Estudio sobre las propiedades sedimentológicas de las partículas contenidas en iceberg

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Jeremy Donaire realiza su tesis de pregrado durante la LVI Expedición Científica. Organizada por el Instituto Antártico Chileno (INACH).

 Patricio Quezada.    Jeremy Donaire es estudiante de Geología de la Universidad Andrés Bello, sede Valparaíso (Viña del Mar). Su objetivo en Antártica es estudiar las propiedades sedimentológicas de partículas contenidas en icebergs de la bahía Fildes, en glaciar Collins, y analizar la biodisponibilidad de aquellas partículas para la microbiota de la superficie de la bahía. Su estadía en isla Rey Jorge se extendió por casi dos meses, pudiendo así realizar un trabajo en terreno contundente. Su profesor guía es Dr. Juan Höfer, quien estudia la heterogeneidad en concentraciones de hierro en iceberg de bahías en Antártica, apoyado de investigador inglés Mark Hopwood, investigador encargado del análisis químico. Recomendamos revisar las investigaciones de ambos científicos mencionados anteriormente.

Debido al derretimiento y desprendimiento de los glaciares, caen grandes estructuras de hielo que flotan por el mar. Estos grandes bloques de hielo se llaman icebergs, donde solo es visible parte de su volumen total que emerge en la superficie del mar. Constantemente, a lo largo de la historia del planeta tierra, las corrientes marinas sufren cambios. Cambian las zonas de evaporación, las zonas de condensación, siendo fenómenos de procesos cíclicos. Los periodos de volcanismo de alta actividad volcánica van generando eras glaciares en un inicio. Después cambian a una era de calentamiento con efectos invernaderos. Naturalmente, los eventos de temperatura que estamos viviendo ahora se han dado antes según lo argumentan estudios geológicos, sin embargo, toda la actividad humana del último tiempo ha tenido gran influencia sobre ello, siendo un factor relativamente importante la contaminación y mal uso de los recursos naturales. Los cambios a lo largo de la edad del planeta tierra son normales: cambios en las corrientes marinas, sismos, temperaturas, entre otros.

La península Antártica ha enfrentado cambios importantes en su temperatura atmosférica en las últimas 3 décadas, provocando retrocesos glaciares, que ocurren cuando disminuye la masa de hielo glaciar por un aumento del deshielo causado por calentamiento. Este fenómeno genera un aumento en la tasa de aporte de iceberg al océano, fertilizando el mar austral y bahías en Antártica con micronutrientes y macronutrientes, aportando al desarrollo de algunos organismos que llevan a cabo sus procesos fotosintéticos en las capas someras de agua, como el fitoplancton. Este organismo aporta con gran cantidad de oxígeno y cumple un rol importante de producción primaria de las redes tróficas en Antártica.

Abono de hierro (Fe)

Un agente de transporte del hierro en Antártica son los icebergs al desprenderse de los glaciares. El proyecto de Jeremy busca entender el proceso fertilizante del aporte de icebergs en el mar. Esta dinámica glaciar crece con el derretimiento de los glaciares, otorgando nuevos patrones para entender el efecto paulatino del aumento del retroceso glaciar. Para este estudio, se evalúan las condiciones del sedimento contenido en los icebergs, y cuantificar la absorción de nutrientes por los organismos fotosintéticos. Los análisis de laboratorio que se ejercerán con las muestras son a) técnicas de DRX (difracción de rayos X) b) análisis de biodisponibilidad c) cantidad de hierro en solución. La difracción de rayos X permitirá identificar los minerales contenidos en las partículas de sedimento y, conocer la cualidad de los micronutrientes objetivo, por ejemplo, del hierro. En soporte de un análisis de biodisponibilidad en microorganismos, se puede determinar si el hierro está presente en hierro+3 (Fe3+) o hierro+2 (Fe+2), marcando su diferencia.

Retroceso de los glaciares

Los resultados que Jeremy tiene hasta el momento son particularmente de los procesos de derretimiento del hielo. Lo que ha observado es una tendencia exponencial negativa. A medida que el hielo (muestras de iceberg) se derrite, va disminuyendo de manera exponencial la cantidad de volumen derretido con la cantidad de partículas, es decir, que desde el primer instante hasta el último van decreciendo, esto en intervalos de tiempos establecidos. El sedimento sería un factor importante en la tasa de derretimiento de los hielos. Entre más sedimento tenga el hielo, más rápido es la tasa de derretimiento. En un glaciar con mayor cantidad de partículas sedimentarias depositadas, o más capas sedimentarias, su retroceso va a ser más rápido en comparación a otro con menos cantidad de partículas. Jeremy ha citado al investigador Raúl Cordero, quien actualmente está realizando un estudio sobre nieve en Antártica. Su trabajo en terreno consiste en recolectar diferentes muestras a distintas profundidades para realizar perfiles de nieve. Luego las filtra, y hace una comparación de las partículas obscuras, sea de polución o de otro origen. Descubrió que estas partículas, llamadas carbono negro, al ser partículas negras aceleran la tasa de derretimiento de la nieve. Esto se podría replicar en glaciares, pero con partículas que estén dentro, y que no sean necesariamente antropogénicas.

Jeremy D. pesando iceberg con sedimento sobre balanza. Base Profesor Julio Escudero.

Respecto a la investigación y al trabajo en terreno, hemos conversado con Jeremy. 

¿Cómo planeaste tu trabajo en Antártica, y cuáles son los criterios antes de definir las áreas de muestreo?

Lo primero es elaborar un proyecto, en este caso fue elaborado junto al apoyo de mi profesor guía. Sin duda fue fundamental su apoyo dado que tiene años de experiencia en elaboración de diferentes tipos de expediciones. Muchas campañas tienen definidas las áreas de estudio, por ende, al momento de postular a alguna, como en la ECA56, todo gira en torno a un área en específico. Sin embargo, lo que variará es la línea de investigación que seguirás, éstas pueden variar según los estudios de la persona. En cuanto a los criterios para definir las zonas de muestreo, se trata de llegar a zonas que puedan aportar con la mayor cantidad de información posible a tu investigación, esto evidentemente está sujeto a diferentes variables, como la climática o logística.

¿Cuál es el trabajo posterior de la Expedición Científica Antártica 56? ¿Realizarás trabajo de proceso de muestras?

Durante la campaña se intenta avanzar lo más posible tanto en el muestreo como en los resultados, sin embargo, la mayoría de los resultados necesitan de instrumentos o equipos que se encuentran en laboratorios del continente u otros. Por ende, el procesamiento de muestras continúa una vez finalizada la expedición, además de ello, se debe trabajar en el proceso de “Writing” que en mi opinión es el más arduo, donde tienes que redactar todo tu trabajo.

¿Nos podrías narrar cómo eran tus días de trabajo generalmente en Antártica?

Los días giraban en torno a las salidas a terreno, de eso dependía principalmente las mañanas, de ser el caso, se realizaba la recolección de icebergs mediante botes zodiac desde la base Profesor Julio Escudero (INACH). Luego de retornar, se analizaba y controlaba el derretimiento de los hielos, proceso que podía durar hasta 3 días. Durante este proceso existían intervalos de tiempo en los que se debía dejar el hielo bajo condiciones normales sin intervención, por ende, utilizaba estos tiempos para avanzar en otros análisis. Además de realizar mi trabajo como investigador, debía cumplir con mi trabajo part-time algunos días de la semana establecidos con Correos de Chile, entregando y enviando correspondencia desde la única oficina de correos de la isla Rey Jorge. En cuanto a la alimentación, era otorgada en mi caso, por FACH, los cuales me daban desayuno, almuerzo y cena. Para finalizar mi día, asistía a diario a reuniones con el personal de coordinación y logística de INACH, en conjunto de los investigadores de paso.

Mencionabas que esta metodología de estudio de disponibilidad de hierro podría ser aplicada en zonas más cálidas, estudiando el aporte de los ríos. ¿Crees que no se ha valorado la función fertilizante de los ríos para la productividad biológica de la fauna nativa?

Exactamente, sería súper interesante estudiar otros agentes de trasporte encargados de fertilizar grandes masas de agua que puedan ser habitados por microorganismos de gran importancia en algún ciclo que genere un elemento esencial para la existencia de la vida que actualmente conocemos. Ya sea en climas cálidos o mediterráneos, incluso tropicales.

¿Cuáles son los procesos físicos por los que pasa un iceberg en estudio, desde su compactación glaciar hasta su proceso en horno para obtener el sedimento?

  1. Desmembramiento (su origen).
  2. Flotación; una vez que se desmembra, esta flota en la capa más superficial de la masa de agua circundante al glaciar.
  3. Recolección.
  4. Derretimiento Parcial; durante este proceso se va registrando la cantidad de agua que va derritiendo y la cantidad de sedimento liberado en cada proceso.
  5. Derretimiento Total.

Pensando en el rol fertilizante de los icebergs en la productividad marina, ¿podrían encontrarse resto de carbono negro dentro de ellos?

Para poder determinar esto se debe corroborar la edad del glaciar de donde proviene el iceberg. Sin embargo, la contaminación antropogénica es bastante actual por lo que sería difícil. En aquellas grandes masas de hielo flotante que se derriten en un intervalo de tiempo mayor que aquellos hielos que recolecté para mi proyecto, es posible que se puedan depositar algunas partículas tipo “Black Carbon” sobre su superficie.

¿Cuál es la función o diferencia de biodisponibilidad del hierro en Fe2+ o Fe3+?

Algunos autores sugieren que existe una variación según la solubilidad (facilidad a diluirse en un medio acuoso) de ambos estados de valencia del Hierro, sin embargo, otros lo contradicen. Por lo tanto, espero encontrar algo que me indique cuales serían más disponibles.

¿Algún dato que nos puedas compartir de los resultados de tu tesis?

Este resultado corresponde a un hielo recolectado en glaciar Marian Cove.

El experimento tuvo una duración de 30 horas, dentro de las cuales cada dos horas se realizaba un control de derretimiento y partículas sedimentarias. Se puede observar la tendencia negativa (Miligramos de sedimento / hora x Kilogramo H2O) del hielo a liberar mayores cantidades de partículas y agua al inicio del experimento, las cuales van decreciendo de manera exponencial a medida que avanza el experimento.

Jeremy D. sosteniendo hielo con sedimento. Autor de fotografía es Juan Fran Salazar. @juanfransalazar