Dalla base Concordia, nuove misure per monitorare i cambiamenti dei ghiacci in Antartide

La base di ricerca italo-francese Concordia, in Antartide (Foto: Stephen Hudson / Wikimedia)

Il cambiamento climatico prodotto dall’uomo e il conseguente aumento delle temperature hanno reso le regioni polari del nostro pianeta delle "osservate speciali". Monitorare nel dettaglio e in profondità le trasformazioni di queste vaste aree ghiacciate è diventato fondamentale per tenere sotto controllo gli effetti e le conseguenze del riscaldamento globale. Ma come si fa ad ottenere dati accurati su regioni così estese e inospitali?

È il problema di cui si è occupato un gruppo italo-francese di studiosi che, partendo da un’estesa campagna di carotaggi nella stazione Concordia, in Antartide, è riuscito a misurare per la prima volta le proprietà dielettriche del firn – ovvero il primo strato di ghiaccio ancora non compattato che ricopre la calotta polare fino a circa 100 metri di profondità – nelle frequenze elettromagnetiche che vengono utilizzate dai satelliti per le attività di telerilevamento. Con i dati raccolti – pubblicati su Cold Regions Science and Technology, rivista di riferimento del settore – è quindi nato un modello che permette di interpretare con grande accuratezza i dati satellitari e stimare di conseguenza le variazioni dello spessore dei ghiacci antartici.

"Lo strato più superficiale è di grande importanza per la misura dell’intero spessore della calotta antartica, perché è caratterizzato da una grande variabilità fisica", spiega Marco Bittelli, professore al Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari dell’Università di Bologna, tra gli autori dello studio. "In particolare, è importante conoscere le sue proprietà dielettriche e la loro variabilità a seconda della profondità e della struttura del ghiaccio".

Grazie a nuovi satelliti dell'ESA e della NASA è infatti oggi possibile esplorare anche gli strati più profondi delle calotte polari, interpretando le onde elettromagnetiche e la loro interazione con il ghiaccio. Possono farlo sia i satelliti passivi, che misurano cioè le radiazioni naturali emesse dal pianeta nelle diverse lunghezze d’onda, oppure quelli attivi, che generano onde elettromagnetiche e osservano poi come queste vengono riflesse, rifratte o assorbite. In ogni caso, però, per ottenere dei dati utili sono necessari modelli matematici che devono essere calibrati e validati misurando sul posto le caratteristiche elettromagnetiche dei ghiacci.

Attività di carotaggio nei pressi della base Concordia (Foto: Saverio Priori / CNR-IFAC)

Per farlo, è nato un progetto del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide, finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca e sviluppato nella stazione sperimentale italo-francese Concordia. Qui sono stati fatti carotaggi fino a 106 metri di profondità per poter misurare direttamente le proprietà dielettriche del firn. E le misure sono state poi ripetute anche in Italia, nel Laboratorio del Freddo dell’Università degli Studi di Firenze.

"I risultati delle misure e delle analisi che abbiamo realizzato hanno permesso di mettere in evidenza le proprietà fisiche più rilevanti per il comportamento di interazione tra onde elettromagnetiche e ghiaccio, come la densità e la struttura cristallografica", dice il professor Bittelli. "A partire da questi dati, tramite simulazioni numeriche, abbiamo quindi sviluppato modelli fisico-matematici del comportamento dielettrico grazie ai quali è possibile interpretare al meglio i dati satellitari e quindi stimare con precisione lo spessore della calotta antartica".

Il progetto è coordinato dal professor Alberto Toccafondi del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e Scienze Matematiche dell’Università degli studi di Siena. Insieme all'Università di Bologna, con il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari, partecipano il Dipartimento di Chimica “Ugo Schiff” dell’Università degli Studi di Firenze e l’Istituto di fisica applicata "Nello Carrara" del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IFAC - CNR).

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Cold Regions Science and Technology con il titolo “Investigating the influence of the grain size and distribution on the macroscopic dielectric properties of Antarctic firn”. Per l’Università di Bologna ha partecipato il professor Marco Bittelli del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-Alimentari.