11/01/10 Marco Dubbini risponde ai quesiti dei ragazzi del Liceo Scientifico "Sacro Cuore"

Salve a tutti, mi presento!
Sono Marco Dubbini, ricercatore del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA). Per la 5a volta mi trovo in questo bellissimo continente per portare avanti la nostra ricerca scientifica iniziata a metà degli anni novanta!

Nello specifico io mi occupo di geodesia, vale a dire di quella scienza che studia la forma e la dinamica della terra. l nostro scopo è capire e conoscere, attraverso misure satellitari, come si “muove” il continente antartico in relazione alla tettonica a placche e allo stesso tempo quali sono e dove sono i cosiddetti movimenti intra-placca, cioè capire dove sono e come procedono le cosiddette “faglie” e quindi dare un contributo anche allo studio della geologia (in questo caso geodinamica) dell’Antartide.

Ovviamente noi ci occupiamo di tutto ciò nella zona della Terra Vittoria del Nord, dove è presente la nostra Base scientifica “Mario Zucchelli Station”. I nostri colleghi di tutto il mondo si occupano delle altre zone dell’Antartide. Il nostro lavoro, riguardando i movimenti crostali, è necessario che sia svolto dove la terra emerge da questi bellissimi e sconfinati ghiacci perenni! Ci spostiamo sempre in elicottero per poter raggiungere le varie vette delle montagne e poter posizionare i nostri strumenti di misura. Per questo motivo le condizioni meteorologiche per noi sono importantissime e vitali, dovendo viaggiare in aria per ore e ore in un ambiente che per l’uomo risulta essere molto pericoloso. Ma ora veniamo alle risposte delle vostre domande, sperando di essere abbastanza esauriente!

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A che temperatura si sciolgono i ghiacci. Se questo succede si alza il livello del mare e in che misura?

La temperatura di congelamento dell’acqua dolce è subito sotto gli 0 °C. La temperatura di congelamento dell’acqua di mare standard, vale a dire di mari alle nostre latitudini (contente per la maggior parte cloruro di sodio, cioè sale) è all’incirca di -7 °C. A livello teorico lo scongelamento del ghiaccio dovrebbe avvenire per temperature subito superiori a quelle menzionate per l’uno e per l’altro tipo. Un fenomeno che si viene a creare è dovuto al fatto che il ghiaccio ha una sua massa che a volte può anche essere molto consistente. Si pensi ai grandissimi iceberg (ve ne possono essere anche di qualche chilometro quadrato, parando in termini di superficie del ghiaccio che fuoriesce dall’acqua!) oppure all’immensa distesa di pack (ghiaccio marino) che si viene a formare durante il periodo invernale antartico (da Aprile sino a Settembre). L’inerzia termica che queste gigantesche masse di ghiaccio hanno è notevole e ciò significa che anche a temperature più elevate di quelle che dovrebbero essere sufficienti, lo scioglimento completo del ghiaccio avviene con molta lentezza. E’ per questo motivo che ogni tanto si sente parlare dei cosiddetti “iceberg alla deriva”, molto pericolosi per chi naviga in zone limitrofe ai due poli.

L’innalzamento del livello del mare innanzi tutto avviene solamente per lo scioglimento del ghiaccio che si trova fuori dal mare, sulla terra ferma. Il ghiaccio marino che è già dentro il mare ovviamente non provoca nessun innalzamento dovuto allo scioglimento (è sempre acqua che si trova dentro altra acqua, seppure in altro stato). Ecco perché lo scioglimento dei ghiacci del polo nord (il quale è formato solamente da ghiaccio marino, senza considerare la Groenlandia e la parte superiore della ex URSS) non comporta nessun innalzamento del livello medio del mare (comporta tante altre problematiche di carattere climatologico-ambientale, ma non l’innalzamento del livello medio marino).

Se si ipotizzasse invece lo scioglimento di tutto il ghiaccio della calotta antartica (che è totalmente di acqua dolce) allora il livello medio del mare salirebbe in tutto il mondo con conseguenze catastrofiche per la popolazione di qualsiasi continente. Tutte le aree di pianura verrebbero totalmente sommerse dall’acqua e il contorno della linea di costa cambierebbe notevolmente. Di quanto si innalzerebbe il livello medio del mare, lascio a voi stabilirlo! Per farlo, però, dovete necessariamente essere a conoscenza di alcuni dati: il volume di ghiaccio presente sulla calotta polare è stimato in circa 26,6 milioni di Kmq  e il raggio terrestre è di circa 6.377 Km. Un suggerimento: per semplificare il calcolo non considerate le terre emerse, considerate la terra come fosse una sfera (in realtà la figura geometrica che più si avvicina alla forma della terra è l’ellissoide) e considerate che in termini di volume, il ghiaccio sia 1/10 superiore rispetto a quello dell’acqua.
Vedrete che il valore che vi risulterà, anche se leggermente approssimato, vi porterà a fare delle considerazioni notevoli!

La salinità come influenza il congelamento?

Un po’ ne abbiamo parlato prima. La presenza di Cloruro di Sodio e altri sali all’interno del mare fa si che venga abbassato il cosiddetto punto crioscopico. Vale a dire il punto di temperatura al quale avviene il passaggio da stato liquido a stato solido alla normale pressione atmosferica (1013 mb). La salinità del mare non è costante dappertutto, varia molto in funzione di tanti fattori e quindi diciamo che ciascun mare ha la propria salinità. Questa può anche variare leggermente all’interno dello stesso mare (per intenderci l’Oceano Atlantico, ad esempio, non ha una salinità costante). Questo comporta che vi siano delle variazioni dal punto di vista temporale del congelamento dell’acqua di mare in zone relativamente limitrofe.

In modo particolare, in Antartide, la salinità risulta essere fortemente influenzata dallo scioglimento delle grandi masse di ghiaccio continentale (acqua dolce) che dal plateau antartico scendono per gravità verso il mare formando dei veri e propri “fiumi” di ghiaccio che scorrono velocissimi, con velocità che possono raggiungere anche 1,5 km all’anno. In questo caso vi sono delle variazioni anche periodiche di salinità all’interno dell’Oceano antartico. Possiamo dire che mediamente nel periodo invernale, cioè il periodo in cui si ha il minor contributo di acqua dolce, la salinità sia del 34 per mille.

Perché è tanto importante lavorare in Antartide?

L’importanza del lavoro scientifico nel continente antartico è dovuto al fatto che questo risulta essere ancora oggi un ambiente che per fortuna non ha subito stravolgimenti dovuti all’effetto dell’uomo e che le sue particolari condizioni, sia climatologico-ambientali che di posizione nel globo terrestre, lo rendono perfetto per la ricerca scientifica. Pur essendo il continente meno inquinato della superficie terrestre, vengono effettuati moltissimi studi sugli inquinanti, sia marini ma soprattutto aerei. Per quanto riguarda gli inquinanti aerei, ad esempio, occorre tener conto che le grandi correnti stratosferiche che ruotano attorno al globo trasportano in sospensione particelle di tutti gli inquinanti del mondo. Questi “transitano” anche dall’Antartide ed essendo in concentrazioni minori rispetto alle zone di produzione, è molto più semplice la loro discriminazione e quindi il loro studio.

Un esempio è quello relativo allo studio del cosiddetto “ buco dell’ozono”. Si sa che lo strato dell’atmosfera in cui è presente in certe concentrazioni la molecola di ozono (2O3), rappresenta lo scudo terrestre per quanto riguarda la protezione alle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. Queste sono altamente nocive ai viventi sulla terra: dal cancro della pelle a danneggiamenti alla vegetazione (al contrario, l’ozono presente a livello del suolo e’ molto dannoso in quanto è il maggior responsabile dell’inquinamento fotochimico). Negli anni ’70 si è riscontrato sia nell’emisfero Nord che in quello Sud un notevole calo della concentrazione a livello della stratosfera della concentrazione di ozono. Questo avviene soprattutto durante i periodi primaverili dei due emisferi (vale a dire Settembre – Dicembre nell’emisfero Sud e Marzo – Giugno nell’emisfero Nord). Proprio in Antartide, il ritrovamento nella stratosfera di elementi  ad elevato contenuto di monossido di cloro, ha fatto si che si riuscisse a “colpevolizzare” le emissioni di clorofluorocarburi (CFC), composti utilizzati nell’industria del freddo. Questa cosa e questo pericolo per l’umanità ha fatto si che dalla fine degli anni 80 sia stato proibito l’utilizzo dei CFC e proprio quest’anno, nel mondo, non viene più emessa una sola molecola di CFC.

L’Antartide la più grande riserva del pianeta sia di ghiaccio che quindi di acqua dolce (si pensi che l’80% di acqua dolce di tutto il pianeta è qui in Antartide). Lo studio dei ghiacci è quindi diventato oggi giorno importantissimo, in quanto è assolutamente necessario estrapolare da questi studi stessi alcuni indici che risultano poi essere indicatore dei cambiamenti climatici. Allora è importante conoscere la composizione dei ghiacci, il loro comportamento, come varia la quantità in relazione a quanto ghiaccio si crea e quanto se ne scioglie (il cosiddetto “bilancio di massa”) ed è per questo che lo studio ad esempio dei movimenti dei grandi ghiacciai che si riversano nel mare risulta essere parte fondamentale dell’approccio scientifico. Questi studi vengono fatti dai glaciologi con strumentazioni appropriate, dai sismologhi studiando l’interazione che vi è fra ghiaccio e la roccia su cui scorre, dai geodeti che misurano con precisione questi scivolamenti, dagli oceanografi che studiano l’interazione tra ghiaccio e acqua di mare in relazione appunto alla salinità, la temperatura, la conducibilità elettrica, le correnti che si formano e quant’altro ancora. Altrettanto importante è lo studio sempre in Antartide di tutto il mondo biologico in relazione agli adattamenti a certi ambienti dei vari organismi e microrganismi, in relazione soprattutto alla vita subacquea.

Ho sentito che ci sono anche i sismologhi per studiare i terremoti, ma gli studi fatti lì possono servire per studiare i terremoti in generale?

Lo studio dei terremoti serve per farci capire come è fatto il nostro pianeta e come questo si stia evolvendo. L’Antartide da un punto di vista geologico non è un territorio sismico, vale a dire che non vengono generati quei grandi terremoti che sono tipici di zone che si trovano al confine delle cosiddette placche tettoniche. Questo continente risulta essere sostanzialmente un unico grosso cratone (un’unica grande placca tettonica) e quindi non vi è la possibilità di generazione di terremoto. Questo però non significa che per questo motivo non vi debbano essere strumenti che registrano terremoti. Gli osservatori sismici ubicati in Antartide sono molto importanti per lo studio della crosta terrestre. Quando viene generato un terremoto in qualsiasi parte del mondo, le onde sismiche che si generano iniziano a correre sia all’interno che sulla superficie del nostro pianeta. Vengono create onde di diverso tipo, di pressione e superficiali, attraversano il nostro pianeta. Proprio per il fatto che il nostro pianeta è composto da diverso materiale con diversa densità. Queste onde si comportano in maniera differente a seconda di ciò che attraversano. La registrazione di queste onde (attraverso appunto i sismometri) in diversi punti del pianeta, ci permette anche di capire come è fatta la struttura dello stesso. Allora risulta di necessaria importanza avere anche in Antartide osservatori sismici per poter intercettare le onde e capire come è fatta la struttura della terra in corrispondenza di questo continente. Viene da sé che più osservatori ci sono e più accurato risulta lo studio. La base italiana “Mario Zucchelli Station” ha dall’inizio degli anni 90 un importantissimo osservatorio sismico, costruito all’interno di una grotta scavata nel granito, i cui dati vengono studiati da ricercatori di tutto il mondo.

Come si diceva nella risposta alla domanda precedente, la tecnica sismica viene utilizzata anche per studiare i movimenti dei ghiacciai. Questi, quando si muovono, creano delle frizioni nell’interfaccio ghiaccio/roccia, provocando delle piccole vibrazioni della roccia stessa che possono venire considerate come piccoli terremoti. Questi vengono chiamati “IceQuake”. In questo modo si cerca di comprendere l’entità degli spostamenti, come avvengono e quindi capira quanto ghiaccio di acqua dolce, potenzialmente, potrà essere “scaricato” in mare.

Se si scioglie ghiaccio modifica la salinità del mare e quindi la vita dei mari?

A questa domanda, in parte, è stato risposto precedentemente. E’ logico che sciogliendosi acqua dolce all’interno del mare, la concentrazione salina diminuisca. L’effetto di questo da un punto di vista prettamente fisico ha ricadute notevoli per quanto riguarda la formazione di correnti, del vapore d’acqua, ecc. Da un punto di vista invece chimico-biologico verrebbe provocato un disastro senza eguali in quanto molte specie di fauna ittica non sopporterebbe questa imponente variazione.
L’oceano antartico è formato dall’insieme delle acque degli altri oceani che convergono verso questo continente. In epoca Cenozoica, tra la fine dell’Oligocene e l’inizio del Miocene (circa 25 Milioni di anni fa!) per effetto di quella che è la deriva dei continenti (geodinamica, tettonica globale a placche) si è aperto il “passaggio di Drake”, cioè quello stretto che vi è tra la punta dell’America Meridionale e la penisola antartica (quel piccolo lembo di terra antartica che si estende appunto verso l’America del Sud). Questo ha comportato che si venisse a creare una sorta di corrente oceanica che ruota incessantemente attorno all’Antartide. Questa è una corrente che ruota in senso orario tra i 50° e i 60° di Latitudine Sud (50esimo e 60esimo parallelo SUD) e viene chiamata “Convergenza Antartica”. Questa Convergenza Antartica, praticamente, isola l’oceano antartico dagli altri mari, sotto tutti gli aspetti sia fisici che chimici. All’interno della Convergenza Antartica la temperatura dell’acqua è mediamente sotto lo zero (-1.8 °C) e la salinità e la conducibilità elettrica è mediamente differente dagli altri oceani. Questo ha fatto si che anche da un punto di vista biologico quasi tutto ciò che e’ presente in queste acque non si trova all’esterno e viceversa. In sostanza qui vi sono forme di vita ittiche che si sono completamente adattate a questo ambiente che non potrebbero vivere altrove. Ad esempio i Notothenioidei (tra cui gli icefish) sono pesci a cui manca totalmente l’emoglobina e i globuli rossi nel sangue (hanno sangue bianco) proprio per riuscire a sopravvivere; questi pesci se vengono a contatto con acque anche solo a +4 gradi, muoino.
Si capisce allora come stravolgimenti abnormi come lo scioglimento delle grandi masse di ghiaccio porterebbe a stravolgimenti biologici irreparabili.

Un caro saluto da Marco