Los núcleos de hielo son un archivo climático único. Gracias a un nuevo método desarrollado por investigadores de la Universidad de Berna y Empa, las concentraciones de gases de efecto invernadero en hielo de 1,5 millones de años se pueden medir con mayor precisión. El proyecto de la UE « Más allá de EPICA », con la participación de la Universidad de Berna, tiene como objetivo recuperar ese hielo antiguo en la Antártida.

La búsqueda del hielo más antiguo de la Tierra ha dado un importante paso adelante. El proyecto Beyond EPICA — Oldest Ice, un consorcio europeo que incluye a la Universidad de Berna, completó su segunda temporada de campo a fines de enero. La perforación alcanzó una profundidad de 808 metros. El objetivo del proyecto es mirar 1,5 millones de años atrás y obtener datos sobre la evolución de la temperatura, la composición de la atmósfera y el ciclo del carbono. Se debe alcanzar una profundidad de alrededor de 2700 metros en la capa de hielo antártica y recuperar un núcleo de hielo. Si todo sale según lo previsto, esto debería ser así en 2025. Solo entonces seguirá el complejo análisis del hielo más antiguo de este núcleo, para el que se están desarrollando nuevos métodos actualmente.

La Universidad de Berna juega un papel crucial en el desarrollo de las nuevas tecnologías de análisis. El equipo liderado por Hubertus Fischer, profesor de física experimental del clima y miembro del Centro Oeschger para la Investigación del Cambio Climático ha logrado, en colaboración con Empa, desarrollar una nueva técnica para medir conjuntamente los gases de efecto invernadero dióxido de carbono (CO2), metano (CH4 ) y el óxido nitroso (N2O), así como la composición de isótopos de carbono del CO2. La muestra de hielo necesaria para esto tiene un grosor de solo un centímetro muy pequeño, pero es posible la mayor precisión en la medición. « Estos son requisitos previos importantes », explica Hubertus Fischer, « para obtener registros de alta precisión y alta resolución del hielo más antiguo de Beyond EPICA ». En el hielo de 1,5 millones de años, entre 15 000 y 20 000 años de historia climática se comprimen en solo un metro de núcleo de hielo, lo que impone exigencias completamente nuevas a los análisis de núcleos de hielo. Los núcleos de hielo son un archivo climático extremadamente importante porque solo contienen el aire del pasado para medir directamente las concentraciones pasadas de gases de efecto invernadero.

Reciclado perfecto de valiosas muestras de hielo

El nuevo método acaba de ser publicado en la revista Técnicas de Medición Atmosférica. El Grupo de Berna trabajó en estrecha colaboración con los investigadores de Empa en el desarrollo técnico para esto. El equipo dirigido por Lukas Emmenegger, jefe del departamento de « Contaminantes del aire/Tecnología ambiental » de Empa, desarrolló un nuevo espectrómetro láser que puede medir los gases de efecto invernadero en una muestra de solo 1,5 mililitros de aire. « Lograr esta alta precisión en muestras tan pequeñas fue difícilmente imaginable durante mucho tiempo. Estamos orgullosos de que esto haga posible estudiar los valiosos núcleos de hielo », dice Emmenegger. En la Universidad de Berna, por su parte, se ideó y construyó el nuevo sistema de extracción por sublimación que permite obtener muestras de aire tan pequeñas de forma continua y sin contaminación de un núcleo de hielo. Gracias a este trabajo pionero, dice Hubertus Fischer, será posible realizar mediciones de gases de efecto invernadero con la precisión y resolución temporal necesarias en un hielo tan antiguo.

Usando la técnica de sublimación desarrollada en Berna, una muestra de núcleo de hielo puede transformarse lentamente de arriba hacia abajo desde el estado sólido al gaseoso. Las muestras individuales se recogen con una resolución centimétrica congelando el aire a -258 °C durante el proceso de sublimación continua. Esta técnica asegura una eficiencia de extracción del cien por cien. Otra ventaja del método : el aire extraído de las muestras de hielo no se pierde durante la medición en el espectrómetro láser, sino que se puede utilizar para análisis posteriores. Hubertus Fischer habla de « reciclaje perfecto » y dice : « La enorme cantidad de trabajo que tenemos que poner en el análisis nunca sería justificable para un núcleo de hielo ordinario ». Sin embargo, es para el hielo de 1,5 millones de años, ya que la cantidad de hielo antiguo es extremadamente limitada. Hubertus Fischer recibió una subvención para la investigación de vanguardia del Consejo Europeo de Investigación (« ERC Advanced Grant »), así como la financiación de proyectos de la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza para realizar estos desarrollos innovadores.

Campaña de perforación bajo condiciones climáticas extremas

Hubertus Fischer es uno de los principales actores del proyecto Beyond EPICA — Oldest Ice. Un análisis del núcleo de hielo de Beyond EPICA debería contribuir a una mejor comprensión de la alternancia entre períodos cálidos y edades de hielo. Hace alrededor de un millón de años, hubo un cambio dramático en este ir y venir, como lo demuestran los estudios de sedimentos marinos. En el tiempo anterior a hace unos 900.000 años, las glaciaciones y las fases cálidas se alternaban cada 40.000 años, después solo cada 100.000 años. Por qué ocurrió este cambio es un misterio, pero los investigadores del clima sospechan que los gases de efecto invernadero, entre otras cosas, jugaron un papel crucial. Esta suposición ahora será investigada por la perforación de núcleos de hielo en la Antártida, que se remonta a casi el doble que el núcleo de hielo antártico más antiguo analizado hasta ahora.

En la segunda temporada de perforación del proyecto, que acaba de finalizar, el equipo internacional trabajó durante dos meses en condiciones extremas. Hubo contratiempos imprevistos, como reparaciones en el sistema de perforación y retrasos debido a las malas condiciones climáticas. La perforación se llevó a cabo en dos turnos en una operación de 16 horas. El sitio de perforación Little Dome C está ubicado a 34 kilómetros de la estación de investigación franco-italiana Concordia. En esta estación base de la expedición, los dos investigadores berneses Markus Grimmer y Florian Krauss se encargaron de cortar los núcleos de hielo en piezas transportables utilizando una sierra especial desarrollada por la Universidad de Berna.