Neste verão, Alex Anesio passará três semanas cercado por milhares de buracos em uma camada de gelo do Ártico. Ele e sua equipe vão acampar a quilômetros do assentamento mais próximo, cercado por uma paisagem rasgada por enormes e instáveis fendas. A única maneira de entrar ou sair é de helicóptero. A paisagem sonora dos cientistas será reduzida à trituração de grampos no gelo, ao fluxo de correntes glaciais e ao gemido ocasional de um enorme lençol de gelo se rearranjando.
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"É como estar em outro planeta", diz Anesio, biogeoquímico da Universidade de Bristol, na Inglaterra, que trabalha no Ártico há cerca de 15 anos. "A única coisa que você vê ao seu redor é gelo."
Ele e sua equipe passarão semanas neste trecho isolado do manto de gelo da Groenlândia para monitorar poças que podem ter o poder de manipular o clima da Terra.
Os diâmetros dos orifícios de carbonoconite variam em tamanho, desde a largura de um lápis até a tampa de uma lata de lixo. (Joseph Cook) A capacidade de mexer com o clima do nosso planeta não está isolada das poças do Ártico. Micróbios dentro dessas pequenas lagoas, e aninhados em sedimentos de fundo de lago enterrados a quilômetros abaixo da camada de gelo da Antártida, poderiam abrigar a capacidade de alterar seriamente o ciclo global de carbono, assim como o clima. E os pesquisadores só recentemente começaram a navegar nesses mundos minúsculos.
As poças que Anesio estuda são chamadas de buracos de crioconita - "crio" que significa gelo e "conite" que significa "poeira". Elas se desenvolvem quando pilhas de detritos soprados pelo vento se assentam na superfície branca refletora de uma geleira ou camada de gelo. Mais escuro que a neve e o gelo, esse entulho absorve mais calor do sol do que o ambiente e faz com que o gelo derreta em buracos cilíndricos de até 30 cm de profundidade.
Os cientistas uma vez pensaram que esses buracos eram desprovidos de vida. Mas os pesquisadores agora estão descobrindo que eles realmente contêm ecossistemas complexos de micróbios como bactérias, algas e vírus.
Milhões desses buracos, geralmente variando da largura de um lápis à largura de uma tampa de lata de lixo, marcam as folhas de gelo em um padrão de queijo suíço em todo o mundo. A equipe de Anesio estimou que, globalmente, a área de superfície desses buracos soma aproximadamente 9.000 milhas quadradas. Isso é um pouco menor que o estado de New Hampshire.
À medida que esses ecossistemas escamosos e escamosos se expandem pelo gelo, eles podem causar o que, do contrário, seria uma superfície reflexiva e refrescante para absorver cada vez mais calor do sol. Isso poderia acelerar o derretimento da camada de gelo da Groenlândia, informou a equipe em março na revista Geochemical Perspective Letters .
Mas a equipe de Anesio também descobriu que os organismos nesses buracos podem ter um efeito de resfriamento no planeta, sugando ativamente o dióxido de carbono da atmosfera através da fotossíntese. De fato, quando os microrganismos tiram o gás de efeito estufa da atmosfera, os buracos se comportam como sumidouros de carbono.
Se esses buracos ajudam a esfriar ou aquecer o planeta, ainda não se sabe. Mas como um clima mais quente cria mais buracos, o equilíbrio parece estar se inclinando para um aquecimento líquido, em vez de efeito de resfriamento na atmosfera.
Anesio e sua equipe trabalharão neste verão para monitorar as propriedades químicas e físicas desses buracos em detalhes excruciantes para entender melhor como eles podem afetar os comportamentos glaciais e o clima de mudança da Terra.
Quando bastante poeira se acumula em uma camada de gelo, os furos de crioconita se fundem e se transformam em lagos, como este na Groenlândia. (Joseph Cook) A ideia de que os microrganismos podem viver nas geleiras e nos lençóis de gelo - quanto mais prosperar em escalas globalmente significativas - ainda é relativamente nova para a ciência. Até o final da década de 1990, os pesquisadores geralmente consideravam o gelo em ambos os pólos como ambientes mais ou menos estéreis.
"Quando você olha para uma geleira ou uma camada de gelo, não vê nada que possa lhe dar pistas sobre se há vida lá", diz Jemma Wadham, uma colega de Anesio na Universidade de Bristol. Os biólogos não haviam estudado os ambientes glaciais até o final dos anos 90, quando surgiram as primeiras evidências da vida microbiana.
A falta anterior de interesse não foi por causa dos limites tecnológicos, explica Wadham. Tudo o que teria sido necessário para encontrar a vida seria coletar água de degelo na frente de uma geleira e procurar sinais de microrganismos ativos. “Ninguém fez isso”, diz Wadham. "O que parece um pouco louco, mas acho que é assim que as coisas evoluem às vezes."
Desde os anos 90, tem havido uma onda de pesquisas explorando micróbios que vivem na superfície ou sob as geleiras e os lençóis de gelo. Nos últimos anos, os pesquisadores descobriram que esses micróbios estão longe de estarem inativos. Na verdade, a equipe de Anesio relatou em um estudo de 2009 que os micróbios em alguns orifícios de crioconite são tão biologicamente ativos quanto os encontrados em solos mais quentes, até o sul do Mediterrâneo.
"Isso foi realmente surpreendente, dada a baixa temperatura e as baixas condições de nutrientes [do ambiente]", diz Joseph Cook, pesquisador de furos de crioclorite da Universidade de Sheffield, que não participou desse estudo.
Ao longo de um ano, essa atividade poderia acumular até 63.000 toneladas de dióxido de carbono, informou a equipe de Anesio no documento de 2009. Isso é comparável às emissões de cerca de 13.500 carros em um determinado ano, diz ele.
"O estudo de Anesio foi realmente a primeira tentativa de quantificar a quantidade de carbono que entrava e saía desses sistemas, o que foi um grande passo e muito importante", diz Cook.
Alex Anesio e sua equipe dormem em barracas no gelo durante seus estudos de campo. Parte do gelo abaixo da barraca derrete, mas a barraca se comporta como um isolante e mantém a maior parte da base congelada, diz Anesio. (Chris Bellas) As descobertas de Anesio não eram necessariamente o que você esperaria de um corpo de água doce. A maioria das lagoas e lagos geralmente liberam mais dióxido de carbono na atmosfera através da decomposição de material orgânico do que absorvem através da fotossíntese.
Isso ocorre porque a maioria das lagoas e lagos fica nas florestas e recebe um fluxo constante de restos de animais e plantas daquelas florestas através das águas subterrâneas. Como resultado, lagoas e lagos geralmente contêm muito material decomponível, e a decomposição geralmente ocorre mais predominantemente do que a fotossíntese, explica Anésio.
Buracos de crio- conita, por outro lado, são isolados das florestas - às vezes por dezenas de centenas de quilômetros - e recebem a maior parte de seu material orgânico por meio de partículas de detritos transportados pelo ar. Não há tanto material para quebrar, então os organismos de fotossíntese tendem a dominar, diz Anesio.
Não é preciso muito para mudar esse cenário, no entanto. Se o sedimento dentro dos buracos ficar muito espesso, a luz solar não poderá alcançar o fundo. Isso limita a fotossíntese e a taxa de decomposição começa a tomar conta.
“Todas essas dinâmicas dependem muito do movimento do gelo e do relevo do gelo”, diz Anesio. Isso pode mudar no dia-a-dia e na temporada. “Às vezes você tem muito derretimento e você redistribui os grânulos em camadas mais finas, ou às vezes eles se acumulam em certas partes da geleira.”
A equipe de Anesio tentará abordar a questão de como esses buracos mudam com o tempo dormindo ao lado deles e monitorando suas atividades todos os dias neste verão.
Os sons de crampons e água corrente estão entre os únicos ruídos que você ouvirá nesse ambiente, diz Anesio. (Chris Bellas) Viaje para o lado oposto do mundo a partir do campo de Anesio, e você encontrará outra característica das geleiras que podem ter um papel importante no clima da Terra: grandes lagos enterrados abaixo de 2, 5 milhas de gelo da Antártida.
Esses lagos escondidos, alguns comparáveis em tamanho aos Grandes Lagos da América do Norte, chamaram a atenção de pesquisadores como Anesio e Wadham nos últimos anos por várias razões. Por um lado, esses lagos contêm água que ficou presa por milhões de anos, abrigando uma vida extrema que nunca foi exposta às influências humanas.
Os lagos também podem armazenar grandes volumes do potente gás metano do efeito estufa, congelado em uma forma chamada hidratos de metano. Se as camadas de gelo da Antártica colapsarem, elas exporiam esses hidratos, inundando-os com água do mar enquanto o oceano lavava as partes do continente. Os hidratos desestabilizados se transformariam em bolhas de gás metano e aqueceriam a atmosfera, relataram Wadham e colegas em um estudo publicado na Nature em 2012.
Usando radar aerotransportado e imagens de satélite, os pesquisadores localizaram mais de 400 desses chamados lagos subglaciais sob a camada de gelo da Antártida nos últimos 50 anos. Mas foi só em 2013 que uma ambiciosa equipe internacional de pesquisadores perfurou com sucesso um poço de quase meio quilômetro de gelo na superfície de um desses lagos pela primeira vez.
Eles perfuraram com sucesso novamente em 2015 em um local próximo, atingindo a zona de aterramento de um manto de gelo pela primeira vez na história. A zona de aterramento é uma área onde uma camada de gelo perde o contato com a terra e flutua no mar.
Amostras de sedimentos e amostras de água coletadas da zona de aterramento fornecerão à equipe novas informações sobre a estabilidade da camada de gelo da Antártida Ocidental e seu potencial para aumentar os níveis globais do mar caso ocorra um colapso. A equipe também medirá a atividade microbiana nesses sedimentos para entender melhor o papel desses micróbios enterrados no ciclo global do carbono.
Slawek Tulaczyk, pesquisador da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, que foi um dos principais cientistas nessas conquistas marcantes, descreve a tensão de esperar que seus equipamentos chegassem ao local de perfuração em 2013, depois de mais de cinco anos de planejamento com cerca de 50 colaboradores internacionais.
Os pesquisadores organizaram seu equipamento - pesando aproximadamente 300.000 libras - para viajar dentro de 12 contêineres através de 800 milhas de gelo para chegar ao subglacial Lake Whillans no sudoeste da Antártida. Mais lentos que outros lagos subglaciais, Whillans proporcionou aos pesquisadores uma chance decente de sucesso devido à sua relativa acessibilidade em comparação com outros lagos enterrados sob quilômetros de gelo.
Os motoristas de caminhão levaram duas semanas para transportar o equipamento - alguns extremamente delicados - para o local da perfuração. Tudo o que os cientistas conseguiram fazer foi esperar na Estação de Pesquisa McMurdo e ouvir como os operadores do caminhão ligaram com seus relatórios.
"Ouvimos algumas histórias de horror", diz Tulaczyk, explicando que os motoristas ligaram para informar itens quebrados e solicitar suprimentos extras de solda. Felizmente, a maior parte do dano foi isolada nos contêineres e não no conteúdo.
“Quando entramos no avião, o que havia dentro dos contêineres sobreviveu bem o suficiente para usá-lo, mas os contêineres em si foram bem batidos e pareciam ter passado por muita coisa”, diz Tulaczyk.
Tulaczyk e seus colegas montaram uma coisa chamada furadeira de água quente para acessar o Lago Whillans. Ao longo de 24 horas, os pesquisadores perfuraram um buraco com cerca de 30 centímetros de diâmetro bombeando água quente com força para baixo e circulando-o de modo que, à medida que se aprofundava, o buraco não se congelou.
Quando chegaram com sucesso à superfície do lago, os pesquisadores enviaram sondas pelo buraco para coletar dados e amostras. Mas eles tinham que fazer isso com cuidado e clareza. Se contaminassem qualquer de seus equipamentos, correria o risco de coletar micróbios modernos que confundiriam suas descobertas e destruiriam um habitat intocado.
Para sua excitação e alívio, a equipe encontrou evidências de micróbios vivendo na água, diz Tulaczyk. Houve momentos ao longo do caminho em que a equipe se preocupou por terem passado por anos de planejamento e gastado milhões de dólares em um esforço para alcançar um vazio sem vida.
Suas descobertas ajudam a sustentar a ideia de que grandes volumes de hidratos de metano derivados de microorganismos poderiam se situar sob o manto de gelo da Antártida. Os micróbios poderiam estar produzindo esse metano pela decomposição de florestas antigas e outros materiais orgânicos sob o gelo, Wadham, Anesio, Tulaczyk e seus colegas propuseram em seu relatório Nature de 2012.
Pesquisadores que estudam furos de crioconita devem, às vezes, usar roupas limpas para evitar contaminar suas amostras microbianas. (Alex Anesio) Usando estimativas baseadas em medições de sedimentos coletados sob a camada de gelo da Groenlândia - um análogo comparável, mas muito mais fino, à camada de gelo da Antártida - a equipe calculou que poderia haver até 3, 9 milhões de toneladas imperiais de metano escondidas sob o gelo da Antártida.
Dada a potência do metano como gás de efeito estufa, isso pode ser um problema para a atmosfera da Terra se uma grande parte da camada de gelo derreter. E, de acordo com estimativas de pesquisadores da Universidade de Massachusetts, Amherst e Pennsylvania State University, isso pode acontecer até o final do século.
Martin Siegert, um glaciologista do Imperial College London, fez parte da equipe que descreveu um lago subglacial pela primeira vez em 1996. Ele diz que as estimativas de quanto metano está abaixo do gelo da Antártida são teoricamente plausíveis.
No entanto, os pesquisadores precisariam medir a atividade microbiana em sedimentos úmidos sob as camadas de gelo para firmar suas hipóteses, diz Siegert. "É muito simples, o tipo de ciência que você precisa fazer, a dificuldade é chegar lá e a perfuração com água quente."
Mesmo que as estimativas do colapso da camada de gelo até o final do século estivessem corretas, no entanto, provavelmente levaria muito mais tempo do que o efeito dos hidratos de metano se tornarem detectáveis na atmosfera, diz Alexey Portnov, pesquisador do Ártico. Universidade de Tromsø na Noruega. Portnov estuda os remanescentes de hidratos de metano expostos no final da última era glacial no Ártico, bem como os hidratos de metano atualmente degelo do permafrost ártico hoje. Ele diz que mesmo se os hidratos de metano estivessem descansando sob o manto de gelo da Antártida, e eles se desestabilizassem e começassem a borbulhar metano pela água do mar até a superfície, levaria centenas de anos para essas reservas de metano terem um impacto detectável no clima global.
“As calotas de gelo estão desmoronando cada vez mais rápido nos últimos anos”, diz Portnov. "Mas ainda assim, para obter a quantidade de metano desses hidratos de gás para de alguma forma mudar o clima, levará algum tempo."
Enquanto isso, os hidratos de metano que descongelam do permafrost e ao longo das cristas do fundo do mar já estão liberando este gás de efeito estufa na atmosfera a taxas significativas, diz Portnov. As placas de gelo são apenas uma das muitas reservas de metano congeladas que estão sendo descongeladas.
O próximo passo para o trabalho subglacial de hidrato de metano será assegurar mais fundos para embarcar em outra expedição de perfuração para um lago mais profundo. Esforços anteriores - como o esforço multimilionário para explorar o Lago Ellsworth em 2012 - falharam. Então, antes de tentar acessar lagos mais profundos com equipamentos existentes, pesquisadores e engenheiros devem colaborar para desenvolver novas técnicas para projetos mais profundos.
"Nós apenas temos que chegar lá e obter as amostras", diz Wadham. "Esse é um dos desafios das próximas duas décadas."
Grandes extensões de crioconite - ou pó de gelo - cobrem o manto de gelo da Groenlândia e outras geleiras ao redor do mundo, escurecendo suas superfícies e fazendo com que elas absorvam o calor do sol. (Joseph Cook) Embora as geleiras e os lençóis de gelo possam fisicamente obstruir grandes reservas de hidratos de metano enterrados ou retirar dióxido de carbono da atmosfera através de milhões de pequenos buracos, seus impactos alcançam muito mais do que sua pegada física.
Por exemplo, quando os furos de crioconite derretem o suficiente para drenar o fundo de uma geleira, seu conteúdo pode eventualmente atingir o oceano, liberando nutrientes no ecossistema marinho. Isso pode causar a proliferação de algas em larga escala, que poderia tirar dióxido de carbono da atmosfera em proporções significativamente maiores do que os micróbios existentes nesses furos, diz Anesio.
“Isso teria um impacto global muito mais forte porque a fixação de carbono no oceano tem um tremendo impacto no ciclo global de carbono”, diz ele.
Embora um quadro completo de como os micróbios glaciais afetam o clima da Terra esteja a anos de distância, Anesio e seus colegas pesquisadores polares avançam. Lidar com questões tecnológicas e ambientes severos muitas vezes significa que seus avanços vêm em trancos e barrancos. Mas são os desafios, tanto intelectuais quanto físicos, que atraem os cientistas para essas paisagens congeladas.
"É tão bonito estar lá, é incrível", diz Anesio. “As dimensões e a escala das coisas são tão grandes, os rios e a água e a forma do gelo. Eu realmente estou ansioso para ir lá.
Cook, da Universidade de Sheffield, concorda. Ele encontra campos de furos de crio- coita até onde a vista pode parecer uma imagem impressionante.
“Olhar para os buracos de crioconita é estranhamente bonito”, diz Cook. “É muito sereno e é incrível ver algo que é tão simples na cara que meio que desmente a incrível complexidade do que está acontecendo. É meio hipnótico.
O furo no lago Whillans, que exigia a coordenação entre cerca de 50 colaboradores de todo o mundo. (JT Thomas)
