Modelo térmico/hidrológico preliminar en la capa activa de un glaciar de escombros de los Andes Centrales de San Juan, Argentina.

MARTÍN MENDOZA; CARLA TAPIA BALDIS; DARIO TROMBOTTO LIAUDAT

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Congreso; XXIX Reunión Científica AAGG, 2021; 2021

XXIX Reunión Científica AAGG, 2021

En regiones con permafrost, la capa superficial del terreno que seencuentra sometida a ciclos anuales de congelamiento y descongelamiento se denominacapa activa. En la misma, procesos tales como el almacenamiento y flujo de agua, lastransferencias de calor, el comportamiento mecánico y cinemático, están controlados por lainteracción entre factores externos (condiciones climáticas) y las propiedades físicas de los materialesque la constituyen. El presente estudio forma parte de un conjunto de investigaciones  vinculadas con una tesis doctoral, actualmente en desarrollo, sobre Geocriología. En este trabajo se tomaron muestras de suelo adiferentes profundidades, en tres calicatas de un metro de longitud realizadas sobre la capa activadel glaciar de escombros ?Candidato? (4012, 4040y 4093 m snm). Esta crioforma se encuentra ubicada en el sector superior de lacuenca del arroyo Bramadero, afluente del río Blanco, y perteneceal ambiente periglacial de Andes Centrales deSan Juan (31°55? S - 31°53? S y 70°12? O - 70°10? O). Asu vez, se instalaron 4 sensores de humedady temperatura de suelo modelo Truebner SMT-100, funcionando entre abril de 2018y marzo de 2019, en diferentes niveles de la calicataubicada a 4012 m snm. Sobre las muestras obtenidas, se realizaron análisis enlaboratorio para determinar propiedades texturales y térmicas de la matriz desuelo, tales como: granulometría, densidad, porosidad, contenido de agua, conductividad térmica,capacidad calorífica y calor latente. El modelo de capa activa fue realizado mediante elprograma COUP (Jansson y Karlberg, 2010): una plataforma de varios módulos que integra lasecuaciones de Richards (flujo de agua) y Fourier (flujo de calor) en un entorno unidimensional.Las variables de entrada principales, precipitación y temperatura del aire, fueron obtenidasa partir de modelos globales de reanálisis (ERA-5, res. espacial 0.5°). En primera instancia, se realizaron simulaciones en unperfil de suelo de 3 m de espesor dividido en 10 capas, comprendiendo el periodo2018-2019. Los parámetros hidráulicos fueron estimados mediante funciones de pedo-transferencia, apartir de los datos texturales obtenidos en laboratorio. Se realizaron ajustes posteriores sobreestos parámetros, como también en relación a 27 parámetros físicos y atmosféricos, luego de compararlos resultados de más de 4000 iteraciones con respecto a las curvas de humedad ytemperatura de suelo registradas por los sensores. Posteriormente, el ajuste de parámetros obtenido setransfirió a un modelo de 7 m de espesor, dividido en 20 capas, con el fin de estimar lascondiciones térmicas de la capa activa a diferentes profundidades. En este caso, el periodo de simulaciónfue extendido entre mayo de 2018 y abril de 2020. Tanto las temperaturas como la humedad de sueloregistradas por los sensores fueron reproducidas satisfactoriamente por las simulaciones.Para el modelo superficial (3 m de espesor), los datos medidos a 0.5 m de profundidad presentan unacorrelación estadísticamente significativa con los valores simulados (r = 0.86; p-valor = 3.2e-94para la humedad, y r = 0.91; p-valor = 5.2e-120 para la temperatura), A su vez, se obtuvo unaadecuada representación de las componentes principales de variabilidad identificadas en losperiodogramas de temperatura (ciclicidad <5 días; 5/10 días y 10/15 días). El modelo superficial representa tres intervalos deflujo de agua vertical, principalmente observados a 0.3 m de profundidad (Figura 1A). Dos deellos son de carácter ascendente, durante losperiodos secos producidos en el invierno y el verano de 2018. Durante fines delinvierno y la primavera, se observa un periodo de flujo descendenteque coincide con el incremento de humedad registrado por los sensores. Hasta mediados deseptiembre, el principal factor que controla las variaciones de humedad es la temperaturadel aire, mientras que, a partir de esa fecha, el principal factor lo constituyen lasprecipitaciones.El contenido de hielo en el primer metro de la capaactiva presenta tres incrementos principales durante el invierno de 2018, asociados a pulsos cortosde calor en los que se produce derretimiento de nieve, infiltración, y posteriorcongelamiento asociado a una disminución de temperatura. A finales de esa estación, se produjerondos eventos principales de descongelamiento, el último de los cuales coincide conel inicio del flujo descendente (Figura 1A). Las simulaciones del modelo de 7 m, extendidas duranteel periodo 2018-2020, indican una profundidad aproximada de 4.5 m a 5 m para el tope depermafrost en el sitio ubicado a 4012 m snm. Por otro lado, los frentes de congelamientoestacional alcanzan una profundidad máxima de 2.75 m (Figura 1B), valor consistente con estimacionespreliminares realizadas mediante la ecuación de Stefan (3.30 m, periodo 2017-2018). Los resultados obtenidos demuestran la validez de lametodología propuesta para analizar los procesos térmicos e hidrológicos superficiales de lacapa activa de glaciares de escombros, yestimar las condiciones térmicas a mayor profundidad,mediante un modelo computarizado. El ajuste realizado entre mediciones instrumentales ydatos simulados permitió identificar los principales parámetros del modelo que condicionan elcomportamiento de las variables, y definir los valores que representan las condiciones físicasparticulares en el área de estudio. De este modo, es posible estimar los procesos y condiciones dela capa activa en diferentes periodos, e incluso realizar predicciones frente a diversosescenarios climáticos.