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Uma nova teoria matemática aplicada poderia melhorar a nossa compreensão de como o gelo marinho afecta o clima global, melhorando potencialmente a precisão das previsões climáticas.
Os autores de um novo artigo publicado na revista Proceedings of the Royal Society A fornecem novos insights sobre como o calor passa através do gelo marinho, um fator crucial na regulação do clima polar da Terra.
Noa Kritzman, professora de matemática aplicada na Universidade Macquarie e principal autora do estudo, diz que a investigação aborda uma lacuna fundamental na modelação climática atual.
“O gelo marinho cobre cerca de 15% da superfície do oceano durante a estação mais fria, quando a grande maioria é encontrada”, diz Kritzman. Ele acrescenta: “É uma fina camada que separa a atmosfera dos oceanos e é responsável pela transferência de calor entre eles”.
O gelo marinho atua como uma manta isolante sobre o oceano, refletindo a luz solar e moderando a troca de calor. À medida que as temperaturas globais aumentam, a compreensão do comportamento do gelo marinho tornar-se-á cada vez mais importante para prever as alterações climáticas.
O estudo centra-se na condutividade térmica do gelo marinho, um factor crítico utilizado em muitos modelos climáticos globais. O movimento da salmoura líquida no gelo marinho, que pode aumentar a transferência de calor, não foi levado em consideração nos modelos anteriores.
Kritzman diz que a estrutura única do gelo marinho, juntamente com a sua sensível dependência da temperatura e da salinidade, significa que as suas propriedades, especialmente a condutividade térmica, são difíceis de medir e prever.
“Quando você olha o gelo marinho em pequena escala, o que o torna interessante é sua estrutura complexa, porque é composto de gelo, bolhas de ar e impurezas de água salgada”, explica.
“Quando a atmosfera sobre o oceano fica muito fria, abaixo dos 30 graus Celsius negativos, enquanto a água do oceano permanece a cerca de 2 graus Celsius negativos, cria-se uma enorme diferença de temperatura e a água congela de cima para baixo.”
“Quando a água congela rapidamente, ela empurra o sal para fora, criando uma matriz de água gelada pura que captura bolhas de ar e bolsas de água muito salgada, chamadas inclusões de salmoura, que envolvem o gelo quase puro”, diz ele.
Essas densas inclusões de sal são mais pesadas que a água doce do oceano, causando fluxo convectivo dentro do gelo, criando grandes “chaminés” através das quais o sal líquido escapa.
Previsões mais precisas das condições futuras nas regiões polares
A pesquisa baseia-se em trabalhos de campo anteriores realizados por Trudale em 1999, que sugeriu pela primeira vez que o fluxo de fluidos dentro do gelo marinho poderia aumentar a condutividade térmica. A equipe de Kritzmann forneceu agora provas matemáticas deste fenômeno.
“A nossa matemática mostra certamente que este aumento deveria ser esperado quando o fluxo convectivo dentro do gelo marinho começar”, diz Reitzman.
O modelo também fornece uma forma de relacionar as propriedades térmicas do gelo marinho com a sua temperatura e teor de sal, permitindo que os resultados teóricos sejam comparados com as medições.
Especificamente, fornece uma ferramenta que pode ser utilizada em modelos climáticos de grande escala, o que pode levar a previsões mais precisas das condições futuras nas regiões polares.
O gelo marinho do Ártico tem diminuído rapidamente nas últimas décadas. Esta perda pode levar a um ciclo vicioso: à medida que mais água escura do oceano é exposta, ela absorve mais luz solar, levando ao aumento do aquecimento global e à perda de gelo.
A perda de gelo marinho pode afetar os padrões climáticos, a circulação oceânica e os ecossistemas marinhos fora das regiões polares.
Compreender a condutividade térmica do gelo marinho é importante para prever o seu futuro, diz Kritzman.
Os investigadores observam que, embora o seu modelo forneça uma estrutura teórica, é necessário mais trabalho experimental para incorporar estes resultados em modelos climáticos de grande escala.
O estudo foi conduzido por matemáticos da Universidade Macquarie, na Austrália, da Universidade de Utah e do Dartmouth College, em New Hampshire, EUA.
Foi apoiado por financiamento da Fundação Nacional de Ciência dos EUA
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