Il ghiaccio invernale sulla superficie del mare di Weddell in Antartide forma occasionalmente un enorme buco. Un buco apparso nel 2016 e nel 2017 ha attirato un'intensa curiosità da scienziati e giornalisti. Sebbene decenni prima si fossero formati divari ancora più grandi, questa è stata la prima volta che gli oceanografi hanno avuto la possibilità di monitorare veramente l'inaspettato divario nel ghiaccio marino invernale antartico.

Un nuovo studio condotto dall'Università di Washington combina immagini satellitari della copertura di ghiaccio marino, drifter robotici e persino foche dotate di sensori per comprendere meglio il fenomeno. La ricerca esplora il motivo per cui questo buco appare solo in alcuni anni, e quale ruolo potrebbe svolgere nella più ampia circolazione oceanica.

Lo studio è stato pubblicato il 10 giugno sulla rivista Natura .

"Pensavamo che questo grande buco nel ghiaccio marino, noto come polynya, fosse qualcosa di raro, forse un processo che si era estinto. Ma gli eventi del 2016 e del 2017 ci hanno costretto a rivalutare questo, ", ha affermato l'autore principale Ethan Campbell, uno studente di dottorato in oceanografia UW. "Le osservazioni mostrano che i recenti polynya si sono aperti da una combinazione di fattori, uno dei quali sono le insolite condizioni oceaniche, e l'altro è una serie di tempeste molto intense che hanno turbinato sul mare di Weddell con venti quasi da uragano."

Una "polinia, " una parola russa che significa approssimativamente "buco nel ghiaccio, " può formarsi vicino alla costa mentre il vento spinge il ghiaccio intorno. Ma può anche apparire lontano dalla costa e restare per settimane o mesi, dove funge da oasi per i pinguini, balene e foche per apparire e respirare.

Questo particolare punto lontano dalla costa antartica ha spesso piccole aperture e ha già visto grandi polynya. Le più grandi polinie conosciute in quel luogo furono nel 1974, 1975 e 1976, subito dopo il lancio dei primi satelliti, quando un'area delle dimensioni della Nuova Zelanda è rimasta priva di ghiaccio per tre inverni antartici consecutivi nonostante le temperature dell'aria molto al di sotto dello zero.

Campbell è entrato a far parte dell'UW come studente laureato nel 2016 per comprendere meglio questo misterioso fenomeno. In un colpo di fortuna scientifica, uno grande è apparso per la prima volta da decenni. Un'immagine satellitare della NASA nell'agosto 2016 ha attirato l'attenzione del pubblico su un 33, 000 chilometri quadrati (13, 000 miglia quadrate) che è apparso per tre settimane. Un divario ancora più grande, di 50, 000 chilometri quadrati (19, 000 miglia quadrate) è apparso a settembre e ottobre 2017.

Si pensa che l'Oceano Antartico svolga un ruolo chiave nelle correnti oceaniche globali e nei cicli del carbonio, ma il suo comportamento è poco compreso. Ospita alcune delle tempeste più feroci del pianeta, con i venti che sferzano ininterrottamente il continente nelle 24 ore di oscurità dell'inverno polare. Il nuovo studio ha utilizzato le osservazioni del progetto Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling, o SOCCOM, che emette strumenti che vanno alla deriva con le correnti per monitorare le condizioni antartiche.

Lo studio ha utilizzato anche i dati del programma di osservazione oceanica Argo, elefanti marini che inviano dati a riva, stazioni meteorologiche e decenni di immagini satellitari.

"Questo studio mostra che questa polinia è in realtà causata da una serie di fattori che devono tutti allinearsi affinché accada, ", ha affermato il coautore Stephen Riser, un professore di oceanografia UW. "In un dato anno potresti avere molte di queste cose che accadono, ma a meno che non li prendi tutti, allora non ottieni una polinia."

Lo studio mostra che quando i venti che circondano l'Antartide si avvicinano alla costa, promuovono una più forte miscelazione verso l'alto nel Mare di Weddell orientale. In quella regione, una montagna sottomarina conosciuta come Maud Rise costringe l'acqua di mare densa intorno ad essa e lascia un vortice rotante sopra. Due strumenti SOCCOM sono rimasti intrappolati nel vortice sopra Maud Rise e lì hanno registrato anni di osservazioni.

L'analisi mostra che quando la superficie dell'oceano è particolarmente salata, come visto per tutto il 2016, forti temporali invernali possono innescare una circolazione capovolta. più caldo, l'acqua più salata degli abissi viene ribollita in superficie, dove l'aria lo raffredda e lo rende più denso dell'acqua sottostante. Mentre quell'acqua affonda, acqua profonda relativamente più calda di circa 1 grado Celsius (34 F) lo sostituisce, creando un ciclo di feedback in cui il ghiaccio non può riformarsi.

Sotto il cambiamento climatico, l'acqua dolce proveniente dallo scioglimento dei ghiacciai e da altre fonti renderà lo strato superficiale dell'Oceano Antartico meno denso, il che potrebbe significare meno polynya in futuro. Ma il nuovo studio mette in dubbio questa ipotesi. Molti modelli mostrano che i venti che circondano l'Antartide diventeranno più forti e si avvicineranno alla costa:il nuovo documento suggerisce che ciò incoraggerebbe la formazione di più polinie, non meno.

Queste sono le prime osservazioni che dimostrano che anche un polynya più piccolo come quello del 2016 sposta l'acqua dalla superficie fino alle profondità dell'oceano.

"Essenzialmente è un capovolgimento dell'intero oceano, piuttosto che un'iniezione di acqua superficiale in un viaggio di sola andata dalla superficie al profondo, " ha detto il co-autore Earle Wilson, che ha recentemente completato il suo dottorato in oceanografia presso l'UW.

Un modo in cui un polynya superficiale è importante per il clima è per l'acqua più profonda negli oceani, noto come acqua di fondo antartico. questo freddo, acqua densa si annida sotto tutta l'altra acqua. Dove e come viene creato ne influenza le caratteristiche, e avrebbe effetti a catena su altre importanti correnti oceaniche.

"In questo momento la gente pensa che la maggior parte dell'acqua di fondo si stia formando sulla piattaforma antartica, ma questi grandi polynya offshore potrebbero essere stati più comuni in passato, " Riser ha detto. "Dobbiamo migliorare i nostri modelli in modo da poter studiare questo processo, che potrebbe avere implicazioni climatiche su larga scala".

Polinie grandi e di lunga durata possono anche influenzare l'atmosfera, perché l'acqua profonda contiene carbonio proveniente da forme di vita che sono affondate nel corso dei secoli e si sono dissolte durante la loro discesa. Una volta che quest'acqua raggiunge la superficie, il carbonio potrebbe essere rilasciato.

"Questo profondo serbatoio di carbonio è stato rinchiuso per centinaia di anni, e in una polynya potrebbe ventilare in superficie attraverso questo mescolamento davvero violento, "Ha detto Campbell. "Un grande evento di degassamento del carbonio potrebbe davvero colpire il sistema climatico se accadesse per più anni di seguito".