Potentes pulsos de agua subterránea fluyen desde debajo de los lagos Michigan y Hurón, que juntos forman uno de los sistemas de agua dulce más grandes del mundo. Este flujo de agua subterránea puede alterar drásticamente cómo y dónde se forma el hielo, con importantes implicaciones para los modelos de hielo-clima. A medida que el cambio climático presiona el sistema, nuevas investigaciones sugieren que los modelos convencionales podrían subestimar cómo el agua subterránea puede desestabilizar el hielo de los lagos a lo largo de sus costas.
por Hannah Bird , Phys.org
Cuando pensamos en la formación y estabilidad del hielo lacustre , los factores que suelen venir a la mente son los atmosféricos, como la temperatura del aire , la humedad, el viento y la radiación solar. Sin embargo, Saeed Memari, de la Escuela de Minas de Colorado, y sus colegas argumentan que el flujo de agua subterránea puede desempeñar un papel crucial en la modulación de la formación y el derretimiento del hielo en grandes sistemas de agua dulce.
En su trabajo, publicado recientemente en Water Resources Research , Memari y su equipo construyeron modelos acoplados de hidrodinámica y hielo que incorporan la descarga de agua subterránea, variable espacial y temporalmente, en el fondo de los lagos Michigan y Huron. Además, analizaron cómo las diferentes magnitudes de flujo modifican la estratificación térmica del lago, el inicio de la congelación y la estabilidad del hielo. Su principal hallazgo: cuando el flujo de agua subterránea se intensifica, actúa como una fuente de calor débil pero persistente, aportando agua más caliente desde el subsuelo y retrasando el crecimiento del hielo o promoviendo su derretimiento.
Los autores probaron diversos escenarios de flujo de agua subterránea. Descubrieron que, con flujos bajos (10 veces el caudal base), el impacto es sutil, con un ligero adelgazamiento o congelación retardada en zonas poco profundas. Con flujos moderados (100 veces el caudal base), el agua subterránea puede alterar la estratificación térmica, mezclando aguas más cálidas hacia arriba, lo que impide la estabilización del hielo. Sin embargo, en los regímenes de flujo más extremos (1000 veces el caudal base), el efecto se vuelve drástico; en las zonas costeras y cercanas a la costa, el hielo se desestabiliza térmicamente, y el derretimiento avanza mucho antes y penetra más tierra adentro de lo que predecirían los modelos sin agua subterránea.
Curiosamente, sus simulaciones muestran que la influencia desestabilizadora es más intensa cerca de los márgenes y las orillas de los lagos debido a la mayor aportación de agua subterránea, mientras que en las profundidades del interior de los lagos, el efecto se ve atenuado por el volumen y el aislamiento. Por lo tanto, el débil calor del fondo proveniente del agua subterránea socava desproporcionadamente el hielo cerca de donde las personas, los ecosistemas y la infraestructura interactúan con mayor frecuencia con la superficie del lago.
Además, no todos los flujos de agua subterránea son iguales. La variabilidad espacial implica que un flujo intenso en un sector costero puede derretir o adelgazar el hielo localmente, incluso cuando el resto del lago permanece congelado.
La variabilidad temporal también es importante, ya que los meses de verano más cálidos implican que la temperatura superficial del lago es menos propicia para la formación de hielo , mientras que en invierno, las aguas superficiales más frías pueden provocar una acumulación de hielo lenta pero constante. Esto se debe a un gradiente térmico más pronunciado en la columna de agua del lago, donde las aguas subterráneas, más densas y cálidas, no se mezclan con las aguas superficiales, manteniendo así una capa superficial más fría. Por lo tanto, los modelos deberían permitir distribuciones diferenciadas de flujo de fondo y temperatura, en lugar de suposiciones uniformes.
En el contexto del calentamiento climático actual, los autores argumentan que el aumento de la temperatura de las aguas subterráneas, la alteración de las precipitaciones, los cambios en el uso del suelo o los cambios en la recarga de los acuíferos podrían desplazar los regímenes de flujo de las aguas subterráneas hacia arriba. Esto podría amplificar las contribuciones de calor del subsuelo, previamente sutiles, y erosionar aún más la capa de hielo en las zonas costeras.
Al incluir flujos variables de agua subterránea en sus modelos, los investigadores buscan proporcionar un modelo más realista y dinámico del hielo invernal en grandes lagos bajo escenarios climáticos futuros. Además, dado que la capa de hielo influye en los procesos ecológicos, la erosión costera, la calidad del agua y la navegación invernal, una mejor predicción de la cronología y el espesor del hielo tiene consecuencias prácticas aguas abajo.
Como ocurre con cualquier estudio de modelado, existen salvedades. Memari y su equipo señalan que no incluyen explícitamente las retroalimentaciones entre la evolución de la capa de hielo y los patrones de aguas subterráneas (por ejemplo, a medida que el hielo se derrite, las vías fluviales pueden cambiar). Además, los casos de flujo extremo son límites superiores hipotéticos; la frecuencia y los impulsores de dichos pulsos en los acuíferos reales de los Grandes Lagos siguen siendo inciertos.
Otra pregunta es: ¿qué condiciones geológicas e hidrogeológicas permiten flujos de agua subterránea tan intensos? La permeabilidad, la conectividad de los acuíferos, la estratificación de sedimentos y los gradientes hidráulicos determinan la posibilidad de grandes inyecciones de calor en el agua subterránea, pero estos datos del subsuelo no siempre están disponibles. La verificación del terreno mediante mediciones directas de la descarga de agua subterránea bajo el hielo, los perfiles de temperatura cerca de los lechos de los lagos y los registros del espesor del hielo ayudarán a definir qué regímenes de flujo de agua subterránea son plausibles.
La idea de que un calentamiento sutil de las aguas subterráneas pueda desestabilizar significativamente el hielo lacustre podría resultar sorprendente, pero este estudio demuestra que, a lo largo del invierno, incluso una inyección de calor subterránea débil puede acumular efectos, especialmente cuando se ve magnificada por pulsos de flujo elevado . En las zonas costeras de los Grandes Lagos, esto podría significar un derretimiento más temprano, un hielo más delgado y una cobertura invernal inesperadamente débil, factores todos ellos importantes para los ecosistemas, la recreación, la infraestructura y la retroalimentación climática regional.
Al integrar la dinámica del agua subterránea en los modelos de hielo e hidrodinámicos, los investigadores subrayan que ningún componente del balance agua-calor debe simplificarse ni omitirse, especialmente en un mundo en calentamiento. A medida que avanza el cambio climático , el subsuelo, a menudo ignorado, podría convertirse en un factor crucial en el comportamiento del hielo y en sus amplios impactos ambientales y sociales.
Más información: Saeed Memari et al., Cuantificación del impacto de las aguas subterráneas en la formación de hielo en los Grandes Lagos, Water Resources Research (2025). DOI: 10.1029/2025wr040581 .
