Gli scienziati hanno utilizzato il rilevamento in fibra ottica per ottenere le misurazioni più dettagliate delle proprietà del ghiaccio mai effettuate sulla calotta glaciale della Groenlandia. Le loro scoperte saranno utilizzate per realizzare modelli più accurati del futuro movimento della seconda calotta glaciale più grande del mondo, mentre gli effetti del cambiamento climatico continuano ad accelerare.

Il gruppo di ricerca, guidato dall'Università di Cambridge, ha utilizzato una nuova tecnica in cui gli impulsi laser vengono trasmessi in un cavo in fibra ottica per ottenere misurazioni della temperatura altamente dettagliate dalla superficie della calotta glaciale fino alla base, più di 1000 metri sotto.

A differenza degli studi precedenti, che misurava la temperatura da sensori separati situati a decine o addirittura centinaia di metri di distanza, il nuovo approccio consente di misurare la temperatura lungo l'intera lunghezza di un cavo in fibra ottica installato in un pozzo profondo. Il risultato è un profilo altamente dettagliato della temperatura, che controlla la velocità di deformazione del ghiaccio e, infine, la velocità di scorrimento della calotta glaciale.

Si pensava che la temperatura delle calotte glaciali variasse come un gradiente uniforme, con le sezioni più calde della superficie dove colpisce il sole, e alla base dove viene riscaldata dall'energia geotermica e dall'attrito mentre la calotta di ghiaccio si sgretola attraverso il paesaggio subglaciale verso l'oceano.

Il nuovo studio ha rilevato invece che la distribuzione della temperatura è molto più eterogenea, con aree di deformazione altamente localizzata che riscaldano ulteriormente il ghiaccio. Questa deformazione è concentrata ai confini tra ghiacci di diversa età e tipologia. Sebbene la causa esatta di questa deformazione rimanga sconosciuta, potrebbe essere dovuto alla polvere nel ghiaccio di eruzioni vulcaniche passate oa grandi fratture che penetrano a diverse centinaia di metri sotto la superficie del ghiaccio. I risultati sono riportati sulla rivista Progressi scientifici .

La perdita di massa dalla calotta glaciale della Groenlandia è aumentata di sei volte dagli anni '80 ed è ora il singolo più grande contributore all'innalzamento globale del livello del mare. Circa la metà di questa perdita di massa è dovuta al deflusso superficiale dell'acqua di fusione, mentre l'altra metà è spinta dallo scarico del ghiaccio direttamente nell'oceano da parte dei ghiacciai a scorrimento veloce che raggiungono il mare.

Per determinare come si muove il ghiaccio e i processi termodinamici in atto all'interno di un ghiacciaio, sono essenziali misurazioni accurate della temperatura del ghiaccio. Le condizioni sulla superficie possono essere rilevate dai satelliti o dalle osservazioni sul campo in modo relativamente semplice. Però, determinare cosa sta succedendo alla base della calotta di ghiaccio spessa un chilometro è molto più difficile da osservare, e la mancanza di osservazioni è una delle principali cause di incertezza nelle proiezioni dell'innalzamento globale del livello del mare.

Il progetto RESPONDER, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, sta affrontando questo problema utilizzando la tecnologia di perforazione ad acqua calda per perforare il Sermeq Kujalleq (Store Glacier) e studiare direttamente l'ambiente alla base di uno dei più grandi ghiacciai della Groenlandia.

"Normalmente effettuiamo misurazioni all'interno della calotta glaciale collegando sensori a un cavo che abbassiamo in un pozzo trivellato, ma le osservazioni che abbiamo fatto finora non ci davano un quadro completo di ciò che sta accadendo, " ha affermato il co-autore Dr. Poul Christoffersen dello Scott Polar Research Institute che guida il progetto RESPONDER. "Più dati precisi siamo in grado di raccogliere, più chiara possiamo rendere quell'immagine, che a sua volta ci aiuterà a fare previsioni più accurate per il futuro della calotta glaciale".

"Con i metodi di rilevamento tipici, possiamo collegare solo una dozzina di sensori al cavo, quindi le misure sono molto distanziate, " ha detto il primo autore Robert Law, un dottorato di ricerca candidato allo Scott Polar Research Institute. "Ma utilizzando invece un cavo in fibra ottica, essenzialmente l'intero cavo diventa un sensore, così possiamo ottenere misurazioni precise dalla superficie fino alla base."

Per installare il cavo, gli scienziati hanno dovuto prima perforare il ghiacciaio, un processo guidato dal professor Bryn Hubbard e dal dottor Samuel Doyle della Aberystwyth University. Dopo aver calato il cavo nel pozzo, il team ha trasmesso impulsi laser nel cavo, e poi ha registrato le distorsioni nella dispersione della luce nel cavo, che variano a seconda della temperatura del ghiaccio circostante. Gli ingegneri della Delft University of Technology nei Paesi Bassi e i geofisici dell'Università di Leeds hanno assistito alla raccolta e all'analisi dei dati.

"Questa tecnologia è un grande progresso nella nostra capacità di registrare variazioni spaziali della temperatura del ghiaccio su lunghe distanze e ad altissima risoluzione. Con alcuni ulteriori adattamenti, la tecnica può registrare anche altre proprietà, come deformazione, a una risoluzione altrettanto alta, " disse Hubbard.

"Globale, le nostre letture dipingono un quadro molto più vario di quanto previsto dalla teoria e dai modelli attuali, " ha detto Christoffersen. "Abbiamo scoperto che la temperatura è fortemente influenzata dalla deformazione del ghiaccio nelle bande e ai confini tra i diversi tipi di ghiaccio. E questo mostra che ci sono limitazioni in molti modelli, compreso il nostro».

I ricercatori hanno trovato tre strati di ghiaccio nel ghiacciaio. Lo strato più spesso è costituito da ghiaccio freddo e rigido che si è formato negli ultimi 10, 000 anni. Sotto, hanno trovato il ghiaccio più vecchio dell'ultima era glaciale, che è più morbido e deformabile a causa della polvere intrappolata nel ghiaccio. Ciò che ha sorpreso di più i ricercatori, però, era uno strato di ghiaccio caldo spesso più di 70 metri sul fondo del ghiacciaio. "Conosciamo questo tipo di ghiaccio caldo proveniente da ambienti alpini molto più caldi, ma qui il ghiacciaio produce calore deformandosi, " ha detto Legge.

"Con queste osservazioni, stiamo iniziando a capire meglio perché la calotta glaciale della Groenlandia sta perdendo massa così rapidamente e perché lo scarico di ghiaccio è un meccanismo così importante di perdita di ghiaccio, ", ha detto Christoffersen.

Uno dei maggiori limiti nella nostra comprensione del cambiamento climatico è legato al comportamento dei ghiacciai e delle calotte glaciali. I nuovi dati consentiranno ai ricercatori di migliorare i loro modelli di come si sta attualmente muovendo la calotta glaciale della Groenlandia, come potrebbe muoversi in futuro, e cosa questo significherà per l'innalzamento globale del livello del mare.

La ricerca è stata finanziata in parte dall'Unione Europea.