Un continent i una mar glaçats

El continent antàrtic

Durant molt de temps, l’Antàrtida, tant el continent com les aigües que l’envolten, ha estat una de les àrees més remotes, inaccessibles i, per això mateix, desconegudes de la Terra. La regió antàrtica té un paper cabdal en el funcionament global del planeta. La causa són les interaccions entre oceà, atmosfera, glaç i organismes que s’hi donen, i així ho han reconegut programes internacionals com el Programa Internacional de Geosfera i Biosfera, que ha considerat l’Antàrtida com una zona crítica per a l’estudi del canvi global.

Un vell fragment de Gondwana fet de roca i glaç

Extensió de la banquisa antàrtica a l’hivern i a l’estiu. En hiverns molt freds la mar queda glaçada força per sobre del cercle polar àrtic, i els mesos d’agost i setembre la banquisa assoleix la seva màxima extensió. En arribar l’estiu, el glaç es va retirant, i el mes de gener la superfície de la mar que encara està glaçada és mínima.

Editrònica, a partir de fonts diverses

L’Antàrtida pròpiament dita és constituïda per un continent i un seguit d’illes, amb una extensió territorial de 13 661 000 km2, el 97,6% de la qual és recoberta de glaç. El continent antàrtic és un fragment del gran continent, anomenat Gondwana, que existia a l’hemisferi austral fa entre 550 i 500 milions d’anys, és a dir, durant el Cambrià. En el Permià (un 275 milions d’anys enrere), el que més tard seria l’Antàrtida ja ocupava una posició polar, posició que ha mantingut sense grans variacions fins a l’actualitat. Malgrat que és situada en latituds molt elevades, des de llavors l’Antàrtida no ha estat sempre coberta de glaç. Suportà durant el Permià importants casquets glacials, que desaparegueren. No se’n tornaren a formar fins fa uns 26 milions d’anys. El continent antàrtic és centrat aproximadament en el Pol Sud. En funció tant de la topografia superficial de l’inlandsis, és a dir, l’enorme massa de glaç que cobreix el 99,6% de la seva superfície, com del seu gruix, com de la configuració i la topografia del substrat de roca que el suporta, el continent antàrtic es pot diferenciar en tres parts: Antàrtida Major (o oriental), Antàrtida Menor (o occidental) i península Antàrtica.

L’Antàrtida Major (o oriental), la més extensa, es pot considerar esquemàticament com un gran dom de glaç de planta el·líptica amb un eix major d’uns 4 500 km. L’altitud màxima d’aquest dom és de 4 000 m, i el gruix de glaç supera en alguns punts els 4 500 m. La major part del substrat sobre el qual reposa el glaç, és a dir, de la terra ferma del continent, és situat per sobre del nivell de la mar, però en algunes àrees se situa per sota d’aquest nivell fins a assolir en alguns punts depressions de –1 000 m o encara més profundes. L’Antàrtida Menor (o occidental), separada de l’oriental per les Muntanyes Transantàrtiques (que tenen el seu punt culminant al cim del Kirkpatrick, de 4 528 m d’altitud), és unes cinc vegades menys extensa que l’oriental i té una forma i una topografía més irregular. El gruix de glaç és similar al de l’Antàrtida Major, però el substrat es troba, en la seva major part, per sota del nivell de la mar. El Mont Vinson, amb 4 897 m, situat a les muntanyes Ellsworth, als confins amb la península Antàrtica, és el pic més alt de l’Antàrtida Menor i també de tot el continent. La península Antàrtica, d’extensió molt menor, és una apòfisi estreta i allargada, en forma de S, de l’Antàrtida occidental.

El glaç continental

A l’Antàrtida es localitza l’inlandsis més gran del planeta. Només hi ha únicament una altra massa de glaç de dimensions comparables, l’inlandsis de Grenlàndia, que té una extensió d’1,7 milions de km2; totes les altres glaceres són de dimensions molt més reduïdes, fins i tot les de les illes antàrtiques, que, en general, són doms de glaç de desenes o, en alguns casos, centenars de quilòmetres de longitud. Algunes d’aquestes illes són connectades al continent per bancs de glaç.

El volum de glaç de l’Antàrtida és molt gran. Els càlculs fets per diferents autors en donen valors variables, ja que no es coneix amb precisió la topografia del substrat rocós que suporta el gruix de glaç a cada punt. Tanmateix, s’estima que el volum deu ser de prop de 25 000 000 km3. Es calcula que si tot aquest glaç es fongués, el nivell dels oceans de tot el món experimentaria una pujada d’uns 66 m. Malgrat que una part important del substrat rocós del continent antàrtic es troba actualment per sota del nivell de la mar, si es fongués el glaç, el continent, en quedar alliberat d’aquest pes, experimentaria un lent aixecament que faria que tota l’Antàrtida Major, com també bona part de l’Antàrtida Menor, quedés emergida, tret potser d’algunes depressions.

Tres fets expliquen l’existència d’aquesta important massa de glaç. En primer lloc, l’estat tèrmic de la superfície de la Terra, que permet la coexistència de l’aigua en els seus tres estats; en cap altre planeta del sistema solar no es dóna aquesta circumstància i això es deu a la distància al Sol. En segon lloc, la posició relativa de l’eix de rotació de la Terra respecte al Sol, que fa que a les zones polars la quantitat d’energia solar incident sigui baixa, cosa que possibilita la formació dels inlandsis (Antàrtida i Grenlàndia). En tercer lloc, l’existència d’unes terres en una posició polar (Antàrtida) o propera al pol (Grenlàndia) que permetin l’edificació de l’inlandsis.

Tanmateix, al llarg de la història de la Terra, l’existència de casquets polars (inlandsis, al S, o mar glaçada, al N) no ha estat un fenomen constant. Hi ha proves que n’existiren durant alguna part dels períodes Precambrià, Ordovicià i Permocarbonífer. El clima va començar a refredar-se al final del Cretaci, fa uns 65 milions d’anys, i els primers glaços permanents aparegueren fa uns 26 milions d’anys a l’Antàrtida. Però hi ha llargs períodes de la història de la Terra sense aquests casquets. Sembla que la seva manca o la seva existència és condicionada per la distribució geogràfica dels continents, variable que, segons explica la teoria de la tectònica de plaques, condiciona la circulació oceànica. La circulació oceànica és un transportador i repartidor de calor molt eficaç; la distribució dels continents pot impedir que aquesta repartició arribi a tota la superfície de la Terra. En tot cas, sabem que en aquests darrers 26 milions d’anys el casquet polar antàrtic ha experimentat diverses fluctuacions en les seves dimensions, les darreres de les quals estan lligades a les glaciacions quaternàries. Aquestes fluctuacions sembla que es poden associar a factors de tipus astronòmic, tals com la variació de l’el·lipticitat de l’òrbita terrestre i lleugeres variacions en la inclinació de l’eix de rotació de la Terra.

La dinàmica de l’inlandsis

L’alimentació de l’inlandsis es fa en forma de neu que queda acumulada a la superfície. Les precipitacions de neu, però, a l’Antàrtida, són molt variables i més aviat escasses. Van des de valors d’uns 600 mm anuals (equivalent en aigua de la precipitació nivosa) a les costes, fins a valors de 30 mm anuals al centre del continent. Aquestes darreres precipitacions tan baixes s’expliquen per l’existència d’un centre d’altes pressions permanent sobre l’Antàrtida provocat pel sistema de circulació atmosfèrica global. De tota manera, a la península Antàrtica la quantitat de precipitacions és més gran.

Per efecte del seu propi pes, la neu es va compactant i experimenta transformacions en la forma dels grans fins a arribar a donar glaç. Dels diversos sondeigs fets a l’Antàrtida, dos han anat més enllà dels 2 000 m de profunditat; en un d’ells, el Vostok, es disposa de mostres contínues de glaç que es considera que corresponen als darrers 150 000 anys. L’anàlisi de les bombolles d’aire atrapades entre els cristalls de glaç de les mostres extretes en els sondeigs permet conèixer de manera directa la composició de l’atmosfera en el moment que la bombolla va quedar atrapada i la seva variació al llarg del lapse transcorregut fins al present. L’anàlisi de la relació entre els isòtops 18O i 16O de l’oxigen i entre el deuteri i l’hidrogen del glaç permet deduir la temperatura ambiental en el moment en què es va dipositar la neu de la mostra estudiada. A partir de l’anàlisi química de la mostra es pot conèixer la composició de l’aerosol atmosfèric. En resum, l’estudi del glaç permet conèixer les característiques i l’evolució de l’atmosfera en els darrers milers d’anys, i per tant aporta dades valuoses per a l’estudi de l’evolució del clima.

Tota la massa de glaç experimenta, per efecte del seu propi pes, una deformació que la fa fluir lentament pendent avall. Aquesta fluxió, per deformació, s’acompanya sovint d’un lliscament del glaç sobre el substrat rocós. Les velocitats típiques de desplaçament del glaç oscil·len entre un metre per any, a la part central de l’inlandsis, i uns 200 m per any, prop de la costa. Localment s’han mesurat velocitats de fins a 1 400 m/any. Aquest desplaçament del glaç és el que dóna lloc a la formació dels bancs de glaç litorals en els quals el glaç es va expandint, surant, sobre el mar. A causa de les baixes temperatures, la fusió superficial del glaç és pràcticament menyspreable; en canvi sí que hi pot haver una fusió basal, al contacte amb el substrat rocós, però és molt mal coneguda i difícil d’avaluar quantitativament. Als bancs de glaç costaners també hi ha fusió basal per contacte amb l’aigua de mar; en alguns punts s’ha detectat, però, el fenomen contrari, és a dir, creixement de glaç, d’origen marí, sota del banc. Les pèrdues més grans de glaç es produeixen per alliberament d’icebergs (el fenomen anomenat “calving”), però també són molt difícils d’avaluar.

És ben clar que, amb aquestes dades, és molt difícil establir un balanç precís d’aportacions i de pèrdues de l’inlandsis antàrtic. Es coneixen malament les primeres i encara més malament les segones. Tot i així, la majoria d’autors s’inclinen a considerar que el balanç deu ser equilibrat o potser lleugerament positiu. De tota manera, del que ningú no dubta és de la importància d’aquest balanç pel que fa a la regulació del clima global, ja que el conjunt dinàmic complex d’inslandsis, atmosfera i oceans, són interdependents. El clima constitueix una de les manisfestacions més aparents d’aquestes relacions.

Les aigües antàrtiques i el glaç marí

Per als oceanògrafs, l’Antàrtida també inclou l’àmbit marí que limita al nord amb l’anomenada convergència antàrtica, o front polar, que es troba entre els 48°S i els 60°S. Rep aquest nom una zona en la qual les aigües superficials de l’entorn oceànic de l’Antàrtida, fredes i denses, es troben amb les aigües més càlides de l’Atlàntic, del Pacífic i de l’Índic, i s’enfonsen per sota d’aquestes. Es pot considerar, en primera aproximació, que el nucli central del front Polar es correspon amb la isoterma de 3°C. L’extensió del glaç marí, que és diferent a cada sector de l’Antàrtida i que varia estacionalment al llarg de l’any, determina la latitud a què es troba el front.

Les masses d’aigua

Les salinitats superficials característiques de l’oceà Antàrtic (de 33,8‰ a 34,5‰), tot i ser més baixes que les dels oceans que el circumden, són prou altes perquè l’aigua pugui assolir sense glaçar-se temperatures fins a un grau per sota del punt de congelació. Els perfils verticals de temperatura i salinitat característics de l’oceà Antàrtic són suaus. Per regla general, s’observa a la columna d’aigua, fins a 200 m de fondària, un mínim de temperatura associat amb el nivell al qual el gradient de salinitat assoleix un valor màxim (haloclina). Per sota del mínim, el qual determina el límit inferior de l’anomenada aigua antàrtica superficial, la temperatura i la salinitat s’incrementen fins a uns valors de per damunt de 0°C i de 34,5‰, respectivament, característics de la denominada aigua circumpolar profunda superior, a una fondària d’entre 300 i 500 m. Per sota dels 1 000 m es troba el nivell d’aigua circumpolar profunda inferior, amb una salinitat més elevada (34,7‰) i temperatura superior a 0°C.

Les lleugeres diferències entre les característiques hidrogràfiques d’ambdues masses d’aigua, presents a tot arreu al voltant de l’Antàrtida, es deuen al fet que les seves fonts no són comunes. L’aigua circumpolar profunda superior procedeix de les aigües profundes de l’Atlàntic Nord, mentre que l’aigua circumpolar profunda inferior és originada per les aigües subtropicals de l’Atlàntic, del Pacífic i de l’Índic. A la zona del front Polar, la capa compresa entre l’aigua antàrtica superficial i la circumpolar profunda superior és ocupada per una aigua antàrtica intermèdia originada per la subducció d’aigües superficials fredes procedents de latituds meridionals sota les masses d’aigua superficials relativament càlides dels tres oceans esmentats.

Les fondàries abissals de l’oceà Antàrtic són ocupades per l’aigua antàrtica de fons, la massa d’aigua més freda i més densa que es troba als oceans del nostre planeta. La seva temperatura potencial pot ser inferior a –1,8°C, i la seva salinitat, superar els 34,60‰. Aquestes aigües són produïdes en àmbits restringits relativament propers al continent, les anomenades mars antàrtiques (principalment, a la mar de Weddell i a la de Ross), i es dispersen per totes les conques oceàniques de l’hemisferi sud i per una part de l’Atlàntic Nord. Des del punt de vista climàtic, la importància de la formació i el transport de l’aigua antàrtica de fons és extraordinari: en enfonsar-se i fluir cap a altres conques, aconsegueix reduir uns 2°C la temperatura de més de la meitat dels oceans del món. Com que, a més, l’aigua antàrtica de fons és rica d’oxigen a causa del seu origen a escassa fondària (el refredament de l’aigua superficial de les mars antàrtiques té lloc al començament de l’hivern austral), aquest procés fa possible la ventilació dels grans fons oceànics.

La dinàmica oceànica

Convergències i masses d’aigua de l’oceà Antàrtic. Des del punt de vista biogeogràfic, es considera que el límit nord de l’ecosistema marí antàrtic és la convergència antàrtica o front polar, allà on les aigües antàrtiques superficials, fredes i denses, es troben amb les aigües, més càlides, circumpolars profundes i s’enfonsen per sota seu. La regió compresa entre la convergència subtropical i la convergència antàrtica s’anomena generalment regió subantàrtica.

Jordi Corbera, a partir de Squire, 1987

Des del punt de vista dinàmic, el tret principal de l’oceà Antàrtic és el corrent antàrtic circumpolar, l’únic corrent oceànic que veritablement circumda el planeta. Flueix de l’oest cap a l’est al llarg d’un recorregut circumterrestre d’uns 24 000 km confinat dins d’una banda d’entre 200 i 1 000 km d’amplada situada entre els 40° i els 60° de latitud S. La intensitat del corrent no és uniforme en tota la secció d’aquesta banda, sinó que s’hi poden distingir diferents nuclis separats per zones on el flux és molt escàs, fins i tot de sentit contrari.

L’origen del corrent antàrtic circumpolar és el vent de l’oest, fins al punt que, a la bibliografia en llengua anglesa, sovint és anomenat “West Wind Drift” (deriva del vent d’oest). Més exactament, l’acció conjunta d’aquest vent i de la rotació terrestre produeix la migració d’aigua superficial cap al nord, i com a conseqüència, l’establiment d’un gradient de pressió en la direcció nord-sud, el qual és el factor immediat del corrent. Aquest és el fet que explica que el corrent antàrtic circumpolar, a diferència del que passa amb els corrents directament induïts pel vent, difícilment perceptibles habitualment, a més de 150-200 m de la superfície marina, arribi a fondàries importants.

No es disposa de càlculs prou acurats del cabal que transporta el corrent antàrtic circumpolar. Això és degut tant a la variabilitat del flux al llarg del temps a diferents escales, com a la manca de prou mesures in situ, la qual cosa obliga a utilitzar mètodes de càlcul purament estimatius. Els resultats més fiables publicats a la bibliografia suggereixen que el cabal mitjà del corrent antàrtic circumpolar al pas de Drake, entre l’extrem meridional d’Amèrica i el septentrional de la península Antàrtica, varia entre 95 i 158 Sverdrup (1 Sverdrup = 106 m3/s), tot i que dades més recents procedents de les campanyes oceanogràfiques realitzades en el marc del World Ocean Circulation Experiment suggereixen que el transport pot arribar a tenir uns valors més elevats.

Al sud del corrent antàrtic circumpolar se situa la divergència antàrtica, un àmbit en el qual afloren aigües profundes relativament càlides i salines, riques en substàncies nutrients, que desplacen les aigües relativament fredes i poc salines de la superfície. La divergència antàrtica limita pel nord l’abast del corrent de deriva de l’est (East Wind Drift), un corrent discontinu que es dirigeix cap a l’oest al llarg del talús continental antàrtic, més feble que el corrent antàrtic circumpolar. Els vents de component est, de gènesi continental, són l’origen primer d’aquest flux.

La banquisa

Durant l’hivern austral, prop d’un 50% de l’oceà Antàrtic queda cobert per una capa de glaç, la banquisa antàrtica, cobertura que es redueix a un 10% al pic de l’estiu. Aquesta variabilitat estacional té importants conseqüències per al funcionament de l’ecosistema antàrtic. El glaç marí es forma per congelació de l’aigua superficial de l’oceà a temperatures que poden ser inferiors a –1,8°C (com correspon a aigües amb una salinitat mitjana al voltant dels 34‰). Primerament es formen petits cristalls hexagonals, els quals es desenvolupen posteriorment, si l’aigua no és remoguda pel vent o l’onatge, en forma d’agulles o plaquetes que tendeixen a aglomerar-se formant una pel·lícula d’aspecte oliós coneguda amb el nom de glaç pastós (“grease ice”). A mesura que es fa més gruixuda, la capa es coagula i, per l’acció del vent i les onades, es trenca en plaques que col·lisionen formant l’anomenat “pancake ice” o glaç trossejat.

En formar-se el glaç, constituït per grans pràcticament sense sal entre els quals queden canalicles de salmorra sense congelar, s’expulsa sal cap a l’aigua veïna, que augmenta la densitat. Per contra, a l’estiu, la fusió del glaç origina una capa superficial d’aigua relativament dessalada, poc densa, que forma “llenties” que no es barregen amb les capes subjacents. Aquestes llenties, ben il·luminades i estables, permeten importants proliferacions de fitoplàncton. Per altra banda, si no està cobert de neu, el glaç marí és bastant transparent a la llum, i això fa que els canalicles siguin un hàbitat excel·lent per als microorganismes autòtrofs. A part d’això, el glaç ofereix aixopluc a molts tipus de consumidors que, com és el cas del krill, hi troben també una font important d’aliment.

A l’extensió global de la banquisa se li assigna el nom de “pack”. La major part del “pack” és glaç de menys d’un any d’antiguitat, i el seu gruix oscil·la entre 0,5 i 1,5 m de mitjana. A les àrees costaneres, en canvi, es poden trobar zones de “pack” multianual que sobreviuen l’estiu austral; aquest glaç pot ser força més gruixut que el “pack” de primer any i triga més a fondre’s. L’extensió del “pack” antàrtic fluctua estacionalment al llarg de l’any. El valor màxim de la superfície coberta pel glaç marí, de prop de 15 milions de km2, s’assoleix el mes de setembre, mentre que el mínim, uns 3 milions de km2, correspon a l’acabament de l’estiu austral (final de febrer). De fet, l’extensió limitada pel contorn del “pack” arriba a ser superior, fins a uns 18 milions de km2; la diferència d’àrees correspon a zones que romanen lliures de glaç durant l’època d’hivern, anomenades “polynyas”, d’extensió i localització variables.

La fluctuació estacional de l’extensió de la banquisa és del mateix ordre que la superfície total del continent antàrtic. Per tant, atesa la seva envergadura, es tracta d’un procés que té certament efectes acusats sobre el clima i la meteorologia mundials. La congelació de la superfície del mar modifica l’albedo i modera l’intercanvi de calor i humitat entre la freda atmosfera polar i el relativament càlid oceà. D’altra banda, la formació del glaç marí afavoreix l’increment de la salinitat de les capes superficials i provoca processos de barreja vertical. Recíprocament, la fusió del “pack” a l’estiu augmenta l’estabilitat de la columna d’aigua, la qual cosa afavoreix la producció primària.

Els bancs de glaç

No tot el glaç que sura sobre les aigües antàrtiques és, pròpiament parlant, glaç marí. Arran de costa, de vegades en extensions molt considerables, es troben els anomenats bancs de glaç o “ice shelves”, els quals es poden considerar, de fet, com la transició entre el casquet glaçat antàrtic i el medi oceànic que envolta el continent austral. Un banc és una extensió de glaç d’origen continental, de gruix variable, que sura damunt de la mar i fluctua amb la marea; els seus límits són, per la banda costanera, una línia de frontissa en la qual el glaç comença a surar, i, per la banda marina, la línia frontal exterior, on el banc es fragmenta en icebergs.

Als bancs hi ha un equilibri entre el glaç aportat pel continent, la precipitació en forma de neu i la congelació del fons, d’una banda, i les pèrdues per fusió basal i per despreniment d’icebergs, d’una altra. El banc de Ross, amb 536 000 km2 d’extensió i un volum de 23 000 km3 (un 30% del glaç dels bancs antàrtics) és el més gran del món. Drena una conca de 2,86 milions de km2 incloent-hi la pròpia extensió del banc, és a dir, un 21% de la superfície de l’Antàrtida. A la línia frontal, l’espessor del banc és d’entre 100 i 200 m, i el gruix mitjà és d’uns 400 m. Altres bancs importants són els de Ronne i Filchner, situats a la mar de Weddell, i el d’Amery, a la desembocadura de la glacera de Lambert, a l’Antàrtida Major.