Strumenti e metodi di campo dei glaciologi
La glaciologia è una disciplina di campo per eccellenza. Per quanto i satelliti e i modelli numerici abbiano rivoluzionato la capacità di monitorare i ghiacciai su scala globale, la comprensione profonda dei processi fisici che governano un ghiacciaio richiede ancora misurazioni dirette sul terreno. Un glaciologo di campo trascorre settimane o mesi all'anno in ambienti tra i più impegnativi del pianeta: alta quota, ghiaccio crepacciato, tempeste improvvise, temperature sotto lo zero anche in estate. Il repertorio di strumenti che porta con sé, e le tecniche con cui li usa, si è evoluto enormemente negli ultimi cinquant'anni ma conserva metodi fondamentali che risalgono all'epoca pionieristica della scienza glaciale.
Conoscere gli strumenti del glaciologo non è solo un esercizio accademico: è un modo per capire da dove vengono i dati che alimentano i modelli climatici, le proiezioni di innalzamento del mare e le politiche idriche. Ogni curva su un grafico di bilancio di massa rappresenta il lavoro fisico di qualcuno che ha salito una morena con un sacchetto di paletti e un metro.
Le paline di ablazione: il metodo classico
La pali di ablazione — semplici aste di alluminio, fibra di vetro o acciaio infilate verticalmente nel ghiaccio — sono lo strumento più elementare della glaciologia di campo e uno dei più informativi. I glaciologi perforano il ghiaccio con una sonda termica o idraulica, inseriscono l'asta a una profondità nota e tornano periodicamente per misurare quanto sia emersa (ablazione) o si sia sepolta (accumulo).
Su un ghiacciaio ben monitorato, come il Claridenfirn nelle Alpi svizzere, si installano decine di paline distribuite a diverse quote e orientamenti. La rete di misurazioni permette di costruire una mappa spaziale del bilancio di massa specifico che, integrata sull'area del ghiacciaio, fornisce il bilancio di massa totale in equivalente acqua. Questa procedura, ripetuta ogni anno dal 1914 sul Claridenfirn, costituisce una delle serie di dati glaciologici più lunghe e preziose al mondo.
Pozzi nella neve e stratigrafia
Per misurare l'accumulo nella zona di accumulo di un ghiacciaio, i glaciologi scavano pozzi verticali attraverso la neve stagionale fino al livello del ghiaccio dell'anno precedente. In questi pozzi analizzano la stratigrafia della neve: ogni strato corrisponde a un episodio di precipitazione o a una variazione di temperatura che ha modificato la struttura del cristallo. Con una sonda di densità si misura il peso per unità di volume di ogni strato, e la somma fornisce l'equivalente in acqua dell'accumulo annuale.
Nelle zone più remote, la stratigrafia dei pozzi viene complementata da misurazioni geochimiche: la concentrazione di deuterio e ossigeno-18 nell'acqua di fusione è un proxy della temperatura atmosferica durante la formazione della neve, permettendo di datare gli strati e ricostruire la storia climatica locale.
Il radar a penetrazione di ghiaccio (GPR)
Il radar a penetrazione di ghiaccio, o GPR (Ground-Penetrating Radar), è uno degli strumenti più trasformativi introdotti nella glaciologia negli ultimi quarant'anni. Un emettitore invia impulsi radar verso il basso attraverso il ghiaccio; gli impulsi vengono riflessi dalle interfacce tra materiali di diversa densità o composizione — lo strato annuale di ghiaccio, il letto roccioso sotto il ghiacciaio, eventuali sacche d'acqua interna — e captati da un ricevitore. Analizzando i tempi di ritorno e le intensità dei riflessi, il glaciologo può mappare la geometria interna del ghiacciaio senza trivellare.
Il GPR viene trascinato da squadre a piedi o trainato da motoslitte e, più recentemente, montato su droni. Un rilievo GPR completo di un ghiacciaio di medie dimensioni può richiedere diversi giorni di lavoro sul campo ma produce una mappa tridimensionale dello spessore del ghiaccio e della topografia del letto con una risoluzione impossibile da ottenere altrimenti. Questi dati sono fondamentali per stimare il volume totale del ghiacciaio e quindi la sua potenziale contribuzione al livello del mare.
Le trivelle termiche e i carotaggi di ghiaccio
I carotaggi di ghiaccio sono il metodo con cui i glaciologi leggono la storia climatica registrata nei ghiacciai. Una trivella termale, riscaldata elettricamente, fonde il ghiaccio e scende verticalmente estraendo cilindri di ghiaccio di 10-15 centimetri di diametro. Ogni metro di carota rappresenta anni, decenni o secoli di neve compressa, a seconda della profondità e del tasso di accumulo del ghiacciaio.
I carotaggi più profondi provengono dalla calotta antartica e groenlandese: il sito EPICA Dome C in Antartide ha prodotto una carota di oltre 3.270 metri di lunghezza che registra circa 800.000 anni di storia climatica. I carotaggi alpini sono molto più brevi ma ugualmente preziosi per la ricostruzione delle condizioni meteorologiche locali degli ultimi secoli. Il carotaggio del Col du Dôme sul Monte Bianco, condotto dall'Università di Grenoble, ha permesso di ricostruire la contaminazione atmosferica delle Alpi dall'era preindustriale a oggi, documentando l'impatto della Rivoluzione Industriale nella composizione chimica della neve alpina.
Le stazioni meteorologiche automatiche
Sui ghiacciai remoti, le stazioni meteorologiche automatiche (AWS) registrano continuamente temperatura, umidità, velocità del vento, radiazione solare e precipitazioni. Queste stazioni, alimentate da pannelli solari o batterie, trasmettono i dati via satellite e permettono il monitoraggio in tempo reale delle condizioni climatiche in quota anche quando nessun glaciologo è presente sul campo.
La rete delle AWS glaciali ha permesso di quantificare con precisione crescente le relazioni tra le variabili climatiche — soprattutto la temperatura estiva e le precipitazioni invernali — e il bilancio di massa annuale. Questi dati alimentano i modelli di bilancio che permettono di proiettare l'evoluzione futura dei ghiacciai in diversi scenari emissivi.
Droni e fotogrammetria da vicino
L'uso di droni UAV (Unmanned Aerial Vehicles) nella glaciologia di campo è esploso nell'ultimo decennio. Un drone dotato di fotocamera ad alta risoluzione e GPS di precisione può mappare la superficie di un ghiacciaio con accuratezza centimetrica in poche ore, producendo modelli digitali del terreno che vengono confrontati con rilievi precedenti per misurare le variazioni di volume.
La fotogrammetria da drone è particolarmente utile per documentare le variazioni rapide dei fronti glaciali, i cambiamenti morfologici nelle zone di crepaccio dopo eventi di distacco, e l'evoluzione delle morene proglaciali. Sul Ghiacciaio Morteratsch nei Grigioni svizzeri, rilievi fotogrammetrici ripetuti ogni anno hanno prodotto una serie temporale dettagliata del ritiro del fronte e dell'assottigliamento superficiale che integra i dati delle paline di ablazione.
Il GPS differenziale e il monitoraggio del movimento
La velocità di scorrimento di un ghiacciaio è un parametro fondamentale per comprenderne la dinamica e prevederne il comportamento futuro. I glaciologi misurano questa velocità installando riflettori GPS sul ghiaccio e rilevandone la posizione con strumenti di precisione a intervalli regolari. Il GPS differenziale permette di misurare gli spostamenti con accuratezza millimetrica, rivelando variazioni stagionali della velocità legate alle variazioni della pressione dell'acqua subglaciale.
Il monitoraggio del movimento glaciale su ampia scala è oggi realizzato principalmente con tecniche di interferometria radar da satellite (InSAR), che permette di mappare la velocità superficiale di interi ghiacciai con grande dettaglio spaziale e temporale. Ma le misurazioni GPS di campo rimangono indispensabili per validare e calibrare i dati satellitari.
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