Perforare il Ghiaccio più Antico della Terra
Sotto la superficie delle grandi calotte di ghiaccio dell'Antartide e della Groenlandia si trovano archivi climatici di un'importanza straordinaria. Ogni strato di ghiaccio, formato da nevicate cadute centinaia di migliaia o anche milioni di anni fa, conserva al suo interno bolle d'aria intrappolate, particelle di polvere, molecole d'acqua con composizioni isotopiche caratteristiche e tracce chimiche di eruzioni vulcaniche, attività solare e composizione atmosferica. Estrarre e analizzare queste carote di ghiaccio è uno dei metodi più potenti della paleoclimatologia, la scienza che ricostruisce il clima del passato.
Il progetto di perforare fino al ghiaccio più antico della Terra è oggi al centro di una gara internazionale tra team scientifici europei, americani, australiani e giapponesi. L'obiettivo è raggiungere ghiaccio depositato 1,5 milioni di anni fa nell'Antartide orientale, un periodo chiave per comprendere una transizione climatica ancora non pienamente spiegata nella storia delle glaciazioni terrestri.
Come Funziona una Perforazione Glaciologica
Una perforazione glaciologica è un'operazione tecnica complessa che può richiedere anni di lavoro sul campo. Il perforatore — uno strumento cilindrico del diametro di circa dieci centimetri e lungo qualche metro — è calato nel foro con un cavo e ruota, tagliando il ghiaccio. La carota estratta ad ogni discesa è un cilindro di ghiaccio della stessa lunghezza del perforatore.
Il foro deve essere mantenuto aperto durante tutta la campagna di perforazione, che può durare anni. Per farlo, si riempie il foro con un fluido anticongelante — storicamente cherosene, più recentemente fluidi sintetici non tossici — che compensa la pressione del ghiaccio circostante e impedisce al foro di collassare.
Le carote estratte vengono sezionate in laboratorio di campo e poi trasportate congelate nei laboratori di analisi, dove vengono studiate con decine di diverse tecniche chimiche e fisiche. La catena del freddo deve essere mantenuta rigorosamente durante trasporto e stoccaggio.
Cosa Rivelano le Bolle d'Aria
Le bolle d'aria intrappolate nel ghiaccio sono campioni dell'atmosfera del passato. Analizzando la composizione chimica di queste bolle, i ricercatori possono misurare la concentrazione di anidride carbonica, metano e altri gas serra nell'atmosfera al momento in cui la neve si è compattata in ghiaccio.
I dati delle carote di ghiaccio di Vostok in Antartide, analizzate a partire dagli anni '80, hanno rivoluzionato la comprensione del legame tra gas serra e temperatura. Le carote del sito EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) a Dome C hanno esteso il record fino a circa 800.000 anni fa, mostrando otto cicli glaciali completi con alternanze regolari di periodi freddi e caldi.
La correlazione tra le concentrazioni di CO2 e CH4 nelle bolle e i proxy di temperatura nella stessa carota è impressionante: nei periodi glaciali freddi, i gas serra erano bassi; nei periodi interglaciali caldi, erano più alti. Questo non significa che i gas serra siano stati l'unico fattore, ma conferma la loro importanza nel sistema climatico.
Il Sito EPICA a Dome C
Il sito EPICA Dome C in Antartide orientale, gestito da un consorzio di istituzioni europee, è uno dei progetti di perforazione glaciologica più importanti mai realizzati. La perforazione, completata nel 2004, ha raggiunto circa 3.270 metri di profondità, estraendo ghiaccio di circa 800.000 anni. Il sito si trova all'interno del continente antartico a circa 3.200 metri di quota, in una delle regioni più fredde e remote della Terra.
La scelta del sito non è casuale: Dome C si trova su una cupola glaciale dove la velocità di flusso orizzontale del ghiaccio è minima, garantendo che gli strati restino nella posizione originale senza essere distorti. La bassa velocità di accumulo — circa 2,7 centimetri di ghiaccio equivalente d'acqua all'anno — significa che il ghiaccio si accumula molto lentamente, portando i 800.000 anni di record entro i 3.270 metri raggiungibili.
La Ricerca del Ghiaccio Vecchio di 1,5 Milioni di Anni
Il progetto Beyond EPICA, avviato da un consorzio europeo con la partecipazione dell'Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale (OGS) di Trieste, punta a raggiungere ghiaccio di 1,5 milioni di anni nel sito Little Dome C, a pochi chilometri dal sito originale EPICA. L'obiettivo scientifico principale è studiare la "transizione del medio Pleistocene", un periodo tra circa 900.000 e 1,2 milioni di anni fa quando i cicli glaciali cambiarono da una periodicità di 41.000 anni a una di 100.000 anni. Comprendere questa transizione richiede dati atmosferici dell'era precedente al cambiamento, e quei dati si trovano nel ghiaccio antico dell'Antartide orientale.
Le previsioni indicano che il ghiaccio di 1,5 milioni di anni si troverà nei pochi metri sopra il letto roccioso, dove strati molto antichi e molto assottigliati dalla compressione si trovano in condizioni di temperatura vicine al punto di fusione per il calore geotermico. Raggiungere questo ghiaccio senza comprometterne l'integrità è la sfida tecnica principale del progetto.
La Groenlandia e le Carote GISP e GRIP
La calotta groenlandese è stata anch'essa oggetto di importanti campagne di perforazione. Il progetto GISP2 (Greenland Ice Sheet Project 2) e il progetto europeo GRIP, entrambi completati negli anni '90, hanno perforato fino al letto della calotta e estratto carote contenenti record climatici degli ultimi 110.000 anni circa, inclusi tutti gli eventi stadiali e interstadiali dell'ultimo periodo glaciale.
Le carote groenlandesi sono particolarmente preziose per la risoluzione temporale degli eventi rapidi di variazione climatica — gli eventi di Dansgaard-Oeschger — che mostrano riscaldamenti da condizioni glaciali a quasi interglaciali nell'arco di pochi decenni. Questi cambiamenti rapidi non hanno equivalenti nel record antartico, suggerendo che il sistema climatico possa in certi casi cambiare molto più velocemente di quanto i modelli di lungo periodo suggeriscano.
L'Analisi degli Isotopi dell'Ossigeno
Oltre alle bolle d'aria, le carote di ghiaccio contengono informazioni sulla temperatura del passato attraverso il rapporto isotopico dell'ossigeno. Le molecole d'acqua possono contenere isotopi diversi dell'ossigeno: l'ossigeno-16 (il più comune) e l'ossigeno-18 (più pesante e meno abbondante). Nei periodi più freddi, le precipitazioni nevose sono relativamente più ricche di O-16 perché le molecole più pesanti precipitano più vicino all'oceano di origine; nei periodi più caldi, la distribuzione degli isotopi è più omogenea.
La misura del rapporto O-18/O-16 in ogni strato della carota fornisce quindi un proxy della temperatura al momento della precipitazione. Combinata con le misure dirette dei gas nelle bolle, questa tecnica ha permesso di ricostruire le variazioni di temperatura globale con una risoluzione temporale e una precisione impossibili da raggiungere con altri metodi.
Esplorare la mappa dei ghiacciai permette di localizzare i grandi siti di perforazione dell'Antartide e della Groenlandia e di apprezzare la scala della criosfera che ha conservato questi archivi climatici per centinaia di migliaia di anni.
Il Futuro delle Perforazioni Glaciologiche
I progetti in corso non si limitano all'Antartide e alla Groenlandia. Perforazioni di alta quota in ghiacciai di montagna — sull'Altopiano Tibetano, sulle Ande tropicali, sull'Himalaya — stanno estraendo carote che conservano record climatici regionali degli ultimi millenni, complementari ai grandi record polari. Il glaciologo Lonnie Thompson dell'Ohio State University ha guidato decenni di perforazioni ad alta quota su ghiacciai tropicali, recuperando carote da montagne come il Huascarán in Perù e il Guliya sull'Altopiano Tibetano.
Con il riscaldamento climatico accelerato, molti di questi ghiacciai di montagna stanno perdendo i loro strati più superficiali per fusione, distruggendo irrecuperabilmente i record climatici recenti che contengono. L'urgenza di perforare e analizzare questi ghiacciai prima che si restringano ulteriormente ha creato una nuova spinta internazionale per la glaciologia di montagna.