Idrologia Subglaciale e Tasche d'Acqua nei Ghiacciai
Sotto la superficie apparentemente solida e immobile di un ghiacciaio si nasconde un mondo idrologico di straordinaria complessità. Fiumi subglaciali, cavità piene d'acqua, pellicole liquide che lubrificano il contatto tra ghiaccio e roccia, laghi intrappolati sotto centinaia di metri di ghiaccio: l'idrologia subglaciale è uno dei campi più attivi della glaciologia contemporanea, non solo per l'interesse scientifico intrinseco ma perché il comportamento di questi sistemi idrici determina in larga misura la velocità del flusso glaciale, il rischio di alluvioni catastrofiche e la risposta dei ghiacciai al cambiamento climatico.
La comprensione che il ghiacciaio fosse idrologicamente attivo al suo interno risale alle osservazioni ottocentesche degli alpinisti e dei primi glaciologi alpini. Louis Agassiz, nel 1841, annotava i suoni di acque correnti sotto il ghiacciaio dell'Aar in Svizzera durante i pernottamenti sul ghiaccio. Ma solo con le tecnologie geofisiche moderne — radar a penetrazione di ghiaccio, idrofoni, tracciamento chimico dei soluti — è stato possibile ricostruire la struttura tridimensionale di questi sistemi.
Le Principali Vie d'Acqua Subglaciale
L'acqua che si infiltra in un ghiacciaio percorre diversi cammini a seconda della temperatura del ghiaccio, della struttura interna e della pressione. Nei ghiacciai temperati, in cui il ghiaccio è a temperatura di fusione per gran parte del suo spessore, l'acqua di fusione superficiale scende attraverso i crepacci, i pozzi glaciali detti moulin, e le fratture del ghiaccio, raggiungendo il letto glaciale. Qui si raccoglie in canali artesiosi chiamati canali di Röthlisberger — dai nome del glaciologo svizzero Hans Röthlisberger che ne descrisse le proprietà idrodinamiche negli anni Settanta del Novecento.
I canali di Röthlisberger sono condotti all'interno o alla base del ghiaccio mantenuti aperti dalla pressione idrostatica dell'acqua che vi scorre. Funzionano come sistemi a bassa pressione che attraggono l'acqua circostante, drenando efficientemente grandi aree del letto glaciale. Nelle stagioni di forte ablazione, questi canali possono portare portate d'acqua considerevoli — alcune misurazioni sul ghiacciaio di Gorner in Svizzera hanno documentato portate superiori ai cento metri cubi al secondo durante i picchi estivi.
Le Tasche d'Acqua: Pozzi e Laghi Subglaciali
Le tasche d'acqua, o sacche idrologiche, sono accumuli d'acqua liquida intrappolati all'interno del ghiaccio o tra il ghiaccio e il letto roccioso. La loro formazione può avvenire per diverse ragioni: un'anomalia geotermica locale che fonde la base del ghiacciaio, la chiusura di un sistema drenante che porta all'accumulo idrostatico, o la presenza di una depressione nel substrato che raccoglie le acque subglaciali.
Il lago Grímsvötn sotto la calotta Vatnajökull in Islanda è probabilmente il lago subglaciale più studiato al mondo. Si forma continuamente per il calore geotermico del vulcano Grímsvötn e si svuota periodicamente attraverso eventi di jökulhlaup — alluvioni glaciali improvvise che riversano enormi volumi d'acqua sulla pianura outwash a valle. Tra il 1934 e il 2004 si sono verificati oltre venti jökulhlaup dal Grímsvötn, con portate massime che durante l'evento del 1996 raggiunsero i cinquantamila metri cubi al secondo — una delle portate d'acqua più alte mai misurate su un fiume europeo.
Il lago Subglaciale Vostok, sotto la calotta antartica orientale, è il lago subglaciale più grande conosciuto al mondo, con una superficie di circa quindicimila chilometri quadrati e una profondità massima di oltre ottocento metri. Isolato dall'atmosfera da circa quattro chilometri di ghiaccio e potenzialmente per milioni di anni, ospita un ecosistema microbico il cui studio è al centro di un programma di ricerca internazionale ancora in corso. Il progetto di trivellazione russo ha raggiunto l'interfaccia lago-ghiaccio nel 2012 senza raccogliere campioni d'acqua diretti per evitare contaminazione.
La Pressione dell'Acqua e la Velocità del Ghiaccio
Il legame tra idrologia subglaciale e velocità di scorrimento del ghiaccio è uno dei temi centrali della glaciologia moderna. L'acqua al letto glaciale riduce l'attrito tra ghiaccio e roccia attraverso due meccanismi: la lubrificazione diretta, quando una pellicola d'acqua separa fisicamente il ghiaccio dal substrato, e la deformazione dei sedimenti saturi d'acqua al letto, che si comportano come un fluido viscoso sotto l'alto peso del ghiaccio soprastante.
Un aumento improvviso della pressione idrostatica subglaciale può portare a un'accelerazione rapida e cospicua della velocità di scorrimento — fenomeno documentato in modo spettacolare nel caso dei ghiacciai tipo surge, che periodicamente accelerano la propria velocità di un fattore dieci o più. Ma anche i ghiacciai normali mostrano variazioni stagionali della velocità correlate al ciclo idrologico: in primavera, quando l'acqua di fusione inizia a raggiungere il letto prima che i sistemi di drenaggio subglaciale si siano riadattati, si osservano accelerazioni che possono persistere per settimane.
Jökulhlaup: le Alluvioni Glaciali
Il jökulhlaup — termine islandese per alluvione glaciale, entrato nel linguaggio glaciologico internazionale — è il fenomeno più drammatico dell'idrologia subglaciale. Il meccanismo di innesco più comune è il raggiungimento di una soglia critica di pressione in un lago subglaciale o proglaciale, che porta allo sfondamento improvviso della diga di ghiaccio o di morena che lo trattiene.
Il jökulhlaup del ghiacciaio Russell in Groenlandia, documentato dal glaciologo Peter Nienow negli anni Novanta, ha mostrato come l'acqua possa spostarsi da un serbatoio subglaciale alla fronte del ghiacciaio in poche ore attraverso i canali di drenaggio, con velocità medie di oltre un metro al secondo. Nel Ghiacciaio Skeiðarárjökull in Islanda, durante l'eruzione subglaciale del Grímsvötn nel novembre 1996, il jökulhlaup ha depositato in meno di due giorni circa tre chilometri cubi di sedimento sulla pianura di Skeiðarársandur.
I jökulhlaup rappresentano oggi un rischio crescente in molte regioni montane del mondo a causa dell'aumento dei laghi proglacialia collegato al ritiro glaciale. In Pakistan, Nepal e Perù sono stati registrati numerosi eventi negli ultimi decenni, con perdite umane e danni alle infrastrutture.
Misurare l'Invisibile
L'idrologia subglaciale si studia con metodi indiretti poiché l'accesso diretto al letto dei ghiacciai è praticamente impossibile tranne che attraverso rarissimi tunnel appositamente scavati, come quelli del progetto Hot Coring in Groenlandia. I metodi principali sono il tracciamento chimico e isotopico dei soluti — seguire la firma chimica dell'acqua mentre percorre il sistema subglaciale — e i radar a penetrazione di ghiaccio che mappano la struttura interna e il letto.
La mappa dei ghiacciai offre un punto di partenza per esplorare geograficamente le regioni dove l'idrologia subglaciale è oggetto di ricerca attiva. I grandi ghiacciai dell'Islanda, della Groenlandia, dell'Alaska e dell'Himalaya sono tutti sistemi dove questi processi sono stati documentati con maggiore dettaglio.
Implicazioni per il Futuro
Con l'accelerazione del ritiro glaciale, i sistemi di drenaggio subglaciale stanno cambiando in modi non ancora completamente compresi. L'aumento dell'acqua di fusione superficiale porta più acqua al letto, potenzialmente accelerando il flusso e aumentando le portate di deflusso nei fiumi a valle. Allo stesso tempo, man mano che i ghiacciai si assottigliano, la pressione del ghiaccio che comprime i canali subglaciali diminuisce, alterando l'efficienza del drenaggio. Capire questi cambiamenti è fondamentale per prevedere come evolverà la disponibilità di acqua dolce per le centinaia di milioni di persone che dipendono dalla fusione glaciale come fonte idrica stagionale.