Laghi sopraglaciali: segnali per il futuro delle calotte polari

Sulla superficie dei ghiacci antartici, durante l’estate, compaiono laghi temporanei di acqua di fusione. Studiare come si formano e si svuotano aiuta a capire la stabilità delle piattaforme glaciali e il loro ruolo nel sistema climatico globale

di Stefano Urbini e Roberto Salzano

In Antartide, durante l’estate australe, il paesaggio bianco delle lingue glaciali (ghiaccio continentale che arriva al mare)  si punteggia di macchie blu. Sono laghi di acqua di fusione che si formano direttamente sulla superficie del ghiaccio, in corrispondenza di piccole depressioni topografiche: i cosiddetti laghi sopraglaciali. Nonostante possano apparire come fenomeni locali e temporanei, rappresentano uno degli indicatori più sensibili dei cambiamenti in atto nel sistema climatico polare.

La loro presenza non è solo una conseguenza dell’aumento delle temperature estive. È il risultato di un equilibrio complesso tra radiazione solare, proprietà ottiche della neve, struttura del ghiaccio, topografia superficiale e condizioni atmosferiche. Comprendere questi processi significa entrare nel cuore della dinamica delle piattaforme glaciali e valutare il loro contributo futuro all’innalzamento del livello del mare.

Il progetto HOLISTIC

A questi temi è dedicato HOLISTIC (Holistic Overview of the supraglacial Lake-Ice-Snow Timing and Climate causality), un progetto finanziato dal Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA), coordinato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche e realizzato con il contributo di diverse istituzioni scientifiche italiane, tra cui l’INGV. L’obiettivo del progetto è comprendere come si formano, evolvono e si svuotano i laghi sopraglaciali e in che modo questi processi siano influenzati dalle condizioni climatiche su scala regionale e globale. Analizzando serie temporali sull’estensione, la profondità e la durata dei laghi e mettendole in relazione con diversi indici climatici, i ricercatori cercano di individuare eventuali teleconnessioni, cioè collegamenti tra fenomeni che avvengono in regioni anche molto distanti ma governati dagli stessi meccanismi atmosferici.

L’area di studio principale è la Nansen Ice Shelf, nella regione della Terra Vittoria, nei pressi della Stazione italiana Mario Zucchelli. In questo settore dell’Antartide la fusione superficiale estiva è un fenomeno ben documentato e la presenza di numerosi laghi sopraglaciali offre condizioni particolarmente favorevoli per studiarne i meccanismi di formazione e di evoluzione. I laghi possono assumere forme e dimensioni molto diverse: alcuni si estendono per centinaia di metri e possono raggiungere profondità superiori ai cinque metri, rendendo questa area un laboratorio naturale ideale per osservare le interazioni tra neve, ghiaccio, acqua di fusione e atmosfera.

Perché i laghi sopraglaciali sono così importanti?

La presenza di acqua sulla superficie dei ghiacciai è il risultato dell’interazione tra diversi processi fisici, spesso riassunti con il termine wind–albedo feedback. I fattori principali che favoriscono la fusione del ghiaccio sono la radiazione solare e il vento. In particolare i venti catabatici, che scorrono dalle zone interne dell’Antartide verso la costa, creano condizioni di aria molto secca vicino alla superficie del ghiaccio. In queste condizioni il ghiaccio può sublimare, cioè passare direttamente dallo stato solido a quello di vapore.

Questo processo modifica il bilancio energetico della superficie glaciale. Quando l’acqua liquida si accumula nelle depressioni del ghiaccio, la superficie diventa più scura e assorbe più radiazione solare rispetto alla neve e al ghiaccio circostanti. Si innesca così un meccanismo di retroazione positiva: più fusione genera più acqua superficiale, che a sua volta assorbe più energia e favorisce ulteriore fusione.

Un aspetto meno noto è che alcuni di questi processi possono attivarsi anche in condizioni di freddo intenso e con scarsa radiazione solare. Il vento, infatti, può contribuire alla formazione e alla redistribuzione dell’acqua superficiale anche in presenza di temperature sotto lo zero. Inoltre, durante i periodi più freddi, la superficie del lago può congelare formando uno strato di ghiaccio che agisce come isolante termico. In alcune situazioni questo strato consente all’acqua sottostante di rimanere allo stato liquido anche durante l’inverno antartico.

I laghi sopraglaciali possono anche svuotarsi rapidamente attraverso fratture e crepacci del ghiaccio, in un processo chiamato idrofratturazione. L’acqua esercita pressione sulle pareti delle fratture, favorendone l’apertura e l’approfondimento. In alcune regioni dell’Antartide questo meccanismo è stato associato alla destabilizzazione e al collasso di piattaforme glaciali. Anche quando non si verificano eventi catastrofici, il drenaggio dell’acqua può modificare la dinamica locale del ghiaccio, influenzando la velocità di scorrimento e il trasferimento di massa verso il mare.

La Nansen Ice Shelf non mostra attualmente segni di collasso imminente, ma rappresenta un laboratorio naturale ideale per studiare questi processi in una fase intermedia. Qui la fusione superficiale è diffusa, i laghi si formano ogni estate e la piattaforma è sufficientemente stabile da permettere campagne di misura ripetute nel tempo. Questo consente di analizzare la presenza dei laghi e la loro evoluzione stagionale e interannuale.

Un approccio integrato: dal satellite al terreno

Uno degli aspetti centrali di HOLISTIC è l’integrazione tra diverse scale di osservazione. I satelliti ottici consentono di mappare l’estensione dei laghi e la distribuzione della neve e del ghiaccio su aree molto ampie. I sensori radar, meno sensibili alla copertura nuvolosa e alla luce solare, permettono di monitorare la superficie anche in condizioni atmosferiche avverse. I dati altimetrici contribuiscono a stimare variazioni di quota e possibili cambiamenti nella morfologia superficiale.

Tuttavia, nessuna osservazione da satellite può essere interpretata correttamente senza misure dirette sul campo. I dati raccolti in situ permettono di validare e calibrare le informazioni ottenute dallo spazio. Senza questo riferimento, le mappe satellitari resterebbero immagini da interpretare; con il supporto delle misure a terra, diventano strumenti quantitativi affidabili.

Le campagne sul campo previste dal progetto includono, oltre all’installazione di sensori, misure delle proprietà ottiche della neve, campionamenti di ghiaccio e acqua e rilievi geofisici. La combinazione di questi dati consente di ricostruire in modo coerente l’evoluzione stagionale delle superfici e di individuare i fattori che controllano la formazione e il drenaggio dei laghi.

Il ruolo dell’INGV

All’interno di questo quadro integrato, l’INGV svolge un ruolo specifico e strategico nelle indagini geofisiche. I ricercatori utilizzano il Ground Penetrating Radar (GPR), una tecnica che consente di investigare i primi metri della calotta glaciale attraverso l’emissione di impulsi elettromagnetici e l’analisi dei segnali riflessi.

Questa metodologia permette di identificare discontinuità interne, variazioni nelle proprietà del ghiaccio, presenza di fratture e canali di drenaggio. In alcuni casi è possibile stimare lo spessore dei laghi che si sono fusi e ricongelati sotto la superficie, informazioni fondamentali per comprendere la storia recente della fusione.

I bacini descritti mediante GPR sono rappresentati da stratigrafie complesse in cui volumi di acqua sepolta e ghiacci eterogenei più o meno porosi sono alternati tra loro. Questa eterogeneità è proprio la sfida in cui le indagini geofisiche svolgono un contributo primario.

Indagare la struttura interna del ghiaccio

Nella figura seguente è riportato un esempio di profilo radar acquisito lungo un lago sopraglaciale sulla Nansen Ice Shelf. La parte superiore della sezione evidenzia la presenza della colonna d’acqua e l’interfaccia netta tra acqua e ghiaccio, mentre al di sotto sono riconoscibili le stratificazioni interne e le discontinuità generate da episodi di fusione e ricongelamento (blister layers). L’analisi dei tempi di ritorno del segnale radar consente di stimare la profondità del lago, dell’ordine di alcuni metri, e di ricostruire la struttura interna del ghiaccio superficiale, mettendo in relazione ciò che è visibile in superficie con i processi che avvengono immediatamente sotto.

Dalla superficie alla struttura dell’intera piattaforma

I rilievi possono essere effettuati da terra, trascinando l’antenna su slitte leggere per indagini su scala locale, oppure da piattaforma aerea, che permette di coprire distanze molto più ampie e di estendere l’osservazione all’intera piattaforma glaciale. Se il GPR a bassa profondità permette di analizzare i processi legati alla fusione superficiale, configurazioni radar a maggiore potenza consentono di estendere l’indagine all’intero spessore della piattaforma glaciale. In questo caso il segnale elettromagnetico penetra fino alla base del ghiaccio, permettendo di identificare la geometria complessiva del corpo glaciale e le principali fratture che ne attraversano lo spessore.

Nell’immagine che segue è mostrato un transetto radar su scala chilometrica: sono evidenziati la superficie topografica, il corpo glaciale e l’interfaccia con l’acqua marina sottostante. Le linee tratteggiate indicano le principali fratturazioni che interessano l’intera piattaforma, informazioni fondamentali per valutare il suo stato fisico e la sua stabilità.

In questo modo, il contributo dell’INGV copre due scale complementari: quella superficiale, legata alla fusione stagionale e ai laghi sopraglaciali, e quella strutturale profonda, che riguarda la dinamica e l’integrità dell’intera piattaforma glaciale.

Una conoscenza che guarda al futuro

Studiare i laghi sopraglaciali non significa limitarsi a descrivere un fenomeno stagionale. Significa interrogarsi sulla stabilità delle piattaforme glaciali in un clima che si riscalda. Significa anche valutare quanto i modelli riescano a rappresentare correttamente i feedback tra neve, ghiaccio e radiazione. E verificare l’affidabilità delle tecniche di monitoraggio satellitare in ambienti estremi.

In questo senso, HOLISTIC rappresenta non solo un progetto di ricerca, ma anche un banco di prova metodologico. L’obiettivo è integrare sensori diversi, armonizzare dati raccolti a differenti scale spaziali e temporali e costruire protocolli condivisi. In questo modo è possibile sviluppare prodotti utili per la comunità scientifica.

L’Antartide può apparire lontana dalle nostre latitudini, ma ciò che accade sulle sue piattaforme glaciali è parte di un equilibrio climatico globale. Comprendere come e perché si formano laghi sulla superficie del ghiaccio significa fare un passo in più verso la comprensione dei processi che regolano il futuro delle calotte polari e, indirettamente, delle nostre coste.