente 3 metros de profundidade.

Detectando o permifrost

Na teoria, detectar o permafrost é relativamente fácil: somente introduzir un termômetro no solo e proceder a medições regulares durante dois anos. Entretanto, obter dados pecisos e representativos é mais complicado. Isto porque a camada mais superficial do solo é diretamente afectada pela radiação solar e condições climáticas, então ao contrário do permifrost abaixo, ela se descongela durante a estação quente.

A camada superficial acima do permifrost é conhecida como camada ativa e os repetidos ciclos de gelo-degelo podem levá-la a produir formas peculiares em pequena escala, como terrenos poligonais, círculos de pedra e solos com motivos.

Consequentemente, estas superfícies podem indicar a presença do permifrost abaixo delas. A fim de verificar, nós e outros pesquisadores do permifrost perfuramos poços e introduzimos sensores de temperatura indo de 50 centimetros a 50 metrosde profundidade.

Após vários anos registrando dados, nós podemos determinar se o permifrost existe e qual foi a sua evolução térmica: como a temperatura do solo mudou durante o período monitorado em diferentes profundidades.

O que podemos aprender com o permifrost?

Por que nós e outros cientistas queremos saber se o solo está congelado abaixo da superfície? Permifrost pode ser importante no cotidiano, assim como ele pode nos informar sobre o clima passado e futuro na Terra e também ensinar-nos sobre os outros planetas.

Medindo a temperature perto da superfície, nós podemos ver se a camada ativa está se tornando mais espessa – à medida que o permifrost derrete – ou mais fina. Isto nos informa como o clima está mudando, visto que a espessura depende não somente da temperatura do ar, mas também de outros fatores como a camada de neve. Através do monitoramento da espessura da camada ativa em diferentes locais da Terra, nós podemos investigar a influência do aquecimento global sobre as temperaturas do solo.

O Permifrost não somente nos informa sobre nosso clima atual, mas pode também revelar nosso clima passado. Se um pedaço de rocha se aquece durante o dia, ele começará a se esfriar na noite seguinte. No entanto, ele permanecerá quente durante algum tempo – especialmente, no meio da rocha, longe da superfície onde se perde calor. Medidas de temperatura em diferentes profundidades dentro do pedaço de rocha podem nos informar sobre as precedentes condições térmicas. Nós podemos fazer o mesmo com o permifrost – quanto mais profundo nós cavamos, mais longe estamos viajando no passado.

Solos e rochas, no entanto, transferem o calor em diferentes velocidades, dependendo de sua composição e estrutura; nós chamamos isto de condutividade térmica. Se conhecemos a condutividade térmica do solo e das rochas no permifrost, podemos converter profundidade em tempo, reconstruindo a evolução do clima ao longo das últimas décadas ou séculos. Por exemplo, encontrar rochas mais frias abaixo da superfície significa que o clima nesta profundidade (tempo) era mais frio do que o de hoje. Em teoria, estes cálculos também poderiam funcionar para solo não congelado, mas neste caso, o gradiente geotérmico (o calor vindo do centro da Terra) também influencia a temperatura. No permifrost, a temperatura da superfície tem um papel muito mais significativo.

Recentemente, pesquisadores descobriram que as mudanças na camada ativa não somente indicam uma mudança no clima, mas podem realmente contribuir para isso. No hemisfério norte, os solos de permifrost contêm uma enorme quantidade de matéria orgânica congelada. Como o aquecimento global causa o espessamento da camada ativa, esta matéria orgânica fica exposta para decomposição por microorganismos, liberando dióxido de carbono e metano – importantes gases do efeito estufa – na atmosfera, aumentando a taxa de aquecimento global.

Permifrost também pode ter um impacto direto sobre os humanos, em áreas onde casas, estradas e ferrovias foram construídas sobre o permifrost.

When the permafrost thaws, the ground resistance drops and constructions can collapse^w1 (Figura 5). Isto pode acontecer mais frequentemente com o aumento das temperaturas globais. Detectando o permifrost abaixo da superfície, nós podemos possibilitar aos engenheiros de tomar as medidas preventivas para reforçar as construções ou em primeiro lugar, não construí-las sobre o permifrost.

Finalmente, o permifrost pode nos ajudar a entender a dinâmica de outros planeta, como Marte. Marte tem uma grande quantidade de água congelada formando o permifrost (Figura 6), então, estudar a evolução do permifrost na Terra pode nos ajudar a entender o clima passado e presente de Marte. Futuras bases permanentes neste planeta podem até usar o permifrost marciano como fonte de água.

Estudando o permifrost na Antártica

Por mais de duas décadas, nossa equipe tem conduzido uma pesquisa a longo prazo sobre o permifrost em diferentes locais das Ilhas Livington e Decepção na região da Península Antártica. Nós medimos a temperatura do solo tanto na superfície quanto dentro dos poços à uma profundidade de 25 metros. Nós monitoramos a temperatura no solo, comparamos com aquela do ar e da superfície e estudamos os fatores que afetam a temperatura do solo: desde a velocidade do ar às propriedades da rocha como a condutividade térmica, porosidade e umidade. Nós também medimos a espessura da camada ativa a cada ano na estação do degelo. Alguns dos poços foram monitorados continuamente durante 25 anos, outros foram perfurados nos últimos seis anos.

Nós selecionamos a região da Península Antártica porque:

1. A maioria das pesquisas do permifrost estão no hemisfério norte, então nós queremos extender as áreas monitoradas. Como nossos colegas trabalhando no norte, nós usamos protocolos internacionais para monitorar a camada ativa e medir a temperatura dentro dos poços, como definido pela Associação Internacional do Permifrost (IPA)^w2.
2. A península é uma das poucas áreas sem gelo da Artártica – o que é importante, porque o permifrost é estável se existe gelo abaixo dele ,e nós queremos investigar a camada ativa.
3. Ela está perto da fronteira norte do permifrost Antártico, onde as temperaturas do solo estão perto de 0°C e o permifrost é, portanto, mais sensível às mudanças climáticas.

O quê nossos dados revelam? O principal resultado é que, embora algumas áreas, que anteriormente eram em permifrost, são agora descongeladas durante todo o ano, a maior parte do solo nas ilhas Livingston e Decepção está aproximadamente congelada como há 10 anos atrás, apesar do aquecimento global (Figura 8). Estas diferenças locais são determinadas pelas propriedades do solo e das rochas: matérias com alta condutividade térmica, por exemplo, descongelam-se mais rapidamente. Durante as próximas décadas, portanto, nós esperamos que o permifrost com baixa condutivida térmica vá sucumbir ao aquecimento global também. Nós esperamos terminar e voltar regularmente na Artártica para descobrir.

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