miniatura|300px|Vista da criosfera e dos seus principais compoñentes. Criosfera é un termo xenérico co que designa as porcións da superficie da Terra nas que a auga está en estado sólido. Isto comprende o xeo mariño, o xeo sobre lagos e ríos, a neve, os glaciares, os casquetes de xeo, os inlandsis e o solo conxelado (que inclúe o permafrost). Deste xeito, o seu significado solápase un pouco co de hidrosfera, que inclúe tamén o resto da auga. A criosfera é unha parte integral do sistema climático global. Tamén exerce unha importante retroalimentación sobre o sistema climático. Estas retroalimentacións proceden da influencia da criosfera sobre a enerxía da superficie e fluxos de humidade, nubes, o ciclo da auga e a circulación atmosférica e oceánica.
Por medio destes procesos de retroalimentación, a criosfera exerce un papel significativo no clima global e a resposta dos modelos climáticos aos cambios globais. Aproximadamente o 10 % da superficie da Terra está cuberta polo xeo, mais este está actualmente decrecendo rapidamente. A redución actual da criosfera (causada polo cambio climático) é medible na fusión dos mantos de xeo, o retroceso dos glaciares, o declive dos xeos mariños, a fusión do permafrost e a diminución da cuberta de neve.
Definición e terminoloxía A criosfera comprende aquelas partes da superficie da Terra nas que a auga está en estado sólido (xeo, neve). A auga conxelada atópase na superficie da Terra principalmente como cuberta de neve, xeo sobre auga doce en lagos e ríos, xeo mariño, glaciares, inlandsis (mantos de xeo), e solo conxelado e permafrost (solo permanentemente conxelado).
A criosfera é un dos cinco compoñentes do sistema climático. Os outros son a atmosfera, a hidrosfera, a litosfera e a biosfera.
O termo criosfera procede do grego kryos, 'frío', 'xeada' ou 'xeo' e de sphaira, 'globo', 'bóla'.σφαῖρα , Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
As ciencias criosféricas son as que estudan a criosfera. Como Ciencia da Terra intedisciplinar, moitas disciplinas contribúen a ela, especialmente a xeoloxía, hidroloxía, meteoroloxía e climatoloxía; neste senso, é comparable á glacioloxía.
O termo deglaciación describe o retroceso das características criosféricas.
Propiedade e interaccións alt=|miniatura|330x330px|A criosfera (ao fondo á esquerda) é un dos cinco compoñentes do sistema climático. Os outros son a atmosfera, a hidrosfera, a litosfera e a biosfera. Hai varias propiedades físicas fundamentais da neve e o xeo que modulan os intercambios de enerxía entre a superficie e a atmosfera. A maioría de propiedades importantes son a reflectancia da superficie (albedo), a capacidade de transferir calor (difusividade térmica), e a capacidade de cambiar de estado (calor latente). Estas propiedades físicas, xunto coas desigualdades da superficie, emisividade e características dieléctricas, teñen importantes implicacións para observar a neve e o xeo desde o espazo. Por exemplo, as desigualdades da superficie son a miúdo o factor dominante que determina a forza de retrodifusión do radar. As propiedades físicas como a estrutura cristalina, densidade, lonxitude e contido de auga líquida son importantes factores que afectan as transferencias de calor e auga e a dispersión da enerxía de microondas.
Tempo de residencia e extensión
O tempo de residencia da auga en cada subsistema criosférico varía amplamente. A cuberta de neve e o xeo sobre auga doce son esencialmente estacionais, e a maioría do xeo mariño, agás o xeo do Ártico central, dura só uns poucos anos se non é estacional. Porén, unha partícula de auga dada nos glaciares ou no xeo do solo pode permanecer conxelado por 10.000–100.000 anos ou máis, e o xeo profundo en partes do leste da Antártida pode ter unha idade de case 1 millón de anos.
A maioría do volume de xeo do mundo está na Antártida, principalmente no inlandsis da Antártida Oriental. Porén, en canto á área pola que se estende, a extensión da neve e xeo invernal do hemisferio norte comprende a maior área superficial, que chega como media ao 23 % da área superficial do hemisferio en xaneiro. A grande extensión superficial e os importantes papeis climáticos da neve e xeo están relacionados coas súas propiedades físicas características. Isto tamén indica que a capacidade para observar e modelizar a extensión da cuberta de neve e xeo, o seu grosor e as propiedades físicas (propiedades radiativas e térmicas) é particularmente significativo para a investigación do clima.
Reflectancia da superficie
A reflectancia da superficie da radiación solar entrante é impotante para o balance de enerxía superficial. É a proporción de rediación solar reflectida respecto da incidente, denominada comunmente albedo. Os climatólogos están principalmente interesados no albedo integrado na porción de onda curta do espectro electromagnético (de ~300 a 3500 nm), que coincide coa entrada principal de enerxía solar. Tipicamente, os valores de albedo para superficies cubertas de neve non en fusión son altos (~80–90 %) excepto no caso de bosques.
Os albedos máis altos para a neve o o xeo causan cambios rápidos na reflectividade en outono e primavera en latitudes altas, pero a importancia climática global deste incremento está modulado espacial e temporalmente pola cuberta de nubes. (O albedo planetario determínase principalmente pola cuberta de nubes, e pola pequena cantidade da radiación solar total recibida en latitudes altas durante os meses de inverno.) O verán e o outono son épocas de nubosidade media alta sobre o océano Glacial Ártico, así que a retroalimentación do albedo asociada cos grandes cambios estacionais na extensión do xeo mariño está moi reducida. Atopouse que a cuberta de neve ten unha grande influencia sobre o balance radiativo da Terra no período de primavera (de abril a maio) cando a radiación solar entrante é maior sobre as áreas cubertas de neve.
Propiedades térmicas dos elementos criosféricos As propiedades térmicas dos elementos criosféricos tamén teñen consecuencias climáticas importantes. A neve e o xeo teñen difusividades térmicas moito menores que o aire. A difusividade térmica é unha medida da velocidade á cal as ondas de temperatura poden penetrar nunha substancia. A neve e o xeo son moitas ordes de magnitude menos eficientes na difusión da calor que o aire. A cobertura de neve illa a superficie do solo e o xeo mariño illa o océano que está por debaixo, desacoplando a interface superficie-atmosfera con respecto á calor e os fluxos de humidade. O fluxo de humidade dunha superficie da auga é eliminado por incluso unha fina capiña de xeo, mentres que o fluxo de calor a través do xeo delgado segue sendo substancial ata que acada un grosor en exceso de 30 a 40 cm. Porén, mesmo unha pequena cantidade de neve na parte superior do xeo reduce drasticamente o fluxo de calor e fai máis lenta a velocidade de crecemeno do xeo. O efecto illante da neve tamén ten implicacións importantes para o ciclo hidrolóxico. En rexións sen permafrost, o efecto illante da neve é tal que soamente se conxela o solo preto da superficie e a drenaxe da auga profunda non se interrompe.Lynch-Stieglitz, M., 1994: The development and validation of a simple snow model for the GISS GCM. J. Climate, 7, 1842–1855.
Aínda que a neve e o xeo actúan illando a superficie de grandes perdas de enerxía en inverno, tamén actúan retardando o quecemento en primavera e verán debido á gran cantidade de enerxía que cómpre para fundir o xeo (a calor latente de fusión, 3,34 x 105 J/kg a 0 °C). Porén, a forte estabilidade estática da atmosfera sobre áreas de neve e xeo extensas tende a confinar o efecto de arrefriamento inmediato a unha capa relativamente pouco profunda, así que as anomalías atmosféricas asociadas son xeralmente de vida curta e de escala local a rexional.Cohen, J., and D. Rind, 1991: The effect of snow cover on the climate. J. Climate, 4, 689–706. Porén, nalgunhas áreas do mundo como Eurasia o arrefriamento asociado con solos de primavera húmidos e moi cubertos de neve sábese que xoga un papel na modulación da circulación do monzón de verán.Vernekar, A. D., J. Zhou, and J. Shukla, 1995: The effect of Eurasian snow cover on the Indian monsoon. J. Climate, 8, 248–266.
Mecanismos de retroalimentación do cambio climático
Hai numerosas retroalimentacións criosfera-clima no sistema do clima global. Estas funcionan sobre un amplo rango de escalas espacials e temporais desde o arrefriamento estacional local das temperaturas do aire a variacións a escala hemisferica nos mantos de xeo en escalas de tempo de miles de anos. Os mecanismos de retroalimentación implicados adoitan ser complexos e non se comprenden completamente. Por exemplo, Curry et al. (1995) mostraron que a chamada retroalimentación do albedo de xeo mariño "simple" está implicado nas complexas interaccións con lagoas de fusión, grosor do xeo, cuberta de neve e extensión do xeo mariño.Curry, J.A., Schramm, J.L. and Ebert, E.E. (1995) Sea Ice Albedo Climate Feedback Mechanism. Journal of Climate, 8, 240-247. <0240:SIACFM>2.0.CO;2
O papel da cuberta de neve na modulación do monzón é só un exemplo dunha retroalimentación criosfera-clima a curto prazo que implica a superficie terrestra e a atmosfera.Callaghan TV, Johansson M, Key J, Prowse T, Ananicheva M, Klepikov A. Feedbacks and Interactions: From the Arctic Cryosphere to the Climate System. Ambio. 2011 Dec;40(Suppl 1):75–86. doi: 10.1007/s13280-011-0215-8. Epub 2012 Jan 22. PMCID: PMC3357779.
Compoñentes
Glaciares e mantos de xeo
miniatura|Representación de glaciares nun mapa topográfico suízo miniatura|O glaciar Taschachferner nos Alpes de Ötztal en Austria. A montaña da esquerda é o Wildspitze (3768 m), o segundo cume máis alto de Austria. Á dereita hai unha área con crevasses abertas onde o glaciar flúe sobre unha especie de cantil grande.Google Maps: Distance between Wildspitze and Hinterer Brochkogel, cf. coa escala da imaxe no bordo inferior da foto.
Os inlandsis e os glaciares son masas de xeo que flúen situadas sobre terreo sólido. Están controlados pola acumulación de neve, a fusión basal e superficial, o desprendemento de fragmentos nos océanos ou lagos que os rodean e a dinámica interna. Esta dinámica resulta do fluxo por reptación pulado pola gravidade ("fluxo glacial") dentro do corpo de xeo e o deslizamento sobre a terra que hai debaixo, o cal orixina o adelgazamento e a expansión horizontal. Calquera desequilibrio deste equilibrio dinámico entre a ganancia de masa, a perda e o transporte debido ao fluxo ten como resultado o crecemento ou o decrecemento destes corpos de xeo. miniatura|Vista aérea do inlandsis da costa leste de Groenlandia. As relacións entre o clima global e os cambios na extensión do xeo son complexas. O balance de maas de glaciares coa base en terra e os inlandsis está determinada pola acumulación de neve, maiormente en inverno, e a ablación da estación cálida debida principalmente á radiación neta e fluxos de calor turbulentos que fan que se derreta o xeo e a neve pola advección de aire cálido.Paterson, W. S. B., 1993: World sea level and the present mass balance of the Antarctic ice sheet. In: W.R. Peltier (ed.), Ice in the Climate System, NATO ASI Series, I12, Springer-Verlag, Berlin, 131–140.Van den Broeke, M. R., 1996: The atmospheric boundary layer over ice sheets and glaciers. Utrecht, Universitiet Utrecht, 178 pp. Onde as masas de xeo terminan no océano, o desprendemento de icebergs é o que contribúe máis á perda de masa. Nesta situación, as marxes do xeo poden estenderse ata augas profundas como unha plataforma de xeo flotante, como ocorre no mar de Ross.