Il Flusso del Ghiacciaio e la Deformazione del Ghiaccio
Il ghiaccio appare a prima vista come un solido immobile: duro, fragile, cristallino. Eppure i ghiacciai si muovono, alcuni lentamente come pochi centimetri all'anno, altri a velocità di decine di metri al giorno in eventi di surge. Questo movimento non è immaginario né metaforico: è misurabile con precisione, verificabile attraverso la posizione di paletti installati sulla superficie glaciale e, oggi, tracciabile con sistemi GPS in tempo reale. Il flusso del ghiacciaio è uno dei fenomeni fisici più affascinanti e complessi della geofisica naturale, governato da meccanismi che operano a scale temporali e spaziali enormemente diverse.
Comprendere come scorre un ghiacciaio è fondamentale non solo per la glaciologia teorica, ma anche per la previsione del contributo dei ghiacciai all'innalzamento del livello del mare, per la comprensione dei rischi glaciali — surge, calving accelerato, GLOF — e per la lettura del paesaggio glaciale che ci circonda.
La Reologia del Ghiaccio
Il ghiaccio è un materiale reologicamente complesso. A basse sollecitazioni e su brevi scale temporali, si comporta come un solido elastico — rimbalza, si rompe, si frattura. A sollecitazioni più alte e su scale temporali più lunghe, si comporta come un fluido viscoso — scorre, si deforma plasticamente, si adatta alle variazioni di geometria del contenitore.
La legge di Glen, formulata dal glaciologo J.W. Glen negli anni '50, descrive questa deformazione viscosa del ghiaccio: la velocità di deformazione è proporzionale alla potenza terza della sollecitazione applicata. Questo significa che raddoppiare la sollecitazione produce otto volte la deformazione, il che rende i ghiacciai molto sensibili alle variazioni di stress — ad esempio, a variazioni dello spessore del ghiaccio o della pendenza del letto.
La temperatura del ghiaccio influenza enormemente la sua capacità di deformarsi. Il ghiaccio caldo, vicino al punto di fusione, è molto più duttile del ghiaccio freddo, che è più rigido e più fragile. I ghiacciai polari, dove la temperatura del ghiaccio è molti gradi sotto zero anche nella sezione inferiore, scorrono più lentamente a parità di sollecitazione rispetto ai ghiacciai temperati alpini o islandesi, dove il ghiaccio alla base è vicino a 0°C.
Deformazione Interna
Il flusso per deformazione interna avviene attraverso il movimento dei piani cristallografici all'interno dei singoli cristalli di ghiaccio e, su scala maggiore, attraverso il riorientamento dei cristalli stessi. I cristalli di ghiaccio in un ghiacciaio non sono orientati casualmente: nel corso della compressione e del flusso, si riorientano progressivamente in modo da allineare i loro piani di scorrimento con la direzione del flusso, rendendo il ghiaccio sempre più facile da deformare in quella direzione.
Nelle zone di stress intenso — come le sezioni di accelerazione del flusso o le zone di compressione alle confluenze — la deformazione interna è intensa e produce strutture cristallografiche caratteristiche visibili nelle carote di ghiaccio. L'analisi della dimensione e dell'orientazione dei cristalli in carote di ghiaccio da diversi livelli del ghiacciaio fornisce informazioni sulla storia della deformazione che quel ghiaccio ha subito nel corso del suo percorso dalla zona di accumulo alla zona di ablazione.
Scivolamento Basale
Lo scivolamento basale è il secondo meccanismo principale di flusso del ghiacciaio e, nei ghiacciai temperati, può essere responsabile di metà o più della velocità di flusso totale. Avviene quando il ghiaccio scivola sul substrato roccioso o sui sedimenti del letto, facilitato da una pellicola d'acqua di fusione che lubrifica la superficie di contatto.
La presenza di acqua alla base del ghiacciaio è necessaria per lo scivolamento basale. Nei ghiacciai polari freddi, dove la base è a temperature inferiori al punto di fusione, il ghiaccio si trova congelato al substrato e non può scivolare. Nei ghiacciai temperati, il calore geotermico e il calore generato dall'attrito del flusso mantengono la base al punto di fusione, producendo acqua che abilita lo scivolamento.
La velocità di scivolamento basale è sensibile alla pressione dell'acqua subglaciale. Quando l'acqua di fusione si accumula alla base del ghiacciaio senza poter drenare efficacemente, la pressione aumenta, riducendo l'attrito tra ghiaccio e letto e accelerando il flusso. Questo meccanismo è alla base degli eventi di surge glaciale e spiega anche le accelerazioni stagionali che molti ghiacciai mostrano durante la stagione di fusione estiva.
Flusso su Sedimenti Deformabili
Oltre alla deformazione interna e allo scivolamento basale, un terzo meccanismo di flusso è la deformazione dei sedimenti molli del letto del ghiacciaio. Se il letto è composto di sedimenti saturi d'acqua — till subglaciale — questi possono deformarsi plasticamente sotto il peso del ghiaccio, contribuendo al moto complessivo del ghiacciaio.
Questo meccanismo è stato identificato per la prima volta come significativo negli anni '80 attraverso studi sulla Ice Stream B (ora Whillans Ice Stream) dell'Antartide occidentale. I flussi di ghiaccio antartici si muovono molto più velocemente di quanto la deformazione interna del ghiaccio possa spiegare, e la deformazione di sedimenti fini saturi d'acqua alla base sembra essere il meccanismo principale.
Variazioni di Velocità nel Profilo del Ghiacciaio
La velocità di flusso non è uniforme nel profilo trasversale del ghiacciaio. Il ghiaccio al centro scorre più velocemente di quello ai margini, che è frenato dall'attrito con le pareti della valle. Questo profilo parabolico della velocità — simile a quello di un fluido viscoso in un tubo — è una caratteristica universale dei ghiacciai e produce le striature longitudinali (ogive) visibili sulla superficie di molti ghiacciai.
Nel profilo verticale, il ghiaccio superficiale scorre più velocemente del ghiaccio basale, che è rallentato dall'attrito con il letto. La differenza di velocità tra superficie e base è massima nei ghiacciai polari freddi, dove lo scivolamento basale è assente, e minima nei ghiacciai temperati con forte scivolamento.
Questa variazione di velocità produce strutture interne nel ghiaccio — piani di taglio, bande di ghiaccio foliate — che sono visibili sulle pareti dei crevasse e nelle carote di ghiaccio.
Surge Glaciale
I surge glaciali sono episodi di accelerazione drammatica e temporanea di alcuni ghiacciai, in cui la velocità di flusso aumenta di un fattore da dieci a cento rispetto al normale. Durante un surge, il ghiaccio nella zona di riserva (reservoir zone) scende rapidamente verso la zona di ricezione (receiving zone), che gonfia mentre il reservoir si assottiglia. Il fronte del ghiacciaio può avanzare di diversi chilometri in pochi mesi.
I ghiacciai surge-type si trovano in concentrazioni particolari in Svalbard, in Alaska, nel Karakoram e in alcune aree dell'Islanda. Il meccanismo del surge è ancora dibattuto ma è chiaramente legato all'accumulo di acqua subglaciale: in un certo momento, il drenaggio basale si interrompe, la pressione dell'acqua sale e l'attrito cade, innescando il surge. Dopo qualche anno, il drenaggio si riorganizza, la pressione cala e il ghiacciaio ritorna alla velocità normale.
Usa la mappa dei ghiacciai per esplorare la distribuzione geografica dei ghiacciai surge-type e dei grandi ghiacciai antartici dove il flusso rapido è il fenomeno dominante.