Le condizioni nelle acque artiche sono tra le più estreme al mondo. I forti venti e le correnti spingono potentemente il ghiaccio su vaste distanze, con conseguenti grandi creste che raggiungono decine di metri di altezza. Allo stesso tempo, il riscaldamento globale e l'aumento della presenza umana hanno aggiunto nuove pressioni in questi ambienti settentrionali. Eppure i meccanismi alla base degli effetti del ghiaccio sulle strutture fisiche, in particolare a lungo termine, sono rimasti una questione aperta in un periodo di continui cambiamenti ambientali.

I ricercatori della Aalto University hanno sviluppato un nuovo metodo per valutare come in continuo movimento, carichi pesanti di ghiaccio colpiscono strutture come ponti o persino turbine eoliche in un'ampia varietà di condizioni.

"Le macerie sono il processo con cui il ghiaccio, mosso da venti e correnti, si rompe contro le strutture marine e come influisce su queste strutture, " spiega Jukka Tuhkuri, uno dei principali ricercatori sul ghiaccio e professore all'Università di Aalto. "Il processo è estremamente sensibile alle condizioni iniziali, anche caotico, il che rende l'analisi sistematica sul campo incredibilmente impegnativa."

Per prevedere una ricchezza di scenari ed effetti a lunghissimo termine, il team di Aalto sta facendo uso di esperimenti numerici, simulazioni al computer avanzate che attingono alla conoscenza acquisita sul campo, per vedere gli effetti dei cambiamenti a livello micro sugli elementi noti delle macerie.

"Con questo metodo, possiamo davvero vedere cosa sta succedendo poiché abbiamo il pieno controllo dei fattori coinvolti. Con vero ghiaccio marino, semplicemente non abbiamo questa possibilità, ", afferma l'assistente professore Arttu Polojärvi.

Le simulazioni precise hanno permesso ai ricercatori di conoscere i meccanismi alla base del processo in un modo mai prima possibile.

"Eseguendo costantemente simulazioni, abbiamo imparato che lo spessore del ghiaccio è di gran lunga la cosa più importante quando si tratta di come i carichi del ghiaccio impattano sulle strutture. La forza di compressione viene dopo, ma possiamo quasi dimenticare tutto il resto, contrariamente al pensiero convenzionale nel campo, "dice Tuhkuri.

Il metodo aiuta anche ad affrontare la principale sfida di un clima in continua evoluzione:prevedere le condizioni future. Il riscaldamento globale significa che il ghiaccio artico si sta assottigliando, le tempeste stanno diventando più violente e il ghiaccio si sta muovendo. Allo stesso tempo, le condizioni generali si stanno allentando in queste regioni; l'industria e il turismo sono in ripresa, che comporta rischi sia per l'uomo che per l'ambiente.

"Non possiamo stimare il futuro con i dati sul campo disponibili oggi. Forte, il ghiaccio spesso resta dov'è, ma anche le piccole tempeste possono portare ghiaccio sottile, " afferma Polojärvi. "Dobbiamo essere in grado di stimare carichi di ghiaccio di 100 o addirittura 500 anni su strutture permanenti in modo da poter garantire che siano sicure e durevoli, riducendo anche al minimo i materiali utilizzati per renderli il più sostenibili possibile".

Il team presenterà il proprio lavoro venerdì 7 giugno 2019 a un incontro di una settimana di importanti ricercatori sul ghiaccio, il simposio IUTAM su fisica e meccanica del ghiaccio marino, tenuto presso l'Università Aalto nella Grande Helsinki, Finlandia.

Domande e risposte

D:Sono stati usati esperimenti numerici prima per studiare i carichi di ghiaccio?

A:Questa ricerca segna la prima volta che esperimenti numerici sono stati utilizzati per condurre analisi statistiche dei carichi di ghiaccio, fornendo stime dell'usura futura delle strutture fisiche nel lunghissimo termine. Nel passato, i ricercatori hanno studiato lo sfregamento del ghiaccio ― ovvero come il ghiaccio spinto dai venti e dalle correnti si rompe contro le strutture marine e come impatta le strutture ― in vari modi:sperimentalmente in laboratorio, sperimentalmente osservando eventi in scala reale, sviluppando modelli teorici, e utilizzando diversi strumenti numerici.

D:Il metodo può davvero prevedere come si comporterà il ghiaccio man mano che il clima si riscalda, anche tra secoli?

R:Sì, se i colleghi in geofisica possono prevedere come il ghiaccio si assottiglia e si indebolisce con il riscaldamento globale, possiamo prevedere come cambiano i carichi di ghiaccio. Questo perché il nuovo modello si basa su relazioni fisiche fondamentali e, così, possiamo cambiare lo spessore nel modello e vedere cosa succede. Altri modelli potrebbero non essere così dettagliati.

D:Quali rischi comportano i carichi di ghiaccio per l'uomo e l'ambiente?

R:Le strutture marine possono rompersi e causare incidenti. Se gli umani stanno lavorando su una piattaforma che fallisce, le conseguenze possono essere gravi. I guasti strutturali possono anche essere molto costosi e portare a rischi ambientali a causa di potenziali perdite nei serbatoi e nei tubi del carburante, eccetera.