EL GLACIAR COLLINS (ISLA REY JORGE

EL GLACIAR COLLINS (ISLA REY JORGE - SHETLAND
DEL SUR) COMO SENSOR NATURAL DEL CALENTAMIENTO
GLOBAL EN LA ANTÁRTIDA
Implementación de una Cuenca Piloto Experimental, con
registro continuo plurianual de la descarga hídrica glaciar
(Expediciones “Antártida 2000” y “Antártida 2002”)
IUIAU
1. INTRODUCCIÓN.
PROYECTO GLACKMA
OBJETO
DE
LA
INVESTIGACIÓN.
EL
El calentamiento global que sufre el planeta generado por el efecto invernadero,
se traduce en un aumento gradual de su temperatura ambiente. Como consecuencia de
este aumento de la temperatura, la masa de hielo de los grandes casquetes glaciares
disminuye y el nivel del mar aumenta.
En los modelos generales de balances de masa glaciar, se considera como
entrada la tasa anual de nieve caída sobre los grandes casquetes polares. Las salidas, en
dicho modelos, se estiman midiendo desde satélite los témpanos desprendidos de las
grandes plataformas de hielo flotante a los que llegan los glaciares polares de dichos
casquetes (Antártida y Groenlandia principalmente). Se consideran también como
salida, las descargas de agua desde los glaciares temperados.
Se completa el balance midiendo las variaciones en extensión (visualmente
desde satélite) y espesor (por radioecosonda, desde satélite, aerotransportada o sobre el
terreno).
La validación de los modelos se realiza midiendo el ascenso del nivel del mar,
consecuencia última de la fusión glaciar.
Se estima que un tercio del ascenso del nivel del mar se debe a la dilatación
térmica de las aguas y otro tercio provendría de la fusión de los glaciares temperados,
desconociéndose el origen del tercio restante [1].
Los témpanos desprendidos desde las grandes plataformas flotantes, ya son el
mar y están en equilibrio con su actual nivel desde que los glaciares continentales que
las alimentaban entraron en el mar, no son pues responsables en tiempo presente del
aumento del nivel del mar [2], [3], [4].
Nuestra hipótesis de trabajo se centra, considerando todo lo anterior, en
investigar el papel de los glaciares subpolares, frente al calentamiento global.
1
En investigaciones anteriores dentro de este contexto se ha observado la
existencia en ellos, de flujos y drenajes tanto endoglaciares como subglaciares [5], [6],
[7], [8]. No tan intensos pero similares a los existentes en los glaciares temperados
(cuya superficie ocupada es mucho menor que la correspondiente a los subpolares).
En los drenajes intraglaciares, donde el agua está en contacto con el hielo del
conducto, su temperatura permanece a 0ºC. El calor generado al fluir no aumenta la
temperatura del agua, sino que provoca la fusión de las paredes, fondo o techo del hielo
glaciar, ampliando la sección al fundir parte del hielo [9], [10], [11]. Este mecanismo denominado fusión friccional (melting friction) [12], [13] - es responsable de la
existencia de importantes drenajes subterráneos, que más tarde descargan en los bordes
o frentes glaciares.
Se presentan preferentemente en la zona de ablación y las formas de los
conductos penetrables son semejantes a las de los acuíferos kársticos (de ahí su
denominación en hidrogeología glaciar de Criokarst).
La cuantificación de estos drenajes internos responsables de la ablación interna
glaciar (internal run-off), se realiza aforando las descargas terrestres, ya fuera de los
glaciares.
La implementación de cuencas piloto experimentales es sencilla de realizar en
los glaciares temperados, pero no ocurre lo mismo en los glaciares subpolares, cuya
superficie suele ser mayor que la isla donde se emplazan. En este caso, la descarga llega
al mar enmascarada y no se puede medir directamente.
La resolución de este problema, que pasa por la implementación de cuencas
piloto a altas latitudes, en glaciares subpolares, constituye el principal objetivo del
Proyecto GLACKMA (GLAciares, CrioKarst y Medio Ambiente) o en inglés GLACE
(GLAciers, Criokarst and Environment). Proyecto en el que se incardina la
investigación aquí presente.
2. METODOLOGÍA DE TRABAJO. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Materiales utilizados
¾ Estación automática de medida de parámetros hidrológicos: 2 sondas MPS
multiparamétricas de medida de calidad del agua, dotadas de sensores de:
Š temperatura del agua, rango de -20ºC a + 70ºC y precisión de 0.01 ºC.
Š conductividad eléctrica, rango de 0 a 1 mS cm y precisión de 0.5 μS cm
Š nivel de lámina de agua, sensor presiométrico, rango de 0 a 50 mts,
precisión de 1 mm.
Protección de sensores con rejilla de acero cilíndrica, solidaria al cuerpo de la
sonda de acero inoxidable, donde se aloja el conjunto de circuitos electrónicos. La
cámara es estanca hasta 150 mts de profundidad.
¾ Data-logger de almacenamiento de series temporales con capacidad de
memoria de 64 k. Batería de litio y alcalina fungibles.
2
Š Ventana digital "display" de lectura de parámetros, estado de la batería,
recuento de tiempos, número de medidas … etc.
¾ Interface tipo M-BUS para conexión a PC portátil, para volcado de datos y
reprogramación.
¾ Cable (10 mts) blindado especial con relleno hidrófobo y recubrimiento
exterior estanco, que une el data-logger con cada sonda MPS.
¾ Software especial SEBA para representación gráfica a color, de las series
temporales generadas. Opera bajo Windows.
¾ Dispositivo de aforo de precisión para realización de la curva de ajuste nivelcaudal. Micromolinete SEBA M-1:
Š Cuerpo de micromolinete con calibración para uso de barras de 10 mm.
Š Barra de acero de 10 mm de diámetro, con graduación cada centímetro
y 1.5 mts de longitud en tres cuerpos roscados de 50 cm, pie de apoyo y terminal
de conexión a cuentavueltas.
Š 2 hélices de aluminio anodizado, con calibración de precisión,
algoritmo de uso y rango de velocidades óptimos.
Š Contador estanco de precisión, para diversos rangos de tiempos y
velocidades.
Š Cable de 10 mts de conexión de cuenta vueltas y microhélice de aforos.
Š Software de elaboración propia (Proyecto Glackma) para realizar la
conversión de vueltas de microhélice a velocidades y de series de secciones
reales a caudales.
¾ Medidor digital de precisión, para aguas de baja conductividad. Elabora
lecturas puntuales de conductividad, rango de 0 a 100 μS cm y precisión 0.05 μS cm .
Se utiliza para calibrado de Sonda MPS.
2.2. Elección de la cuenca piloto experimental
Es frecuente que los archipiélagos e islas situados a elevadas latitudes polares
(Artico y Antártida) estén cubiertas, casi en su totalidad, por casquetes glaciares.
Dichos casquetes son glaciares subpolares en los que se encuentran evidencias
de drenajes en su interior, que acaban desaguando directamente al mar. La mayoría de
las veces por descarga subglaciar, - donde el río circula en el contacto entre la base del
hielo y la roca de fondo - y en algunas ocasiones desde conductos endoglaciares (Foto
1).
En ambos casos, cuando el hielo llega a la costa, es muy difícil medir la descarga
que representa la masa glaciar fundida, por dos razone fundamentalmente:
- por la dificultad de aforar el caudal drenado en esas condiciones
- es muy difícil conocer con exactitud la superficie de la cuenca vertiente
responsable de la descarga detectada.
3
Foto 1: Conducto endoglaciar en glaciar subpolar (Nelson)
Si por el contrario, el glaciar en cuestión no llega al mar, las descargas hídricas
subglaciares están bien localizadas, y en los cauces de los grandes ríos que generan,
permiten encontrar un lugar donde la morfología de la sección del cauce nos permita
aforar su caudal. Esto representa el primer criterio de selección de la cuenca piloto
experimental: cuenca glaciar con drenaje terrestre.
Otra cuestión, que supone el segundo criterio, es conocer la superficie de la
cuenca vertiente glaciar. Esta no depende de la morfología superficial del hielo, sino
de la superficie topográfica de la roca de fondo.
Para los glaciares de valle no representa ningún problema conocer la superficie
de su cuenca vertiente. Sin embargo, para los casquetes glaciares, como es el caso del
Collins, conocer la superficie de las diversas cuencas vertientes que drenan radialmente
hacia la costa, no se puede resolver hasta que no se conozca la superficie de la roca de
fondo.
Mediante el empleo de radioecosonda (geofísica de radar), se han definido la
superficie de las cuencas vertientes del glaciar Collins, tanto hacia el Drake como a
Bransfield [14]. Utilizando para ello 109 perfiles transversales en la isla Rey Jorge,
realizados a intervalos de 0.5 km, y uno longitudinal de 55 km. El drenaje subglaciar
radial desde el Domo Menor hacia el WSW, tiene su frontera en los siguientes puntos
geodésicos:
¾ Vértice Domo Menor (Z)
Lat: S 62º 09' 929
Long: W 58º 53' 145
Alt. 260 mts s.n.m.
Error ≤ 4 mts
¾ Nunatak (V2)
Lat: S 62º 10' 082
Long: W 58º 54' 828
4
Alt. 119 mts s.n.m.
Error ≤ 4 mts
¾ Borde del glaciar (V3)
Lat: S 62º 10' 200
Long: W 58º 55' 118
Alt. 62 mts s.n.m.
Error ≤ 4 mts
Hacia el norte de esta frontera, la superficie de la roca de fondo bajo el glaciar
drena hacia el Drake, mientras que en el flanco sur lo hace hacia el Bransfield.
El drenaje del Domo Menor hacia el SW, presenta cuatro diferentes descargas
terrestres. Una de ellas desagua directamente a la laguna de la Estación Ionosférica de la
BCAA, las otras tres restantes convergen en la citada laguna tras diversos trayectos
fluviales. El drenaje de la laguna lo constituye un único río que pasa bajo el puente de
acceso a la BCAA.
Hacia el sur, el drenaje del Domo Menor se realiza directamente a la Bahía
Collins, no pasando por el río de la BCAA.
Su frontera con la cuenca del río BCAA se establece según los siguientes puntos
geodésicos:
¾ Vértice Domo Menor (Z)
Lat: S 62º 09' 929
Long: W 58º 53' 145
Alt. 260 mts s.n.m.
Error ≤ 4 mts
¾ Nunatak (C1)
Lat: S 62º 10' 735
Long: W 58º 54' 238
Alt. 92 mts s.n.m.
Error ≤ 4 mts
La cuenca glaciar delimitada por la frontera citada, tiene forma de sector circular
con ápice en el Domo Menor y surgencia hacia el sur, terminando en su morrena
periclinal. Su superficie total es de 1.30 km 2 .
Conocer la superficie de la cuenca glaciar es muy importante, pues si trabajamos
en unidades específicas de caudal m 3 seg ⋅ km 2 podemos comparar glaciares de
diferente tamaño y latitudes, lo que nos permite estimar la distribución espacial de la
ablación interna glaciar (internal run-off), responsable de la pérdida de masa helada.
(
)
Dado que las cuatro descargas que provienen de la cuenca piloto elegida,
convergen antes de pasar bajo el puente de acceso a la BCAA, hemos elegido este punto
para monitorizar aquí los parámetros hidráulicos que nos definirán la ley de distribución
en el tiempo del caudal de agua que descarga el glaciar en la cuenca experimental.
Este es el tercer criterio, en caso de descargas múltiples de la cuenca, deben
converger todas en un único cauce.
5
2.3 Diseño experimental y modus operandi
Una vez conocida la superficie de la cuenca piloto experimental, procede
preparar la estación de medida en el punto elegido (puente de la BCAA) para poder
obtener las series temporales de los parámetros hidráulicos que definen la descarga del
glaciar.
La monitorización obedece al siguiente diseño experimental:
1.- Implementar un dispositivo de registro continuo del nivel del río o altura de
lámina de agua. No conviene utilizar limnígrafo pues cuando se congela la superficie
del río, se bloquea el cable del flotador y el dispositivo deja de medir hasta el deshielo.
Hay que utilizar sensores piezoresistivas o presiométricos, que continúan midiendo a
pesar de que la superficie se haya congelado.
2.- Implementar un registro continuo de conductividad y temperatura del agua
mediante dos sensores específicos. El primero nos permitirá establecer la correlación
caudal-conductividad y calcular el correspondiente algoritmo para la cuenca glaciar, y
el segundo nos permitirá corregir la serie temporal de conductividad, una vez conocidas
las variaciones en la temperatura del agua.
3.- Como no podemos establecer directamente la serie temporal del caudal, hay
que realizar la curva de ajuste nivel-caudal mediante aforos de precisión con
micromolinete, para diferentes niveles del río. Interesa realizar suficientes aforos, para
conseguir un coeficiente de correlación en R 2 , lo más elevado posible.
Así, la serie de temporal de nivel (N), obtenida
f 1 (N , t ) = 0
contrastada con la curva de ajuste nivel (N) - caudal (Q)
g (N , Q ) = 0
nos permite obtener la serie temporal de caudal (Q)
f 2 (Q , t ) = 0
con un error conocido.
4.- Con los resultados obtenidos en el punto 3, y su contraste con los del punto 2,
obtenemos el algoritmo para la correlación caudal (Q) - conductividad (C), que nos
aporta información hidrogeológica del acuífero glaciar (si existe o no zona saturada,
primera evidencia del tiempo de residencia y del volumen almacenado …. etc.).
5.- Las series temporales de los parámetros buscados (conductividad del agua y
caudal) deben ser sincrónicos con sus lecturas (al mismo tiempo) y con intervalos de
tiempo constante. Así se facilita mucho la elaboración de los resultados.
6.- Una vez obtenidas las series temporales de salida (caudal, conductividad) que
representan la repuesta del glaciar ante el calentamiento global, precisamos conocer las
series temporales de los parámetros de entrada que no son otros que los meteorológicos
(temperatura del aire, humedad ambiental, presión atmosférica, radiación solar …etc.).
Para ello se precisa de la presencia de una estación meteorológica automática de registro
continuo a intervalo constante, próxima a la cuenca piloto experimental del glaciar.
6
7.- Una vez obtenidas las series temporales de entrada y salida, procesamos las
mismas con programas especiales de aplicación del Análisis Espectral y Correlatorio,
determinando sus características en los dominios frecuenciales y temporales. La
aplicación de correlogramas cruzados (entrada-salida) de la temperatura y el caudal, por
ejemplo, nos definirán la influencia de la temperatura ambiente en la descarga del
glaciar, así como su ley de distribución en el tiempo, lo que representa la respuesta del
glaciar ante las variaciones de temperatura.
8.- Dada la capacidad de los data-logger utilizados en el río, podemos fijar
intervalos de lectura de 2 a 5 minutos para series temporales de uno o dos meses en
época de verano, que es cuando más caudal descarga el glaciar. Para series más largas
(uno o varios años), se precisa ampliar el intervalo de lectura hasta 1 hora, vaciando la
información almacenada en el data logger, al menos una vez al año.
3. RESULTADOS OBTENIDOS
Una vez caracterizada la cuenca glaciar experimental que cumple los tres
criterios necesarios para garantizar la bondad de nuestra investigación, hemos
establecido la estación de monitorizado - Estación BCAA - en el puente de acceso a la
Base Uruguaya.
Las coordenadas de la estación de aforos son las siguientes:
¾ Estación de aforos BCAA
Lat: S 62º 11' 037
Long: W 58º 54' 409
Alt. 17 mts s.n.m.
Error ≤ 5 mts
3.1. Campaña de verano austral 2002
La duración de la investigación realizada como campaña de verano, incluida
preparación de la estación, se realizó en el periodo comprendido entre el 19 de enero y
el 6 de febrero de 2002.
El intervalo de lectura de las series temporales de salida (hidráulicos) fue de 5
minutos, alcanzando un número de lecturas de
N = 3888
que corresponde al de las series temporales obtenidas.
En la Figura 1se muestra la serie temporal de nivel.
Se han realizado durante la campaña, 14 aforos manuales con micromolinete de
precisión, tomando en cada aforo otra serie de medidas puntuales.
7
Caudal (m3/seg)
0.00
2.500
2.000
1.500
0.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
03.02.02 20:10:00
03.02.02 10:45:00
03.02.02 01:20:00
02.02.02 15:55:00
02.02.02 06:30:00
01.02.02 21:05:00
01.02.02 11:40:00
01.02.02 02:15:00
31.01.02 16:50:00
31.01.02 07:25:00
30.01.02 22:00:00
30.01.02 12:35:00
30.01.02 03:10:00
29.01.02 17:45:00
29.01.02 08:20:00
28.01.02 22:55:00
28.01.02 13:30:00
28.01.02 04:05:00
27.01.02 18:40:00
27.01.02 09:15:00
26.01.02 23:50:00
(cm)
30.00
26.01.02 14:25:00
26.01.02 05:00:00
25.01.02 19:35:00
25.01.02 10:10:00
25.01.02 00:45:00
24.01.02 15:20:00
24.01.02 05:55:00
23.01.02 20:30:00
23.01.02 11:05:00
23.01.02 01:40:00
22.01.02 16:15:00
22.01.02 06:50:00
21.01.02 21:25:00
21.01.02 12:00:00
Nivel
ANTARTIDA 2002
(Glaciar Collins; BCAA) N=3888
NIVEL
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
Tiempo
Figura 1: Serie Temporal de Nivel en la Cuenca Piloto de BCAA
La curva de ajuste o calibrado, es decir, la correlación entre nivel y caudal se
puede ver en la Figura 2.
ANTARTIDA 2002
Glaciar Collins; BCAA
Caudal/Nivel (MPS)
Y = 0.0976 e
2
R = 0.9643
0.1121 X
1.000
0.500
0.000
30.000
Nivel MPS (cm)
Figura 2: Correlación entre nivel y caudal
8
El algoritmo matemático de la curva de ajuste corresponde a la función
exponencial:
Y = 0.0976 ⋅ e 0.1121 X
3
siendo: Y = caudal de descarga en m seg , X = nivel del río en cm
El índice de correlación en R 2 de dicha función es:
R 2 = 0.9643
es decir, muy próximo a 1 (valor máximo), con un error máximo de ε ≤ 1.9 % .
Aplicando la función exponencial de la curva de correlación nivel-caudal a la
serie temporal de niveles, encontramos la serie temporal de caudales de descarga del
glaciar, que queda expresada en la Figura 3.
ANTARTIDA 2002
(Glaciar Collins; BCAA) N=3888
CAUDAL
2.5
(m3/seg)
1.5
Caudal
2
1
03.02.02 20:50:00
03.02.02 11:40:00
03.02.02 02:30:00
02.02.02 17:20:00
02.02.02 08:10:00
01.02.02 23:00:00
01.02.02 13:50:00
01.02.02 04:40:00
31.01.02 19:30:00
31.01.02 10:20:00
31.01.02 01:10:00
30.01.02 16:00:00
30.01.02 06:50:00
29.01.02 21:40:00
29.01.02 12:30:00
29.01.02 03:20:00
28.01.02 18:10:00
28.01.02 09:00:00
27.01.02 23:50:00
27.01.02 14:40:00
27.01.02 05:30:00
26.01.02 20:20:00
26.01.02 11:10:00
26.01.02 02:00:00
25.01.02 16:50:00
25.01.02 07:40:00
24.01.02 22:30:00
24.01.02 13:20:00
24.01.02 04:10:00
23.01.02 19:00:00
23.01.02 09:50:00
23.01.02 00:40:00
22.01.02 15:30:00
22.01.02 06:20:00
21.01.02 21:10:00
0
21.01.02 12:00:00
0.5
Tiempo
Figura 3: Serie temporal de caudales de descarga del glaciar
El caudal medio descargado por la cuenca experimental BCAA, en el periodo
considerado es de:
Q = 0.493 m
3
seg
y el caudal específico, por unidad de superficie de la cuenca ( 1Km 2 ) es a su vez:
3
Qˆ = 0.382 m
seg ⋅ Km 2
que representa la ablación interna glaciar (internal run-off) o pérdida de masa
helada en forma de agua, descargada por el glaciar en periodo de verano.
9
Las series temporales de parámetros meteorológicos o de entrada en el proceso,
los hemos recibido de la Estación Meteorológica de la Base Antártica Rusa
Bellinsghausen que opera automáticamente, ya que la estación de la BCAA estaba en
modo manual en el periodo considerado, lo que no nos permitía operar con series
temporales.
Las series temporales de Bellinsghausen están generadas a intervalos de 1
minuto (temperatura del aire, presión atmosférica, … etc.), excepto la radiación solar
(global) que viene acumulada cada hora.
Contrastando nuestra serie temporal de caudales (a intervalos de 5 minutos) con
las series temporales meteorológicas (homogeneizadas a 5 minutos de intervalos y
sincronizadas con las del caudal de la cuenca piloto BCAA), encontramos los siguientes
resultados.
¾ El contraste entre temperatura del aire y caudal según Figura 4, muestra una
buena correspondencia de máximos y mínimos entre ambas series.
Aquí, la respuesta (caudal) es prácticamente inmediata ante el impacto
(temperatura ambiente).
ANTARTIDA 2002
(Glaciar Collins; BCAA) N=3888
Temp. Aire ºC
Caudal m3/seg
2.5
9
2
7
1.5
(m3/seg)
6
1
Caudal
Temperatura del Aire
(ºC)
8
5
4
3
2
0.5
1
03.02.02 23:00:00
03.02.02 14:30:00
03.02.02 06:00:00
02.02.02 21:30:00
02.02.02 13:00:00
02.02.02 04:30:00
01.02.02 20:00:00
01.02.02 11:30:00
01.02.02 03:00:00
31.01.02 18:30:00
31.01.02 10:00:00
31.01.02 01:30:00
30.01.02 17:00:00
30.01.02 08:30:00
30.01.02 00:00:00
29.01.02 15:30:00
29.01.02 07:00:00
28.01.02 22:30:00
28.01.02 14:00:00
28.01.02 05:30:00
27.01.02 21:00:00
27.01.02 12:30:00
27.01.02 04:00:00
26.01.02 19:30:00
26.01.02 11:00:00
26.01.02 02:30:00
25.01.02 18:00:00
25.01.02 09:30:00
25.01.02 01:00:00
24.01.02 16:30:00
24.01.02 08:00:00
23.01.02 23:30:00
23.01.02 15:00:00
23.01.02 06:30:00
22.01.02 22:00:00
22.01.02 13:30:00
22.01.02 05:00:00
21.01.02 20:30:00
0
21.01.02 12:00:00
0
Tiempo
Figura 4: Contraste entre temperatura del aire y caudal
¾ El contraste entre presión atmosférica y caudal mostrado en la Figura 5,
indica que para el intervalo de tiempo medido, no hay correspondencia. Sería necesario
trabajar con series temporales más largas para observar lo que ocurre, aplicando análisis
correlatorio y espectral para detectar efectos de memoria (feed-back) en los dominios
temporales y frecuenciales.
10
.0
21 1.02
.0 1
22 1.0 2:0
.0 2 1 0:
22 1.0 9:0 00
.0 2 0 0 :
22 1.02 2:0 00
.0 0 0 :
22 1.0 9:0 00
.0 2 1 0:
23 1.0 6:0 00
.0 2 2 0 :
23 1.02 3:0 00
.0 0 0:
23 1.0 6:0 00
.0 2 1 0 :
24 1.0 3:0 00
.0 2 2 0 :
24 1.02 0:0 00
.0 0 0 :
24 1.0 3:0 00
.0 2 1 0:0
25 1.0 0:0 0
.0 2 1 0 :
25 1.0 7:0 00
.0 2 0 0 :
25 1.02 0:0 00
.0 0 0 :
25 1.0 7:0 00
.0 2 1 0:
26 1.0 4:0 00
.0 2 2 0 :
26 1.02 1:0 00
.0 0 0 :
26 1.0 4:0 00
.0 2 1 0 :
27 1.0 1:0 00
.0 2 1 0 :
27 1.02 8:0 00
.0 0 0 :
27 1.0 1:0 00
.0 2 0 0:0
27 1.0 8:0 0
.0 2 1 0 :
28 1.02 5:0 00
.0 2 0:
28 1.0 2:0 00
.0 2 0 0 :
28 1.0 5:0 00
.0 2 1 0 :
29 1.0 2:0 00
.0 2 1 0:
29 1.02 9:0 00
.0 0 0:
29 1.0 2:0 00
.0 2 0 0:
29 1.0 9:0 00
.0 2 1 0 :
30 1.02 6:0 00
.0 2 0 :
30 1.0 3:0 00
.0 2 0 0:
30 1.0 6:0 00
.0 2 1 0 :
31 1.02 3:0 00
.0 2 0:
31 1.0 0:0 00
.0 2 0 0 :
31 1.0 3:0 00
.0 2 1 0 :
01 1.02 0:0 00
.0 1 0 : 0
2. 7 : 0
02 0
00 0:0
:0 0
0:
00
21
Radiación Solar (W/m2)
250
200
50
0
03.02.02 23:45:00
03.02.02 15:00:00
03.02.02 06:15:00
02.02.02 21:30:00
02.02.02 12:45:00
02.02.02 04:00:00
01.02.02 19:15:00
01.02.02 10:30:00
01.02.02 01:45:00
31.01.02 17:00:00
31.01.02 08:15:00
30.01.02 23:30:00
30.01.02 14:45:00
30.01.02 06:00:00
29.01.02 21:15:00
985
1
970
150
0.8
100
0.4
(m3/seg)
1.5
Caudal
1010
(m3/seg)
Radiación Solar W/m2
29.01.02 12:30:00
29.01.02 03:45:00
28.01.02 19:00:00
28.01.02 10:15:00
28.01.02 01:30:00
27.01.02 16:45:00
Presión At. hPa
Caudal
ANTARTIDA 2002
27.01.02 08:00:00
26.01.02 23:15:00
26.01.02 14:30:00
26.01.02 05:45:00
25.01.02 21:00:00
25.01.02 12:15:00
25.01.02 03:30:00
24.01.02 18:45:00
24.01.02 10:00:00
24.01.02 01:15:00
23.01.02 16:30:00
23.01.02 07:45:00
22.01.02 23:00:00
22.01.02 14:15:00
22.01.02 05:30:00
995
21.01.02 20:45:00
21.01.02 12:00:00
hPa
1000
Presión Atmosférica
ANTARTIDA 2002
(Glaciar Collins; BCAA) N=3888
Caudal m3/seg
2.5
1005
2
990
980
975
0.5
0
Tiempo
Figura 5: Contraste entre presión atmosférica del aire y caudal
¾ Para contrastar las series temporales de radiación solar y caudal hay que
homogeneizar y sincronizar aumentando el intervalo del caudal a 1 hora.
(Glaciar Collins; BCAA) N=253
Caudal m3/seg
1.2
1
0.6
0.2
0
Tiempo
Figura 6: Contraste entre radiación solar y caudal
11
Esto disminuye mucho el número de valores en el intervalo de trabajo ( N = 253 ),
perdiendo peso estadístico. A pesar de ello se aprecia en la Figura 6 una buena
correspondencia entre máximos y mínimos, pero con un cierto desfase en la respuesta
(caudales).
Si ahora contrastamos las dos series temporales de caudal y conductividad
(ambas de salida del glaciar) encontraríamos, en la Figura 7, que no se aprecia
correspondencia salvo en la crecida del 1 de febrero de 2002, donde una fuerte subida
del caudal se corresponde con una bajada notable de conductividad. Se precisa operar
con series temporales más largas para evaluar el "feed-back" que pudiera existir entre
ambos parámetros de salida, ya que la conductividad depende del tiempo de residencia
que condiciona una mayor permanencia del agua, tanto en los pequeños acuíferos
existentes en el borde de la morrena perimetral del glaciar, como en la laguna junto a la
Estación Ionosférica de la BCAA que nuestro río tiene que atravesar.
ANTARTIDA 2002
(Glaciar Collins; BCAA) N=3888
Conductividad mS
Caudal m3/seg
2.5
0.065
0.06
0.045
1.5
(m3/seg)
Conductividad
0.05
1
Caudal
(mS/cm)
2
0.055
0.04
0.5
0.035
03.02.02 18:00:00
03.02.02 09:10:00
03.02.02 00:20:00
02.02.02 15:30:00
02.02.02 06:40:00
01.02.02 21:50:00
01.02.02 13:00:00
01.02.02 04:10:00
31.01.02 19:20:00
31.01.02 10:30:00
31.01.02 01:40:00
30.01.02 16:50:00
30.01.02 08:00:00
29.01.02 23:10:00
29.01.02 14:20:00
29.01.02 05:30:00
28.01.02 20:40:00
28.01.02 11:50:00
28.01.02 03:00:00
27.01.02 18:10:00
27.01.02 09:20:00
27.01.02 00:30:00
26.01.02 15:40:00
26.01.02 06:50:00
25.01.02 22:00:00
25.01.02 13:10:00
25.01.02 04:20:00
24.01.02 19:30:00
24.01.02 10:40:00
24.01.02 01:50:00
23.01.02 17:00:00
23.01.02 08:10:00
22.01.02 23:20:00
22.01.02 14:30:00
22.01.02 05:40:00
21.01.02 20:50:00
0
21.01.02 12:00:00
0.03
Tiempo
Figura 7: Contraste entre caudal y conductividad
Cuando la cuenca glaciar no contiene acuífero, la descarga subglaciar es
inmediata y el tiempo de residencia despreciable. En estos casos la correlación caudalconductividad es inversa e inmediata como se aprecia en el glaciar Austrelovenbreen
durante la expedición Svalbard 2001 [15]. Ver Figura 8.
12
SVALBARD 2001
(Glaciar Austrelovenbreen) N=5495
Conductividad mS
Caudal m3/seg
0.23
7
0.21
6
0.15
4
(m3/seg)
5
0.17
0.13
3
0.11
0.09
Caudal
Conductividad
(mS/cm)
0.19
2
0.07
1
0.05
9:29:21
21:49:21
10:09:21
25.08.01
25.08.01
26.08.01
8:49:21
21:09:21
24.08.01
24.08.01
8:09:21
20:29:21
23.08.01
23.08.01
7:29:21
19:49:21
22.08.01
22.08.01
6:49:21
19:09:21
21.08.01
21.08.01
6:09:21
18:29:21
20.08.01
20.08.01
5:29:21
17:49:21
19.08.01
19.08.01
4:49:21
17:09:21
18.08.01
18.08.01
4:09:21
16:29:21
17.08.01
17.08.01
3:29:21
15:49:21
16.08.01
16.08.01
2:49:21
15:09:21
15.08.01
15.08.01
2:09:21
14:29:21
14.08.01
14.08.01
1:29:21
13:49:21
13.08.01
13.08.01
0:49:21
13:09:21
12.08.01
11:49:21
10.08.01
12.08.01
23:29:21
09.08.01
0:09:21
11:09:21
09.08.01
12:29:21
22:49:21
08.08.01
11.08.01
10:29:21
08.08.01
11.08.01
9:49:21
22:09:21
07.08.01
0
07.08.01
0.03
Tiempo
Figura 8: Contraste entre caudal y conductividad en SVALBARD 2001
3.2 Comparación con otras campañas de verano austral
¾ Campaña Antártica 2000
Durante el verano antártico de 2000, se realizó una investigación similar al NW
del Domo Menor del glaciar Collins, en el programa de la 45 Russian Antarctic
Expedition.
Se seleccionó la cuenca glaciar que descargaba el "Salamanca Canyon"
(denominación coloquial utilizada entonces), implementando la estación de aforos a la
entrada de dicho cañón, cuyas coordenadas son:
Lat: S 62º 08' 718
Long: W 58º 54' 448
Alt. 80 mts s.n.m.
Se implementó la estación para generar la serie temporal de nivel (Figura 9),
operando en el periodo comprendido entre las 12:00 del 18/01/00 hasta las 11:15 del
13/02/00, obteniendo una serie de 7527 valores ( N = 7527 ), a intervalos de 5 minutos.
13
Caudal (m3/seg)
25.00
1
0.8
0.6
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
13.02.00 08:30:00
12.02.00 14:15:00
11.02.00 20:00:00
11.02.00 01:45:00
10.02.00 07:30:00
09.02.00 13:15:00
08.02.00 19:00:00
08.02.00 00:45:00
07.02.00 06:30:00
06.02.00 12:15:00
05.02.00 18:00:00
04.02.00 23:45:00
04.02.00 05:30:00
03.02.00 11:15:00
02.02.00 17:00:00
01.02.00 22:45:00
01.02.00 04:30:00
31.01.00 10:15:00
30.01.00 16:00:00
29.01.00 21:45:00
29.01.00 03:30:00
28.01.00 09:15:00
27.01.00 15:00:00
26.01.00 20:45:00
26.01.00 02:30:00
25.01.00 08:15:00
24.01.00 14:00:00
23.01.00 19:45:00
23.01.00 01:30:00
22.01.00 07:15:00
21.01.00 13:00:00
20.01.00 18:45:00
50.00
20.01.00 00:30:00
19.01.00 06:15:00
35.00
18.01.00 12:00:00
(cm)
40.00
Nivel
ANTARTIDA 2000
NIVEL
(Glaciar Collins; "Salamanca Canyon") N=7527
45.00
30.00
Tiempo
Figura 9: Serie temporal de caudal en ANTARTIDA 2000, "Salamanca Canyon"
ANTARTIDA 2000
Glaciar Collins; Salamanca Canyon
Caudal/Nivel MPS
1.2
Y = 5E-05 e
2
R = 0.8934
0.2279 X
0.4
0.2
0
50.000
Nivel MPS (cm)
Figura 10: Correlación nivel y caudal en ANTARTIDA 2000, "Salamanca Canyon"
14
Se realizaron 18 aforos puntuales obteniendo la siguiente función exponencial
(Figura 10):
Y = 0.00005 ⋅ e 0.2279 X
3
siendo Y = caudal de descarga en m seg , X = nivel del río en cm
que expresa la curva de ajuste nivel-caudal, cuyo coeficiente de correlación fue:
R 2 = 0.8934
con lo que se elaboró la serie temporal de caudal (Figura 11) para este periodo [16].
El caudal específico para el periodo considerado fue
Qˆ = 0.295 m
3
seg ⋅ Km 2
ANTARTIDA 2000
CAUDAL
(Glaciar Collins; Salamanca Canyon) N=7527
3
(m3/seg)
2.5
2
Caudal
1.5
1
13.02.00 09:15:00
12.02.00 15:30:00
11.02.00 21:45:00
11.02.00 04:00:00
10.02.00 10:15:00
09.02.00 16:30:00
08.02.00 22:45:00
08.02.00 05:00:00
07.02.00 11:15:00
06.02.00 17:30:00
05.02.00 23:45:00
05.02.00 06:00:00
04.02.00 12:15:00
03.02.00 18:30:00
03.02.00 00:45:00
02.02.00 07:00:00
01.02.00 13:15:00
31.01.00 19:30:00
31.01.00 01:45:00
30.01.00 08:00:00
29.01.00 14:15:00
28.01.00 20:30:00
28.01.00 02:45:00
27.01.00 09:00:00
26.01.00 15:15:00
25.01.00 21:30:00
25.01.00 03:45:00
24.01.00 10:00:00
23.01.00 16:15:00
22.01.00 22:30:00
22.01.00 04:45:00
21.01.00 11:00:00
20.01.00 17:15:00
19.01.00 23:30:00
19.01.00 05:45:00
0
18.01.00 12:00:00
0.5
Tiempo
Figura 11: Serie temporal de caudal en ANTARTIDA 2000, "Salamanca Canyon"
¾ Campañas Antártica 1989 y 1990
Montada ya la Base Antártica Española (BAE) Juan Carlos I en la Isla
Livingston de las Shetland del Sur, siendo España miembro del Tratado Antártico, se
realizaron sendas campañas de aforos con el objetivo de suministrar agua a la BAE. Se
seleccionó para ello, la descarga glaciar proveniente del Lóbulo Glaciar Las Palmas. Las
coordenadas de la estación de aforos, donde se instaló el limnígrafo son:
Lat: S 62º 40'
Long: W 60º 23'
Alt. 10 mts s.n.m.
15
Las investigaciones realizadas (aforos, curva de ajuste, …) está detallada en
[17], [18], [19], y el reprocesado posterior de la serie con criterios actuales, mostró los
valores de la ablación interna glaciar (internal run-off) en forma de caudal específico
[20]:
3
Para la campaña de 1989: Qˆ = 0.19 m
Para la campaña de 1990: Qˆ = 0.21 m
seg ⋅ Km 2
3
seg ⋅ Km 2
4. CONCLUSIONES
1.- La curva de ajuste caudal-nivel de la estación de control instalada en la
BCAA muestra una correlación muy elevada ( R 2 ≥ 0.96 ), siendo la mayor de todas las
estimadas en nuestras campañas antárticas.
2.- El contraste entre las series temporales de temperatura ambiente (entrada) y
descarga del glaciar (salida) de la Cuenca Piloto Experimental BCAA implementada,
muestra una alta correspondencia en sus picos, tanto máximos como mínimos. La
impronta de la temperatura del aire se refleja inmediatamente en la respuesta de la
descarga del glaciar de manera directa.
3.- La impronta de la radiación solar (entrada) se refleja también en el aumento
de la descarga del glaciar (salida), aunque se precisa operar con series más largas, pues
hay cierto desfase.
4.- La comparación entre la presión atmosférica (entrada) y la descarga del
glaciar (salida), no muestra correspondencia entre sus series temporales. Hay que medir
en periodos de tiempo más largos.
5.- Las series temporales de conductividad del agua y descarga (ambas de
salida), no presenta correspondencia en el periodo investigado. Hay que elaborar aquí,
series temporales más largas (plurianuales) y tratarlas matemáticamente mediante
análisis espectral y correlatorio (software de programas especiales, "stocastos,
""ondeletes", etc.). Se sabe que hay correlaciones inversas cuyo algoritmo corresponde
a una función potencial [15], pero que se manifiestan cuando no hay reservas de agua
y/o acuíferos en su trayecto desde la salida del glaciar hasta la estación de control. La
inexistencia de correlación sincrónica en el tiempo indica la existencia de reservas de
agua (acuífero glaciar o laguna) que condicionan tiempos de residencia que desfasan la
correlación.
6.- La evolución de la ablación interna glaciar, expresada como descarga
específica muestra que ésta es creciente en el tiempo (Tabla 2), y que se ha duplicado en
estas latitudes antárticas (62º) durante los últimos 13 años.
7.- Los cuatro datos disponibles en sendas campañas estivales, muestran que la
correlación de la ablación interna glaciar en el tiempo (descarga específica - tiempo)
(Figura 12) presenta una forma exponencial creciente, que a falta de más información
en campañas futuras su algoritmo es Y = 1 E − 41⋅ e 0.0466 X , siendo Y = caudal de descarga,
X = tiempo. El coeficiente de correlación: R 2 = 0.9501
16
Tabla Comparativa de la Ablación Interna Glaciar
Periodo de verano austral
Lugar
Periodo
Glaciar
Latitud
Altitud
Descarga
(metros
Específica
s.n.m.)
(m3/seg*km2)
140 - 240
0.19
140 - 240
0.21
80 - 270
0.295
80 - 270
0.382
Hemisferio Sur
Antártida
Antártida
Antártida
Antártida
1989
Las
Lóbulo
Febrero
1990
Palmas
Lóbulo
Febrero
Palmas
2000
Enero-Marzo
2002
Ener-Febr.
Collins
Collins
Lat 62º 40' S
Long 60º 23' W
Las
Lat 62º 40' S
Long 60º 23' W
Lat 62º 08' S
Long 58º 54' W
Lat 62º 11' S
Long 58º 54' W
Tabla 1: Evolución de la ablación interna glaciar en el tiempo
Hemisferio Sur: Antártida
0.4
0.35
(m3/seg*km2)
Ablación Interna Específica
0.45
0.3
0.0466X
Y = 1E-41 e
2
R = 0.9501
0.25
0.2
62º S
0.15
0.1
0.05
0
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
Año
Figura 12: Ablación interna glaciar en el tiempo
8.- Como consecuencia de las anteriores conclusiones, resulta que la Cuenca
Experimental Glaciar BCAA, es la más adecuada para ser implementada como sensor
natural del calentamiento global en estas latitudes. Sin embargo, para que sea realmente
eficaz, debe trabajar automáticamente en continuo en periodo plurianual. Todavía no
sabemos que ocurre en el invierno austral. Para conocerlo hemos dejado operativa la
Estación de monitorizado, durante el presente invierno de 2002, con intervalos de
lectura de 1 hora.
5. DISCUSIÓN
La descarga específica medida en la Cuenca Piloto Experimental BCAA durante
el periodo investigado en el verano austral de 2002 es de
3
0.382 m
seg ⋅ Km 2
.
17
Asumiendo que dicha cuenca piloto fuese representativa de todo el casquete
glaciar Collins (1313 km), que cubre la mayoría de la isla Rey Jorge, se infiere que la
descarga de dicho glaciar en verano, será del orden de
3
500 m
seg
que supondría un volumen de agua procedente de la fusión del hielo glaciar de:
3
44.3 Hm
día
(verano).
Este argumento es discutible pues la serie temporal en la que nos basamos es
corta y tampoco está claro que los comportamientos de la zona de ablación y de la zona
de acumulación sean similares en el proceso que genera la descarga del glaciar.
No obstante el orden de valor de las cifras expresadas, es lo bastante grande
como para considerar que la importancia del papel de los glaciares subpolares en el
ascenso del nivel del mar, es mayor de la que se les ha dado hasta ahora.
Su estimación pasa por generar series temporales largas, de varios años, que nos
permitan conocer también, lo que pasa con la descarga durante sucesivos inviernos. El
soporte logístico que representa la proximidad de una Base operativa durante todo el
año, como es el caso de la BCAA, en la proximidad de la Cuenca Experimental
implementada, no solamente es una garantía para el éxito de la investigación, sino un
criterio más que se debe seguir en la elección de una cuenca piloto.
6. AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, al Instituto Antártico Uruguayo, en acuerdo de cooperación ,
entre ambas instituciones , por la ayuda técnica en el mantenimiento de la estación y
descarga y remisión de datos por Albert Lluberas . Además , por logística suministrada
en el cruce del Drake en varias de las campañas antárticas, a las dotaciones de la Base
Científica Antártica Artigas BCAA del año 2000 (Waldemar Fontes) y del 2002 (Hector
de Rebolledo), por facilitarnos la estancia, manutención y soporte informático. A la
Dirección Nacional de Meteorología de Uruguay por los datos meteorológicos
facilitados en la campaña del 2000.
A la Base Antártica Rusa Bellinsghausen en ambas campañas 2000 y 2002 (Oleg
Sakharov), por su soporte logístico, la utilización del vehículo "Lunatrack" en el glaciar
Collins, el uso temporal de la Estación Biológica Priroda y los datos meteorológicos del
año 2002.
A todos ellos, sus responsables y sus equipos, queremos expresar nuestro
agradecimiento, pues de otro modo la labor aquí presentada no hubiera podido
realizarse.
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