El objetivo principal de la investigación que llevamos a cabo en la Antártida es el estudio del balance energético de los suelos permahelados y el aire. Los suelos permahelados, conocidos también como permafrost, se caracterizan por el permanente estado de congelación del agua que contienen. El objetivo de este estudio es la determinación de patrones anuales en la evolución espacio-temporal de la temperatura del suelo, en este caso de la capa activa del permafrost. Pueden encontrarse grandes extensiones de este tipo de suelos en: Canadá, Siberia o la Antártida. El estudio de la evolución térmica de estos suelos posee un especial interés por su posible carácter indicador de cambios climáticos. Además, desde el punto de vista de la ingeniería civil su dinámica es fundamental para el diseño e instalación de infraestructuras en regiones ocupadas por este tipo de suelos. El equilibrio energético de los suelos permahelados involucra, por un lado, al balance radiativo del suelo; y por otro, los intercambios en forma de calor latente y calor sensible entre el suelo y la atmósfera. Uno de los forzamientos más importantes de nuestro sistema, el suelo, es la radiación solar incidente. No en vano, la radiación solar es la principal fuente de energía de la Tierra considerada como un sistema y el motor primario de la dinámica atmosférica. Tanto el equilibrio energético de nuestro sistema, como su balance radiativo con el exterior, están muy condicionados por la cobertura, composición y estructura del suelo.

Isla Decepción

En el suelo de la isla Decepción en la Antártida, la cobertura vegetal es casi nula y, durante el verano, es poco frecuente la existencia de una cobertura de nieve en los emplazamientos de medida. Puede por tanto asumirse que, en los lugares donde se encuentran nuestras instalaciones de medida, la evolución térmica del suelo es esencialmente el resultado del balance energético entre ese tipo de suelo y el aire.



Como en toda la Isla, en los puntos de medida, el suelo es de origen volcánico y bajo una capa de unos 60 cm a 90 cm de espesor encontramos suelo permahelado. Los primeros 60 cm de suelo sufrirán sucesivas congelaciones y descongelaciones a lo largo de cada año. El estudio de la evolución térmica de esta capa aporta gran información sobre el balance energético de los suelos permahelados. El análisis de la evolución temporal de la temperatura del suelo ha revelado interesantes características. Cada año, el suelo permanece durante un período de unos dos meses a una temperatura casi constante y vuelve a las mismas características hídricas que un año antes. Es decir el suelo vuelve a una especie de "condiciones iniciales", lo que nos permite estudiarlo de nuevo desde el mismo punto de partida que el año anterior. Este hecho permite asumir que la evolución de los suelos permahelados en Decepción es esencialmente consecuencia directa de su balance energético.



El suelo de Decepción no solo ofrece ventajas para su estudio por la asuencia casi ttal de vegetación y por las características térmicas e hídricas descritas en el párrafo anterior; además, Decepción es una isla de origen volcánico con actividad. Lo que provoca que la forma de los perfiles geotérmicos en algunos puntos de la Isla sean el resultado de una intensa actividad geotérmica presente en la zona. De hecho, lo indicado en los párrafos anteriores es ciertos siempre que un cambio en la actividad volcánica de la Isla no implique un cambio en la actividad geotérmica en los puntos de medida. Todo lo dicho permite vislumbrar la importancia que los estudio de la evolución de los suelos permahelados en Decepción tienen para los estudios sísmicos y vulcanológicos de la Isla.

Materiales y Métodos

Para llevar a cabo este estudio, se realizan medidas de diferentes variables meteorológicas y de suelo en varias estaciones instaladas en la Isla. Estas medidas pretenden caracterizar, por un lado, la entrada y salida de energía del sistema suelo-aire y, por otro, la evolución espacio-temporal de la temperatura del suelo. Las estaciones fueron montadas durante la campaña 2006/2007 y en la campaña 2008/2009. Las primeras han permanecido midiendo desde el 1 de enero de 2007. La última desde la primera semana de enero de 2009.

En el mapa siguiente de Decepción se puede comprobar el despliegue de las estaciones a lo largo de la vertiente sur de la isla.



Descripción de las estaciones

La composición de las torres es la siguiente:

La torre principal BEGC. Instalada en las proximidades de la BAE Gabriel de Castilla, a unos 20 metros al este-sudeste del vértice geodésico BEGC de la red geodésica REGID. Esta estación está formada por dos torres: una de 1.10 metros, que forma la base de un radiómetro de difusa; y otra de unos 3 metros, donde se encuentran montadas dos cajas estancas, que alojan el sistema de adquisición y las baterías, respectivamente. Se encuentran además montadas dos placas solares para el mantenimiento de las baterías. Durante el período de campaña antártica se encuentran montados los siguientes sensores: un piranómetro con un anillo de sombra; un anemómetro-veleta; un sensor de temperatura y humedad; dos piranómetros, uno para medida de radiación solar ascendente y otro para la descendente; dos pirgeómetros, uno de ascendente y otro de descendente. En el suelo se han colocado: una placa de flujo térmico y una sonda para el registro de perfiles térmicos en suelo con medidas en 8 profundidades. Durante el período comprendido entre dos campañas consecutivas no se encuentran instalados los radiómetros, se sustituye el sensor de temperatura y humedad por un termómetro para registrar la temperatura del aire y se monta un nivómetro; el resto de sensores permanece montado todo el año. La torre principal está instalada a una latitud de -62º 58' y una longitud de -60º 40'



La torre secundaria GEOD. Instalada en el valle formado por la colina conocida como Baliza y el lago Crater Lake, en un punto al oeste-suroeste del vértice GEOD perteneciente a la red REGID. Esta estación está formada por una torre, donde se montan dos cajas que alojan el sistema de adquisición y las baterías del sistema, respectivamente, y una placa solar. Durante todo el año se están registrando la temperatura del aire mediante un termómetro y en el suelo se han colocado una placa de flujo térmico y una sonda para el registro de un perfil de temperatura de suelo con medidas en 8 profundidades. Además, durante el período de campaña, se monta un pirgeómetro para medir la radiación terrestre ascendente. La estación se encuentra a una latitud de -60º 39' y una longitud de -62º 58'.



La torre secundaria COLA. Está instalada a unos 500 metros al este de otro de los puntos de la red REGID, el denominado COLA. Ésta última está situada sobre una de las coladas volcánicas situadas en la zona conocida como Colatinas. El diseño de la torre es idéntico al de la estación secundaria GEOD. Es decir, está formada por una torre donde se montan las dos cajas que alojan el sistema de adquisición de datos y las baterías, respectivamente, y una placa solar; además se monta un termómetro para el registro de la temperatura del aire y en el suelo se colocaron una placa de flujo térmico y una sonda para el registro de un perfil de temperatura de suelo con medidas en 8 profundidades. Durante el período de campaña se monta un pirgeómetro para medir la radiación terrestre ascendente. La estación se encuentra a una latitud de -60º 37' y una longitud de -62º 59'.

Podría decirse que la historia de esta línea comienza en la campaña antártica española 1994/95. En esa campaña, el entonces profesor del Departamento de Física de la Universidad de Extremadura y hoy catedrático del mismo, José Agustín García García, cubre parte de las actividades programadas en Livingston como componente del proyecto de investigación ANT-1000/93 C-02, financiado por el Programa Nacional Antártico y coordinado por Miguel Ramos Sainz. En la isla Livingston se encuentra la BAE Juan Carlos I, una de las dos bases con que cuenta España en la Antártida; la otra base, la de Gabriel de Castilla, se encuentra en la isla Decepción, perteneciente como Livingston al archipiélago Shetland del Sur, situado entre los 61 y 63,5 grados de latitud sur y al noroeste de la Península Antártica.





Como resultado de la experiencia y conclusiones obtenidas del proyecto ANT-1000/93 C-02, Miguel Ramos Sainz, profesor del departamento de física de la Universidad de Alcalá, coordina y solicita el proyecto Radiantar-2001 (ANT1998-0571), financiado por el Programa Nacional Antártico. Durante el proyecto se montaron diferentes experiencias de invierno y tres torres para el registro de distintos parámetros micrometeorológicos; dos de ellas en Livingston y la tercera en Decepción. Entre los investigadores del proyecto aparecen 5 miembros de la Universidad de Extremadura: José Agustín García García, María Luisa Cancillo Fernández, Vidal Luis Mateos Masa y Antonio Serrano Pérez, del Departamento de Física; y Mariano Rodríguez-Arias Fernández del Departamento de Matemáticas. Estos profesores de la UEx cubrieron las primeras fases de las campañas antárticas de 1998/1999 y 1999/2000 en ambas islas y la primera fase en Decepción y la segunda en Livingston durante la campaña 2000/2001. El análisis de los datos obtenidos en estas campañas y los problemas derivados de su correcta interpretación son la base de la actividad propuesta en los proyectos de investigación CGL2005-07589-C03-03/ANT, CGL2007-28771-E y CTM2008-03114-E. En estos proyectos se han seguido midiendo parámetros micrometeorológicos pero se ha introducido un importante giro al enfocar nuestros estudios hacia el seguimiento y la vigilancia volcánica. Este cambio de enfoque nos ha permitido trabajar con el Laboratorio de Astronomía, Geodesia y Cartografía de la Universidad de Cádiz y con un grupo de geólogos del IGME y de la Universidad Complutense de Madrid.



Los miembros del grupo de investigación. Fila de arriba (de izqda. a drcha.): Mariano Rodríguez-Arias Fernández, Vidal Luis Mateos Masa, María Luisa Cancillo Fernández, Rafael Benítez Suárez y Vicente José Bolós Lacave. Fila de abajo (de izqda. a drcha.): José Agustín García García y Antonio Serrano Pérez.