I ricercatori che hanno esaminato le acque subglaciali sia dell'Antartide che della Groenlandia hanno scoperto che queste acque hanno concentrazioni più elevate di importanti, elementi vitali di quanto si pensasse in precedenza, rispondendo a una grande incognita per gli scienziati che cercano di comprendere i processi geochimici della Terra.

"I dati di un lago antartico sono particolarmente entusiasmanti, ", ha affermato Jon Hawkings, borsista post-dottorato della Florida State University. "La maggior parte delle persone tende a pensare che l'Antartide sia solo ghiaccio, ma sappiamo di questi laghi sotto i ghiacciai in Antartide da 40 anni e attualmente ne sono stati identificati oltre 400. Alcuni scienziati si riferiscono all'ambiente subglaciale in Antartide come la più grande zona umida del mondo. La sfida per gli scienziati è che è estremamente difficile campionarli".

Hawking, insieme ai colleghi della Florida State e della Montana State University, ha pubblicato un nuovo studio questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze esplorando queste acque subglaciali.

Lo studio esamina specificamente l'acqua liquida sotto le calotte glaciali in Antartide e Groenlandia. Circa il 10 percento della superficie terrestre della Terra è coperto da queste calotte glaciali, e questi ambienti polari stanno subendo un rapido cambiamento a causa dell'aumento delle temperature. Gli scienziati sono molto interessati a comprendere questi ambienti e come il riscaldamento continuo influenzerà i processi geochimici critici in futuro.

Hawkings ha analizzato i campioni d'acqua concentrandosi sui cosiddetti oligoelementi, elementi chimici presenti in quantità estremamente piccole ma essenziali per gli organismi microscopici e quindi per il ciclo globale del carbonio. Per anni gli scienziati hanno pensato che le acque sotto i ghiacciai di tutto il mondo contenessero questi elementi in quantità così minuscole da non svolgere un ruolo significativo nei processi geochimici e biologici della Terra.

"Quello che abbiamo scoperto è in realtà che le calotte glaciali sono apparentemente più importanti per i processi vitali di quanto pensassimo inizialmente, ", ha affermato il professore associato di Terra dell'FSU, Scienza dell'oceano e dell'atmosfera Robert Spencer. "Quando vengono scoperte grandi incognite nella nostra comprensione contemporanea di come funziona il nostro pianeta, ci ricorda quanto c'è ancora da imparare."

Per esempio, gli scienziati si aspettavano di vedere meno di 5 microgrammi per litro di ferro disciolto (un oligoelemento estremamente importante) in alcune di queste acque subglaciali, ma hanno visto fino a 1, 000 microgrammi per litro. Queste grandi variazioni possono fare una grande differenza nella quantità di vita che può essere sostenuta negli ecosistemi subglaciali estremi e nelle acque oceaniche che ricevono l'acqua di fusione della calotta glaciale.

"Questi oligoelementi sono un po' come le compresse di vitamine che le persone prendono ogni giorno, " ha detto Spencer. "Anche se abbiamo bisogno solo di piccole quantità di questi materiali, sono fondamentali per lo sviluppo di ecosistemi sani".

Tuttavia, raccogliere acque subglaciali per l'analisi non è un'impresa facile, in particolare in Antartide. I ricercatori devono lavorare in ambienti remoti e difficili.

I collaboratori di Hawkings e Spencer della Montana State University, Professori John Priscu e Mark Skidmore, orchestrato una spedizione di ricerca logisticamente complicata in Antartide per perforare più di 3, 500 piedi attraverso la calotta glaciale antartica.

Dopo aver ricevuto un finanziamento dalla National Science Foundation nel 2016 per il progetto SALSA (Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access), Priscu ha condotto una campagna sul campo che ha comportato lo spostamento di quasi 1 milione di libbre di attrezzi da parte di aerei e trattori che attraversano la calotta glaciale fino al sito del campo.

Quindi, da dicembre 2018 a gennaio 2019, il team scientifico del progetto SALSA ha perforato circa tre quarti di miglio di ghiaccio nel lago subglaciale Mercer, un lago lungo più di 5,5 miglia (9 chilometri) e profondo 50 piedi (15 metri). Scelsero quel particolare lago perché si trovava dove si incontrano due torrenti di ghiaccio.

"Ci interessava il fisico, processi chimici e biologici che si verificano in quel lago specifico, ma poi c'è anche questo contesto più ampio di questi laghi che fanno parte del più grande sistema idrologico sotto la calotta glaciale, "Skidmore ha detto. "Vogliamo vedere cosa viene generato sotto la calotta glaciale e come si collega agli ambienti costieri".

Skidmore ha prelevato campioni secondo un protocollo che Hawkings ha steso e poi li ha rispediti negli Stati Uniti tramite una nave mercantile a temperatura controllata, impiegando diversi mesi, e quindi inoltrato a Tallahassee tramite consegna durante la notte in speciali dispositivi di raffreddamento per mantenere stabili le temperature del campione.

Hawkings e colleghi hanno raccolto separatamente campioni in Groenlandia da un grande fiume di acqua di disgelo che è emerso sotto il ghiacciaio Leverett. Il lavoro sul campo, guidato da Jemma Wadham dell'Università di Bristol nel Regno Unito, prevedeva il monitoraggio delle caratteristiche idrologiche e geochimiche del fiume per un periodo di tre mesi durante la stagione estiva dello scioglimento.

Hawkings e Spencer hanno quindi condotto analisi geochimiche in laboratori appositamente progettati presso il National High Magnetic Field Laboratory della FSU, che riducono al minimo la polvere o altri fattori ambientali che potrebbero contaminare i campioni.

I ricercatori hanno affermato che le loro risorse collaborative e l'approccio interdisciplinare alla fine hanno portato a uno studio che farà progredire il loro campo.

"Le scoperte sono fatte all'intersezione di discipline, " ha detto Priscu. " PNAS carta interseca molte discipline e mostra il potere della collaborazione internazionale. I risultati di questo manoscritto hanno trasformato la nostra visione di come le calotte polari influenzino il Sistema Terra".