Study of the active layer at the Spanish Antarctic station “Gabriel de Castilla”, Deception Island, Antarctica

M. A. de Pablo; A. Molina; C. Recio; M. Ramos; G. Goyanes; M. A. Ropero

doi:10.21701/bolgeomin.128.1.004

Autores/as

M. A. de Pablo Unidad de Geología. Departamento de Geología, Geografía y Medio Ambiente. Universidad de Alcalá
A. Molina Unidad de Geología. Departamento de Geología, Geografía y Medio Ambiente. Universidad de Alcalá.
C. Recio Departamento de Matemática Aplicada a las TIC. Universidad Politécnica de Madrid
M. Ramos Unidad de Física. Departamento de Física y Matemáticas. Universidad de Alcalá
G. Goyanes Instituto Antártico Argentino – Dirección Nacional del Antártico / CONICET
M. A. Ropero Laboratorio de Ingenieros del Ejército "General Marvá" - INTA. Ministerio de Defensa

DOI:

https://doi.org/10.21701/bolgeomin.128.1.004

Palabras clave:

Antártida, erosión, movimiento en masa, periglaciarismo, permafrost

Resumen

La degradación de los suelos congelados (permafrost) y el aumento de espesor de la capa activa pueden deberse tanto a factores naturales, como antrópicos (edificaciones, carreteras, cimentaciones, etc.) que modifican las condiciones naturales y, por tanto, sus características termo-mecánicas, tal y como ha sido profusamente estudiado en el hemisferio Norte. En el caso de la Antártida, algunas bases se encuentran en zonas de permafrost, como es el caso de la base española Gabriel de Castilla en la isla Decepción. En la zona donde se localiza esta base se ha observado un importante aumento de la erosión, con la excavación de torrenteras y el retroceso del escarpe costero. Con la hipótesis de la degradación del permafrost como causa principal, se decidió evaluar los posibles efectos de la base (su módulo principal) en el estado de la capa activa y el permafrost sobre el que se asienta. Para ello, entre 2012 y 2015 se han tomado distintas medidas de temperatura del suelo, espesor de la capa activa y de temperatura en el interior del edificio y bajo la base, cuyos resultados se presentan y analizan en este trabajo. Se concluye que la edificación ejerce un doble efecto, reduciendo el enfriamiento del terreno durante el invierno, en el que permanece cerrada, y facilitando su calentamiento durante los meses de actividad, durante el verano antártico. Estos resultados hacen que sea necesario un estudio de las causas y se tomen las medidas y acciones necesarias para reducir los efectos de la degradación de la capa activa bajo la base, así como una investigación sistemática del estado de la capa activa y el permafrost en la zona afectada por la presencia de la base antártica.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Almendros, J., Carmona, E. e Ibáñez, J. 2004. Precise determination of the relative wave propagation parameters of similar events using a small-aperture seismic array. Journal of Geophysical Research, 109: B11308. https://doi.org/10.1029/2003JB002930

Andersland, O.B. y Ladanyi, B. 1994. An Introduction to Frozen Ground Engineering. Chapman and Hall, New York. 352 pp. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2290-1

Anisimov, O.A., Shiklomanov., N.I. y Nelson, F.E. 1997. Global warming and active layer thickness: results from transient general circulation models. Global and Planetary Change, 15, 61-67. https://doi.org/10.1016/S0921-8181(97)00009-X

ATS, 1959. The Antarctic Treaty (December 1st, 1959. Washington D.C., USA). Antarctic Treaty Secretariat, Argentina. [www.ats.aq/e/ats.htm]

ATS, 1991. The protocol on the environmental protection to the Antarctic Treaty (October 4th, 1991. Madrid, Spain). Antarctic Treaty Secretariat, Argentina. [www.ats.aq/e/ep.htm]

ATS, 2012. Zona Antártica Especialmente Protegida N° 140, (Partes de la isla Decepción): Plan de Gestión revisado. Antarctic Treaty Secretariat, Argentina. [www.ats.aq/devAS/info_measures_listitem.aspx?lang=s&id=507]

ATS, 2015. Antarctic Treaty inspections program report 2014-15: Report of the Antarctic Treaty Inspections undertaken jointly by the United Kingdom and the Czech Republic in accordance with Article VII of the Antarctic Treaty and Article 14 of the Environmental Protocol. Antarctic Treaty Secretariat, Argentina. [www.ats.aq/devAS/ats_governance_listinspections]

Baker, P., McReath, M.A., Harvey, M.R., Roobol, M.J. y Davies, T.G. 1975. The geology of the South Shetland Islands: V. Volcanic evolution of Deception Island. British Antarctic Survey Scientific Reports, 78, 107 pp.

Bañón, M. y Vasallo, F. 2015. AEMET en la Antártida: Climatología y meteorología sinóptica en las estaciones meteorológicas españolas en la Antártida. Agencia Estatal de Meteorología, Madrid. 152 pp.

Bromwich, D.H., Nicolas, J.P., Monaghan, A.J., Lazzara, M.A., Keller, L.M., Weidner, G.A. y Wilson. A.B. 2013. Central West Antarctica among the most rapidly warming regions on Earth. Nature Geoscience, 6(2), 139-145. https://doi.org/10.1038/ngeo1671

Brown, J., Nelson, F.E. y Hinkel, K.M. 2000. The circumpolar active layer monitoring (CALM) program research designs and initial results. Polar Geography, 3, 165-258. https://doi.org/10.1080/10889370009377698

CSA, 2014. Thermosyphon foundations for buildings in permafrost regions. Standards council of Canada, Canada. CAN/CSA-S500-14. 44 pp.

Danby, R.K. y Hik, D.S. 2007. Responses of white spruce (Picea glauca) to experimental warming at a subarctic alpine treeline. Global Change Biology, 13(2), 437-451. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2006.01302.x

de Pablo, M.A., Ramos, M. y Molina, A. 2014. Thermal characterization of the active layer at the Limnopolar Lake CALM-S site on Byers Peninsula (Livingston Island), Antarctica. Solid Earth, 5, 721-739. https://doi.org/10.5194/se-5-721-2014

de Pablo, M.A., Molina, A. y Ramos, M. 2016. Snow cover evolution at the Limnopolar Lake CALM site on Byers peninsula, Livingston Island, Antarctica, on 2009-2014. Catena (en revisión). https://doi.org/10.5194/sed-6-679-2014

French, H.M. 2007. The Periglacial Environment. John Wiley & sons, Ltd. 480 pp, England.

Gadek, B. y Leszkiewicz, J. 2010. Influence of snow cover on ground surface temperature in the zone of sporadic permafrost, Tatra Mountains, Poland and Slovakia. Cold Regions Science and Technology, 60, 205-211. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2009.10.004

González-Casado, J.M., Giner-Robles, J.L. y López-Martínez, J. 2000. Bransfield Basin, Antarctic Peninsula: Not a normal backarc basin. Geology, 28, 1043-1046. https://doi.org/10.1130/0091-7613(2000)028<1043:BBAPNA>2.3.CO;2

Goyanes, G. 2015. Control climático e interacciones permafrost-volcanismo, Isla Decepción, Antártida. Tesis Doctoral, Departamento de Ciencias Geológicas, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, 317 pp.

Goyanes, G., Vieira, G., Caselli, A., Cardoso, M., Marmy, A., Santos, F., Bernardo, I. y Hauck, C. 2014a. Local influences of geothermal anomalies on permafrost distribution in an active volcanic island (Deception Island, Antarctica). Geomorphology, 225, 57-68. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2014.04.010

Goyanes, G., Vieira, G., Caselli, A., Mora, C., Ramos, M., de Pablo, M.A., Neves, M., Santos, F., Bernardo, I., Gilichinsky, D., Abramov, A., Batista, V., Melo, R., Nieuwendam, A., Ferreira, A. y Oliva, M. 2014b. Régimen térmico y variabilidad espacial de la capa activa en isla Decepción, Antártida. Revista de la Asociación Geológica Argentina, 71(1), 112-124.

Grad, M., Guterch, A. y Sroda, P. 1992. Upper crustal structure of Deception Island area, Bransfield Strait, West Antarctica. Antarctic Science, 4(4), 469-476. https://doi.org/10.1017/S0954102092000683

Gubler, S., Fiddes, J., Keller, M. y Gruber, S. 2011. Scale-dependent measurement and analysis of ground surface temperature variability in alpine terrain. The Cryosphere, 5, 431-443. https://doi.org/10.5194/tc-5-431-2011

Guglielmin, M., Dalle Fratte, M. y Cannone, N. 2014. Permafrost warming and vegetation changes in continental Antarctica. Environmental Research Letters, 9, 045001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/9/4/045001

Guglielmin, M. y Vieira, G. 2014. Permafrost and periglacial research in Antarctica: New results and perspectives. Geomorphology, 225, 1-3. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2014.04.005

Harris, S.A., French, H.M., Heginbottom, J.A., Johnston, G.H., Ladanyi, B., Sego, D.C. y van Everdingen R.O. 1988. Glossary of permafrost and related ground-ice terms. Permafrost Subcommittee. Associate Committee on Geotechnical Research, National Research Council of Canada, 154 pp.

Hauck, C., Vieira, G., Gruber, S., Blanco, J.J. y Ramos, M. 2007. Geophysical identification of permafrost in Livingston Island, maritime Antarctica. Journal of Geophysical Research, 112, F02S19. https://doi.org/10.1029/2006JF000544

Hawkes, D. 1962. The structure of the Scotia Arc. Geological Magazine, 99, 85-91. https://doi.org/10.1017/S0016756800057162

Holubec, I. 2008. Flat loop thermosyphon foundations in warm permafrost. I. Holubec Consulting Inc. Canadá. 119 pp.

Ibañez, J., Almendros, J., Carmona, E., Martínez-Arévalo, C. y Abril, M. 2003. The recent seismovolcanic activity at Deception Island volcano. Deep-Sea Research II, 50: 1611-1629. https://doi.org/10.1016/S0967-0645(03)00082-1

Jiménez, J.J. 2013. Estudio de la variabilidad de la capa activa en el entorno de la BAE Juan Carlos I (Antártida). Trabajo Fin de Grado. Universidad de Alcalá, Facultad de Ciencias Ambientales, Madrid (inédito).

King, J.C. y Turner, J. 1997. Antarctic meteorology and climatology. Cambridge University Press, Cambridge, 409 pp. https://doi.org/10.1017/CBO9780511524967

Köppen, W. 1918. Klassifikation der Klimate nach Temperatur, Niederschlag und Jahresablauf (Classification of climates according to temperature, precipitation and seasonal cycle). Petermanns Geographische Mitteilungen., 64, 193-203, 243-248

Lewkowicz, A.G. 2008. Evaluation of miniature temperature-loggers to monitor snowpack evolution at mountain permafrost sites, northwestern Canada. Permafrost and Periglacial Processes, 19(3), 323-331. https://doi.org/10.1002/ppp.625

LIE-Ropero, M.A. 2015. Proyecto de estudio de afecciones morfológicas en la base Gabriel de Castilla en isla Decepción - Antártida. Laboratorio de Ingenieros del Ejército "General Marvá", INTA - Ministerio de Defensa, Madrid. 264 pp.

Linell, K.A y, Tedrow, J.C.F. 1981. Soil and permafrost surveys in the Arctic. Oxford: Oxford University Press, 279 pp.

López-Martínez, J. y Serrano, E. 2002. Geomorphology. En: López-Martínez, J., Smellie, J., Thomson, J.W. and Thomson, M.R.A. (Eds.), Geology and geomorphology of Deception Island. BAS GEOMAP Series, Sheets 6-A and 6-B, British Antarctic Survey. Cambridge, UK. 11-30.

López-Martínez, J., Serrano, E., Rey, J., y Smellie, J.L. 2000. Geomorphological map of Deception Island. E. 1:25.000. En: López-Martínez, J., Smellie, J., Thomson, J.W. and Thomson, M.R.A. (Eds.), Geology and geomorphology of Deception Island. BAS GEOMAP Series, Sheets 6-A and 6-B, British Antarctic Survey. Cambridge, UK.

Maestro, A., Somoza, L., Rey, J., Martínez-Frías, J. y López-Martínez, J. 2007. Active tectonics, fault patterns, and stress field of Deception Island: A response to oblique convergence between the Pacific and Antarctic plates. Journal of South American Earth Sciences, 23, 256-268. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2006.09.023

Matsuoka, N. 2006. Monitoring periglacial processes: towards construction of a global network. Geomorphology, 80, 20-31. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2005.09.005

Matsuoka, N. y Humlum, O. 2003. Monitoring periglacial processes: new methodology and technology. Permafrost and Periglacial Procceses, 14, 299-303. https://doi.org/10.1002/ppp.461

Muller, S.W. 1943. Permafrost or permanently frozen ground and related engineering problems. Special Report, Strategic Engineering Study, Intelligence Branch, Office, Chief of Engineers, 62, 136 pp. Second Printing, 1945, 230 pp. (Reprinted in 1947, J.W. Edwards, Ann Arbor, Michigan, 231 pp.).

Nelson, F.E., Shiklomanov, N.I., Hinkel, K. y Christiansen, H. 2004. Introduction: The Circumpolar Active Layer Monitoring Network (CALM) workshop and CALM II program. Polar Geography, 28, 253-266. https://doi.org/10.1080/789610205

Oht, M. 2003. Impact of meteorological factors on active layer development in Central Spitsbergen. En: Permafrost. (Eds.) Phillips, Springman and Arenson, Zurich, Switzerland, 845-850.

Oliva, M. y Ruiz-Fernández, J. 2015. Coupling patterns between para-glacial and permafrost degradation responses in Antarctica. Earth Surface Processes and Landforms, 40(9), 1227-1238. https://doi.org/10.1002/esp.3716

Osterkamp, T.E. 2003. Establishing Long-term permafrost observatories for active-layer and permafrost investigations in Alaska: 1977-2002. Permafrost and Periglacial Processes, 14, 331-342. https://doi.org/10.1002/ppp.464

Peel, M.C., Finlayson, B.L. y McMahon, T.A. 2007. Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification. Hydrology and Earth System Sciences, 11, 1633-1644. https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007

Péwé, T.L. 1983. Geologic hazards of the Fairbanks Area, Alaska. Alaska Geological and Geophysical Surveys Special Report, 15.

Ramos M., Vieira G., Guilichinski D. y de Pablo MA. 2010. Nuevas estaciones de medida del régimen térmico del permafrost en el área de Crater Lake. Isla Decepción (Antártida). Resultados preliminares. Proceedings of II Iberian Conference of the International Permafrost Association Periglacial, environments, permafrost and climate variability. En: Blanco, J.J., Ramos, M. y de Pablo, M.A. Universidad de Alcalá, Madrid, España. 93-109.

Ramos, M., de Pablo, M.A., Sebastian, E., Armiens, C. y Gómez-Elvira, J. 2012. Temperature gradient distribution in permafrost active layer, using a prototype of the ground temperature sensor (REMS-MSL) on Deception Island (Antarctica). Cold Regions Science and Technology, 72, 23-32. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2011.10.012

Ramos, M., Ortiz, R., Diez-Gil, J.L. y Viramonte, J.G. 1989. Anomalías Térmicas y Balance del Flujo disipado en la isla Decepción, Shetland del Sur. III Simposio de Estudios Antárticos, CICYT, Madrid. 203-219.

Ramos, M., Vieira, G., Gruber, S., Blanco, J.J., Hauck, C., Hidalgo, M.A., Tomé, D., Neves, M. y Trindade, A. 2007. Permafrost and active layer monitoring in the Maritime Antarctic: Preliminary results from CALM sites on Livingston and Deception Islands. 10th International Symposium on Antarctic Earth Sciences. Abstract 1047srp070. https://doi.org/10.3133/ofr20071047SRP070

Recio, C. 2015. Estudio de la erosión costera en el emplazamiento de la Base Antártica Española "Gabriel de Castilla" (isla Decepción, Antártida) y propuestas de actuaciones de restauración". Proyecto Fin de Máster. Universidad de Alcalá, Madrid. 88 pp.

Rey, J. y Somoza, L. 1992. Neotectonic of extensional processes related to the Bransfield Rift, Deception Island (Antarctica). En: Mörner, N.A., Owen, L.A. and Vita-Finzi, C. (Eds.), Neotectonics-Recent Advances. Quaternary Research Association, Cambridge, 99, 57-58.

Rey, J., Somoza, L. y Martínez-Frías, J. 1995. Tectonic, volcanic and hydrothermal event sequence on Deception Island (Antarctica). Geo-Marine Letters, 15, 1-8. https://doi.org/10.1007/BF01204491

Ropero, M.A. 2010a. Módulo de vida: manual descriptivo. Plan de mantenimiento BAE Gabriel de Castilla. Órgano técnico de apoyo a instalaciones, Ministerio de Defensa, Madrid. 8 pp.

Ropero, M.A. 2010b. Módulo de dormitorios: manual descriptivo. Plan de mantenimiento BAE Gabriel de Castilla. Órgano técnico de apoyo a instalaciones, Ministerio de Defensa, Madrid. 9 pp.

Ropero, M.A. 2013. Bases antárticas: infraestructuras en condiciones extremas. Trabajo Tutelado de Investigación. Escuela Politécnica Superior del Ejército, Madrid. 116 pp.

Schoeneich, P., Dall'Amico, M., Deline, P. y Zischg A. (Eds). 2011. Hazards related to permafrost and to permafrost degradation. PermaNET project, state-of-the-art report 6.2. On-line publication ISBN 978- 2-903095-59-8. [www.permanet-alpinespace.eu]

Smellie, J.L. 2001. Litostratigraphy and volcanic evolution of Deception Island, South Shetland Islands. Antarctic Science, 13, 188-209. https://doi.org/10.1017/S0954102001000281

Smellie, J.L. 2002. Geology. En: López-Martínez, J., Smellie, J., Thomson, J.W. and Thomson, M.R.A. (Eds.), Geology and geomorphology of Deception Island. BAS GEOMAP Series, Sheets 6-A and 6-B, British Antarctic Survey. Cambridge, UK.

Smellie, J.L. y López-Martínez, J. 2000. Geological map of Deception Island. E. 1:25.000. En: López-Martínez, J., Smellie, J., Thomson, J.W. and Thomson, M.R.A. (Eds.), Geology and geomorphology of Deception Island. BAS GEOMAP Series, Sheets 6-A and 6-B, British Antarctic Survey. Cambridge, UK.

Somoza, L., Martínez-Frías, J., Smellie, J.L., Rey, J. y Maestro, A., 2004. Evidence for hydrothermal venting and sediment volcanism discharged after recent short-lived volcanic eruptions at Deception Island, Bransfield Strait, Antarctica. Marine Geology, 203, 119-140. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(03)00285-8

Steig, E.J., Schneider, D.P., Rutherford, S.D., Mann, M.E., Comiso, J.C. and Shindell, D.T. 2009. Warming of the Antarctic ice-sheet surface since the 1957 International Geophysical Year. Nature, 457:7228. 459-U4. https://doi.org/10.1038/nature07669

U.S. Arctic Research Commission Permafrost Task Force. 2003. Climate Change, Permafrost, and Impacts on Civil Infrastructure. Special Report 01-03, U.S. Arctic Research Commission, Arlington, Virginia.

Van Everdingen, R.O. 1998. Multi-language glossary of permafrost and related ground-ice terms. International Permafrost Association (IPA), 137 pp.

Vieira, G., Bockheim, J., Guglielmin, M., Balks, M., Abramov, A.A., Boelhouwers, J., Cannone, N., Ganzert, L., Gilichinsky, D., Goryachkin, S., López-Martínez, J., Raffi, R., Ramos, M., Schaefer, C., Serrano, E., Simas, F., Sletten, R. y Wagner, D. 2010. Thermal state of permafrost and active-layer monitoring in the Antarctic: advances during the international polar year 2007-2008. Permafrost and Periglacial Processes, 21, 182-197. https://doi.org/10.1002/ppp.685

Williams, P.J. 1986. Pipelines and Permafrost: Science in a Cold Climate. Carleton University Press, Don Mills, Ontario. https://doi.org/10.1515/9780773591554

Zhang, T. 2005. Influence of the seasonal snow cover on the ground thermal regime: An overview. Reviews in Geophysics, 43. RG4002. https://doi.org/10.1029/2004RG000157

Zhao-ping, Y., Hua Ou, Y., Xu, X.-L., Zhao, L., Song, M.-H. y Zhou, C.-P. 2010. Effects of permafrost degradation on ecosystems. Acta Ecologica Sinica, 30(1), 33-39. https://doi.org/10.1016/j.chnaes.2009.12.006