ANTARTIDE

Antartide

I nuovi orizzonti della ricerca scientifica

di Antonio Meloni

La regione antartica comprende il continente antartico e l’oceano meridionale che lo circonda, sino a una latitudine di circa 60° S. Tra i recenti risultati della ricerca scientifica vengono qui presi in esame quattro aspetti: gli sviluppi del problema del buco dell’ozono, le indagini astrofisiche, gli studi sul bilancio glaciale e la perforazione dei laghi subglaciali dell’Antartide.

fig. 1

Buco dell’ozono

L’ozono stratosferico, fondamentale per la riduzione della radiazione ultravioletta (UV) che arriva al suolo, costituisce un filtro naturale contro questa radiazione dannosa per l’organismo umano e la vita in generale. Benché l’aria nella stratosfera sia molto secca è comunque possibile la formazione di nubi, che in zona polare sono chiamate nubi stratosferiche polari (PSC, Polar Stratospheric Clouds). Nelle PSC si verificano reazioni particolari che, in combinazione con il relativo isolamento dell’aria polare, danno luogo a reazioni di cloro e bromo, presenti in prodotti industriali, con l’ozono, facendone diminuire la quantità. La comunità scientifica e i governi si sono mossi per tempo per contenere la riduzione dell’ozono stratosferico. Come risultato, i prodotti nocivi per l’ozono stanno diminuendo a un tasso dell’1% annuo; si prevede quindi che un’inversione di tendenza nella concentrazione di ozono nella stratosfera possa iniziare tra il 2017 e il 2021 e che entro la metà del 21° sec. le concentrazioni primaverili recuperano i valori antecedenti al 1980 per ristabilirsi completamente solo alla fine del secolo (fig. 1).

Astronomia e astrofisica

Diverse tecniche astrofisiche, come interferometria, coronografia, telerilevamento a raggi infrarossi (IR) e submillimetrici, vengono utilizzate per osservare la formazione delle stelle e la loro evoluzione, per scoprire pianeti al di fuori del Sistema solare e per investigare gli stadi primordiali dell’Universo. In particolare nell’IR, l’A. offre condizioni di osservazione ideali per il bassissimo contenuto di vapore d’acqua ivi presente. A partire da misure effettuate su palloni stratosferici lanciati dall’A., si è ottenuta una nuova visione dell’Universo. L’esperimento BOOMERANG (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation And Geophysics, 1998-2003, cofinanziato dall’Italia) ha fornito misure di dettaglio della radiazione cosmica di fondo (anisotropia e polarizzazione). I risultati sono coerenti con l’ipotesi che l’Universo abbia una geometria piatta, e anche con il rapporto tra densità d’energia e densità critica di Ω=1,02±0,02. Questi risultati supportano il modello Lambda-CDM (CDM, Cold Dark Matter, ossia materia oscura fredda). Il modello riproduce al meglio le osservazioni ed è consistente con la cosmologia del Big Bang e con gli scenari cosmologici dell’inflazione, dando anche prova della radiazione cosmica di fondo dei neutrini.

Bilancio di massa del ghiaccio

Per determinare il bilancio del ghiaccio polare, e come questo influenzi il livello globale del mare, è fondamentale conoscere l’equilibrio tra i processi che aggiungono e rimuovono ghiaccio. Vari satelliti (per es. ENVISat, ICESat e GRACE) misurano con diverse tecniche il bilancio di massa glaciale. È necessario distinguere fra copertura di ghiaccio marino agganciata al continente (ice shelves) e copertura stagionale (pack ice), molto variabile tra estate e inverno, sia in Artico sia in Antartide. Il ghiaccio marino stagionale artico sta diminuendo in maniera significativa, con forti riduzioni estive rispetto ai dati storici, mentre l’estensione del ghiaccio marino dell’A., negli inverni australi, cresce di anno in anno. Per quanto riguarda il ghiaccio continentale, è costituito di acqua dolce: l’A. conserva circa il 70% di tutta l’acqua dolce della Terra.

fig. 2

Il gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change), utilizzando risultati e simulazioni numeriche, ha rilevato sensibili perdite di massa glaciale nella parte dell’A. occidentale – compresa la zona della penisola che, raggiungendo latitudini più temperate, è maggiormente esposta al riscaldamento – ma anche maggiori accumuli di ghiaccio nella parte orientale. Viene confermato un leggero bilancio glacia le globale positivo per l’A., mentre è ormai accertato che in Groenlandia il ghiaccio continentale diminuisce a un ritmo crescente. L’effetto globale sul livello del mare è diverso per il ghiaccio oceanico e continentale. Nel primo caso questo già galleggia sull’oceano e, se si scioglie, non modifica il livello del mare (essendo meno salino dell’acqua del mare causa, se sciolto, un trascurabile aumento di livello); il ghiaccio accumulato sul continente, una volta sciolto, causa invece un aumento del livello del mare. L’aumento medio misurato negli ultimi 100 anni è di circa 1,8 mm/anno (fig. 2), ma si ritiene principalmente causato dall’espansione termica oceanica conseguente all’aumento di temperatura media planetaria in atto, dalla perdita di massa dei ghiacciai, e solo in minor parte dovuto alla perdita di ghiaccio dalla Groenlandia e dall’Antartide. Qualora entrambe le coperture glaciali dovessero completamente sciogliersi, si stima un aumento del livello del mare di 5 m e 65 m, rispettivamente.

fig. 3

Laghi subglaciali

Il satellite ICESat ha consentito la realizzazione di una mappa di dettaglio dell’A. come apparirebbe se venisse rimosso il ghiaccio che la ricopre. I risultati hanno confermato che sotto il ghiaccio il paesaggio è di montagne, colline, pianure e laghi, ove l’acqua rimane liquida a causa della pressione e di possibili sorgenti di calore geotermico (fig. 3).

fig. 4

Particolare rilievo ha assunto lo studio dei laghi antartici come possibili enclavi di vita primordiale, in un ambiente sigillato sotto il ghiaccio per milioni di anni, senza luce solare. Fra i circa 400 laghi sub-glaciali dell’A., Vostok (dal nome dalla stazione russa posta 3488 m sopra il livello medio del mare nell’A. orientale) è il più grande. La superficie del lago si trova a circa 4000 m sotto la superficie del ghiaccio e raggiunge 500 m sotto il livello del mare. Lungo circa 250 km e largo circa 50 km, ha una profondità media di 430 m. Nel 2012 il lago è stato raggiunto con una perforazione (fig. 4) e l’acqua è stata prelevata e sottoposta ad analisi che hanno mostrato la presenza di forme di vita microbiche ritenute autoctone. A questa ipotesi si sono opposti alcuni scienziati, sostenendo che tali forme di vita proverrebbero da una contaminazione dovuta al processo di perforazione, possibilità riconosciuta dagli stessi scienziati russi che comunque rivendicano il successo della prima perforazione di laghi antartici. Si prevede ora di immergere una nuova sonda nel lago per raccogliere altri campioni di acqua e sedimenti dal fondo.

Nel 2013 ricercatori statunitensi hanno raggiunto, con più severi controlli sulla contaminazione e utilizzando perforatori ad acqua bollente, il lago Whillans nell’A. occidentale, dove la base dello strato di ghiaccio poggia in prevalenza al di sotto del livello del mare ed è in contiguità con esso. Anche qui si sono trovate forme microbiche, sia nell’acqua sia nei sedimenti, portando all’individuazione di oltre 4000 specie batteriche, alcune del tutto nuove, che trarrebbero il loro sostentamento dalle rocce e dall’oceano limitrofo al lago. È quindi ora sicuro che la vita può esistere centinaia di metri al di sotto del ghiaccio antartico.

Bibliografia

P.L. Whitehouse, M.J. Bentley, G.A. Milne et al., A new glacial isostatic adjustment model for Antarctica: calibrated and tested using observations of relative sea-level change and present-day uplift rates, «Geophysical journal international», 2012, 190, pp. 1464-82; E. Hanna, F.J. Navarro, F. Pattyn et al., Ice-sheet mass balance and climate change, «Nature», 2013, 498, pp. 51-59; V.M. Kotlyakov, V.Y. Lipenkov, N.I. Vasilʹev, Deepdrilling in central Antarctica and penetration into subglacial lake Vostok, «Herald of the Russian academy of sciences», 2013, 83, 4, pp. 311-23; J. Bandoro, S. Solomon, A. Donohoe et al., Influences of the Antarctic ozone hole on southern hemispheric summer climate change, «Journal of climate», 2014, 27, 16, pp. 6245-64; A.R. Douglass, P.A. Newman, S. Solomon, The Antarctic ozone hole: an update, «Physics today», 2014, 67, 7, pp. 42-48 (https://physicstoday.scitation.org/toc/pto/67/7); S. Tulaczyk, J.A. Mikucki, M.R. Siegfried et al., WISSARD at subglacial lake Whillans, West Antarctica: scientific operations and initial observations, «Annals of glaciology», 2014, 55, 65, pp. 51-58.

Sviluppi delle iniziative internazionali

di Claudio Cerreti

Lo svolgimento dell’Anno polare internazionale (a cavallo tra il 2007 e il 2008) ha riportato sull’A. l’attenzione dei ricercatori di tutto il mondo, interessati ai molti campi di indagine cui si presta il continente (astrofisica, astronomia, meteorologia, climatologia, geodesia, geologia, sismologia, oceanografia, ecologia, biologia, medicina), in condizioni ambientali irripetibili altrove; caratteristiche che ne rendono interessante l’impiego anche per l’addestramento ai voli spaziali e per la sperimentazione di nuovi materiali e nuove tecnologie. Anche sotto il profilo simbolico (e politico), l’iniziativa ha avuto il suo peso, contribuendo a riaffermare il ruolo di patrimonio universale e di laboratorio naturale dell’A., come era già accaduto cinquant’anni prima con l’Anno geofisico internazionale, che aprì la strada al Trattato antartico.

La situazione si è nel frattempo molto evoluta: quasi un centinaio sono ormai le basi scientifiche impiantate (solo per metà utilizzabili anche d’inverno) da singoli Paesi o da consorzi internazionali; le missioni scientifiche si sono moltiplicate; la popolazione oscilla da circa 1000-1500 persone in inverno a circa 5000 in estate (si tratta di una popolazione non stabile, ma continuamente rinnovata), senza contare gli ormai circa 40.000 turisti che ogni anno sbarcano sul continente, generando problemi di varia natura; l’A. è ormai terra natale di una dozzina di bambini (argentini e cileni).

L’esplorazione sistematica dell’A. consente continue scoperte (come quella, recentissima, dei resti di una foresta risalente al Triassico) e si ritiene con sempre maggiore certezza che la regione ospiti giacimenti minerari di dimensioni molto ragguardevoli; al momento, tuttavia, l’imponente copertura di ghiaccio, che in mare da anni si estende sempre più, sembra impedire qualsiasi tentativo di sfruttamento economico, al di là della proibizione inserita negli accordi internazionali.