Translated by: Isabel Zetina

Alrededor del 40% de la población mundial vive a menos de 100 km de la costa (Naciones Unidas 2017).  El nivel del mar está subiendo en todo el mundo y la tendencia se acelera cada año. La ONU, innumerables organizaciones internacionales y agencias nacionales trabajan duro cada año para apoyar los esfuerzos de los científicos del clima para modelar con precisión nuestro clima cambiante. El papel del hielo en la formación de los mares de la Tierra es indiscutible. A medida que el hielo continental se derrite y las capas de hielo se desprenden de las plataformas continentales y caen al mar, cada vez más comunidades costeras se ven amenazadas. La subida del nivel del mar plantea enormes retos para el futuro.

Disponer de modelos climáticos precisos permite a los responsables políticos tomar decisiones informadas sobre las medidas de mitigación del cambio climático. Una de las mayores fuentes de incertidumbre de nuestros modelos climáticos es la contribución de las plataformas continentales de hielo a la subida del nivel del mar (Visser et al. 2000). Su dinámica es impredecible. Algunas plataformas continentales de hielo parecen crecer mientras que otras se encogen. El movimiento de las capas de hielo es complejo y, sin embargo, esencial para comprender cómo cambian las plataformas de hielo continentales a lo largo del tiempo. Comprender la contribución de las plataformas continentales de hielo a la subida del nivel del mar es esencial para fundamentar una buena política climática. La radioglaciología puede ofrecer a los científicos datos valiosos para perfeccionar y ajustar sus modelos climáticos.

La radioglaciología es el estudio de los glaciares y las capas de hielo mediante radar. La radioglaciología utiliza radares de penetración terrestre que operan en los rangos de frecuencia media, alta y muy alta para estudiar la estructura de las plataformas de hielo continentales, la dinámica del movimiento de las capas de hielo y las condiciones basales bajo las capas de hielo. En su forma más simple, una carga útil de radioglaciología emite una señal de radio hacia una masa de hielo y registra la señal de vuelta. El enfoque se centra en las zonas polares remotas de mayor interés científico, como la Antártida y Groenlandia. Históricamente, el radar aerotransportado se ha utilizado para realizar estudios a corto plazo del hielo polar, pero las plataformas aerotransportadas sufren de limitaciones meteorológicas y obligan a los pilotos a realizar vuelos arriesgados en zonas remotas. Un ejemplo de este tipo de misión fue el esfuerzo dirigido por el Instituto Alfred Wegener para encontrar la formación de hielo estable más antigua de la Tierra con el fin de extraer un núcleo de hielo antiguo. La misión se denominó "Oldest Ice Reconnaissance Dome Fuji" (OIR). Un artículo de la página web del Mecanismo Europeo de Investigación Aerotransportada (EUFAR) señala: "Para llevar a cabo el reconocimiento aerotransportado en una zona tan remota, fue necesaria una compleja logística para establecer un campamento temporal y abastecerlo de combustible para permitir múltiples vuelos, y suministrar motores y electricidad" (Guy y Binder 2017). Sin embargo, existe otra forma de acceder a estas zonas remotas, fuera del alcance de la meteorología terrestre, con la posibilidad de volver a visitarlas con frecuencia y con una duración de las misiones medida en años: la radioglaciología espacial.

Las misiones anteriores, como Cryosat-2 y RadarSat, han demostrado que este enfoque es viable y que los satélites pueden obtener datos útiles (Wingham et al 2006) (Jezek 1999). Las misiones por satélite adaptadas específicamente a la radioglaciología podrían dar a los climatólogos una mejor idea del entorno submarino sobre el que descansan las plataformas de hielo continentales, lo que es importante para predecir el movimiento de las mismas. La rugosidad basal del lecho marino determina la rapidez con que pueden moverse las plataformas de hielo una vez que se ponen en marcha. A medida que el hielo cerca del lecho comienza a fluir, se acumulan deformaciones dentro de la capa de hielo, lo que frena el flujo del hielo. Estos márgenes laterales de cizalladura pueden caracterizarse mediante la radioglaciología a pesar de encontrarse en las profundidades de la estructura interna de las capas de hielo. Comprender cómo evolucionan estos márgenes de cizalladura en tiempo real puede ayudar a los científicos a afinar sus predicciones sobre cómo fluirán las capas de hielo (Jordan et al 2017). Hay muchas otras variables que ayudan a caracterizar los flujos de hielo, como la presencia de agua de deshielo, los huecos dentro de las capas de hielo y las condiciones basales; todas ellas están al alcance de las misiones de radioglaciología desde el espacio.
Los datos pueden interpretarse de muchas maneras. Una de las más comunes son los mapas de sondeos de radar, como el de la figura 1. Los sondeos de radar pueden revelar el interior de las capas de hielo. Estos sondeos pueden revelar la estructura interna de los glaciares a través de la radioestratigrafía englacial, midiendo las señales de radio refractadas y reflejadas que devuelven las capas de hielo. Sin embargo, la radioglaciología tiene sus limitaciones.

Algunos de los principales desafíos a los que se enfrenta la radioglaciología son las temperaturas desconocidas dentro de las capas de hielo y la química desconocida del hielo, lo que hace que la calibración de atenuación esencial para recibir buenos datos sea todo un reto (Schroeder et al 2016). El análisis de datos a escala también es un reto. Estos retos se ven agravados por todas las dificultades que plantea el funcionamiento de las naves espaciales cuando el experimento de radioglaciología se realiza a bordo de un satélite.

Las técnicas innovadoras de otros campos, como la comunicación por láser, pueden transmitir las enormes cantidades de datos y las redes neuronales pueden ayudar a cribar los datos devueltos por los satélites de radioglaciología. Las muestras de núcleos, el análisis de patrones y otras mediciones pueden ofrecer información sobre las temperaturas en el interior de las capas de hielo y su composición química. Esto, a su vez, facilita la interpretación de los datos radioglaciológicos.

Una clara ventaja de la radioglaciología espacial es que puede aplicarse a otros cuerpos celestes. Especialmente interesantes son las lunas de los gigantes gaseosos Europa, Encélado y Ganímedes. Los datos de otros cuerpos celestes pueden perfeccionar los modelos que utilizamos para los flujos de hielo en la Tierra. Los principales retos asociados a la radioglaciología de otros cuerpos celestes son las limitaciones de potencia (el flujo de energía solar en Júpiter es el 4% del flujo en la Tierra) para el satélite y la carga útil, y la velocidad limitada de descarga de datos (Dawson et al 2012). Las lecciones aprendidas de la optimización de las cargas útiles de radioglaciología para aplicaciones en el espacio profundo pueden aplicarse a los sistemas terrestres para mejorar las técnicas de análisis de datos a bordo y aumentar el caudal de datos útiles para las estaciones terrestres, al tiempo que se operan radares más potentes y eficientes para las Misiones de Observación de la Tierra.

Las misiones en curso de radioglaciología en el espacio profundo se centran en Marte. La Agencia Espacial Italiana (ASI) ha liderado el desarrollo de las cargas útiles MARSIS y SHARAD para Mars Express (ESA) y el Mars Reconnaissance Orbiter (NASA) (Flamini et al 2007). MARSIS y SHARAD están pensados para trabajar juntos. MARSIS ofrece una excelente penetración para examinar las estructuras más profundas de las formaciones de hielo marcianas, mientras que SHARAD tiene una resolución mucho mejor a profundidades menores, de hasta 1 km. En la figura 2 se muestran imágenes de los dos radares trabajando juntos. Estos radares han mejorado nuestra comprensión de la radioglaciología para aplicaciones de investigación planetaria y han aportado descubrimientos sobre la historia del hipotético ciclo del agua en Marte antes de que el planeta quedase desprovisto de agua líquida en su superficie. Estos descubrimientos ofrecen una visión científica de la dinámica que afecta al hielo terrestre.

Los futuros experimentos espaciales de radioglaciología están previstos tanto para estudios terrestres como para aplicaciones extremas en el espacio profundo. La misión JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) de la ESA llevará el instrumento RIME (Radar for Icy Moons Exploration), una carga útil de radioglaciología de una sola frecuencia que operará en la banda de 9 MHz (HF) (Bruzzone et al 2015), mientras que la misión Europa Clipper de la NASA llevará el instrumento REASON (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface) que es una carga útil de radioglaciología que tendrá dos frecuencias para sondear Europa (una HF como RIME y otra VHF) (Pappalardo et al 2017). El lanzamiento de ambas misiones está previsto para la década de 2020 y sus objetivos científicos son muy ambiciosos. El descubrimiento de agua líquida bajo las costras heladas protectoras de las lunas de los Gigantes Gaseosos podría revolucionar nuestra forma de ver la relación Espacio-Agua. Si se descubre que los océanos no tienen vida, podría ofrecer a los científicos un entorno estéril en el que estudiar hidrosferas macroscópicas sin variables orgánicas en juego. Si se descubre que los océanos tienen vida, se plantearía toda una serie de nuevas cuestiones científicas.

A medida que la crisis climática se agrave en los próximos años, los modelos climáticos que sirven de base a las políticas públicas serán cada vez más esenciales para gestionar las consecuencias del cambio climático. Los modelos climáticos de calidad superior que permite la radioglaciología espacial tienen el potencial de salvar vidas, proteger comunidades y asegurar bienes valiosos, al tiempo que permiten futuros proyectos para mitigar y quizás reducir el impacto del cambio climático. Junto con otras tecnologías, la radioglaciología nos dará una mejor idea del estado del dominio del agua en la Tierra.