Da sopra, la calotta antartica potrebbe sembrare una calma, coperta di ghiaccio perpetua che ha coperto l'Antartide per milioni di anni. Ma la calotta glaciale può essere profonda migliaia di metri nel suo punto più spesso, e nasconde centinaia di laghi di fusione dove la sua base incontra il substrato roccioso del continente. In profondità sotto la superficie, alcuni di questi laghi si riempiono e drenano continuamente attraverso un sistema di corsi d'acqua che alla fine sfociano nell'oceano.

Ora, con lo strumento laser di osservazione della Terra più avanzato che la NASA abbia mai volato nello spazio, gli scienziati hanno migliorato le loro mappe di questi sistemi lacustri nascosti sotto la calotta glaciale dell'Antartico occidentale e hanno scoperto altri due di questi laghi subglaciali attivi.

Il nuovo studio fornisce informazioni critiche per individuare nuovi laghi subglaciali dallo spazio, così come per valutare come questo sistema idraulico nascosto influenzi la velocità con cui il ghiaccio scivola nell'Oceano Antartico, aggiungendo acqua dolce che potrebbe alterarne la circolazione e gli ecosistemi.

Ghiaccio della NASA, Cloud e terra Elevation Satellite 2, o ICESat-2, ha permesso agli scienziati di mappare con precisione i laghi subglaciali. Il satellite misura l'altezza della superficie del ghiaccio, quale, nonostante il suo enorme spessore, sale o scende quando i laghi si riempiono o si svuotano sotto la calotta glaciale.

Lo studio, pubblicato il 7 luglio in Lettere di ricerca geofisica , integra i dati di altezza dal predecessore di ICESat-2, la missione originale ICESat, così come il satellite dell'Agenzia Spaziale Europea dedicato al monitoraggio dello spessore del ghiaccio polare, CryoSat-2.

I sistemi idrologici sotto la calotta glaciale antartica sono stati un mistero per decenni. Che ha cominciato a cambiare nel 2007, quando Helen Amanda Fricker, un glaciologo presso Scripps Institution of Oceanography presso l'Università della California a San Diego, ha fatto una svolta che ha contribuito ad aggiornare la comprensione classica dei laghi subglaciali in Antartide.

Utilizzando i dati dell'ICESat originale nel 2007, Fricker scoprì per la prima volta che sotto le rapide correnti di ghiaccio dell'Antartide, un'intera rete di laghi si collega tra loro, riempiendo e drenando attivamente nel tempo. Prima, si pensava che questi laghi contenessero staticamente l'acqua di disgelo, senza riempire e drenare.

"La scoperta di questi sistemi interconnessi di laghi all'interfaccia del letto di ghiaccio che muovono l'acqua intorno, con tutti questi impatti sulla glaciologia, microbiologia, e oceanografia:è stata una grande scoperta dalla missione ICESat, " disse Matthew Siegfried, assistente professore di geofisica presso la Colorado School of Mines, D'oro, Colo. e investigatore capo nel nuovo studio. "ICESat-2 è come indossare gli occhiali dopo aver usato ICESat, i dati sono così precisi che possiamo davvero iniziare a mappare i confini del lago sulla superficie".

Gli scienziati hanno ipotizzato che lo scambio di acqua subglaciale in Antartide derivi da una combinazione di fattori, comprese le fluttuazioni della pressione esercitata dal massiccio peso del ghiaccio sopra, l'attrito tra il letto della calotta di ghiaccio e le rocce sottostanti, e il calore che sale dalla Terra sottostante che è isolata dallo spessore del ghiaccio. Questo è un netto contrasto con la calotta glaciale della Groenlandia, dove i laghi sul letto del ghiaccio si riempiono di acqua di disgelo che è defluita attraverso crepe e buchi sulla superficie.

Per studiare le regioni in cui i laghi subglaciali si riempiono e drenano più frequentemente con dati satellitari, Siegfried ha lavorato con Fricker, che ha svolto un ruolo chiave nella progettazione del modo in cui la missione ICESat-2 osserva il ghiaccio polare dallo spazio.

La nuova ricerca di Siegfried e Fricker mostra che un gruppo di laghi tra cui i laghi Conway e Mercer sotto i flussi di ghiaccio Mercer e Whillans nell'Antartide occidentale stanno vivendo un periodo di drenaggio per la terza volta da quando la missione originale ICESat ha iniziato a misurare i cambiamenti di elevazione sulla superficie della calotta glaciale nel 2003. Anche i due laghi ritrovati si trovano in questa regione.

Oltre a fornire dati vitali, lo studio ha anche rivelato che i contorni oi confini dei laghi possono cambiare gradualmente man mano che l'acqua entra ed esce dai bacini idrici.

"Stiamo davvero mappando tutte le anomalie di altezza che esistono a questo punto, " Disse Siegfried. "Se ci sono laghi che si riempiono e prosciugano, li rileveremo con ICESat-2."

'Aiutarci ad osservare' sotto la calotta glaciale

Le misurazioni precise dell'acqua di disgelo basale sono fondamentali se gli scienziati vogliono ottenere una migliore comprensione del sistema idraulico subglaciale dell'Antartide, e come tutta quell'acqua dolce potrebbe alterare la velocità della calotta glaciale sopra o la circolazione dell'oceano in cui alla fine scorre.

Un enorme strato di ghiaccio a forma di cupola che copre gran parte del continente, la calotta glaciale antartica scorre lentamente verso l'esterno dalla regione centrale del continente come miele super denso. Ma mentre il ghiaccio si avvicina alla costa, la sua velocità cambia drasticamente, trasformandosi in flussi di ghiaccio simili a fiumi che incanalano rapidamente il ghiaccio verso l'oceano con velocità fino a diversi metri al giorno. Quanto velocemente o lentamente il ghiaccio si muove dipende in parte dal modo in cui l'acqua di fusione lubrifica la calotta di ghiaccio mentre scivola sulla roccia sottostante.

Mentre la calotta di ghiaccio si muove, soffre di crepe, crepacci, e altre imperfezioni. Quando i laghi sotto il ghiaccio guadagnano o perdono acqua, deformano anche la superficie ghiacciata sopra. Grande o piccolo, ICESat-2 mappa questi cambiamenti di elevazione con una precisione fino a pochi pollici utilizzando un sistema di altimetro laser in grado di misurare la superficie terrestre con dettagli senza precedenti.

Tracciare questi processi complessi con missioni satellitari a lungo termine fornirà informazioni cruciali sul destino della calotta glaciale. Una parte importante di ciò che i glaciologi hanno scoperto sulle calotte glaciali negli ultimi 20 anni deriva dalle osservazioni di come il ghiaccio polare sta cambiando in risposta al riscaldamento dell'atmosfera e dell'oceano, ma anche i processi nascosti come il modo in cui i sistemi lacustri trasportano l'acqua sotto il ghiaccio saranno fondamentali negli studi futuri della calotta antartica, ha detto Fricker.

"Questi sono processi in corso sotto l'Antartide di cui non avremmo la più pallida idea se non avessimo i dati satellitari, "Frick ha detto, sottolineando come la sua scoperta del 2007 abbia permesso ai glaciologi di confermare che il sistema idraulico nascosto dell'Antartide trasporta l'acqua molto più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza. "Abbiamo faticato a ottenere buone previsioni sul futuro dell'Antartide, e strumenti come ICESat-2 ci stanno aiutando a osservare su scala di processo".

'Un sistema idrico collegato a tutto il sistema di terra'

Il modo in cui l'acqua dolce della calotta glaciale potrebbe influire sulla circolazione dell'Oceano Antartico e dei suoi ecosistemi marini è uno dei segreti meglio custoditi dell'Antartide. Poiché l'idrologia subglaciale del continente svolge un ruolo chiave nello spostamento di quell'acqua, Siegfried ha anche sottolineato la connessione della calotta glaciale con il resto del pianeta.

"Non stiamo parlando solo della calotta glaciale, "Siegfried ha detto. "Stiamo davvero parlando di un sistema idrico che è collegato all'intero sistema Terra".

Recentemente, Fricker e un altro team di scienziati hanno esplorato questa connessione tra l'acqua dolce e l'Oceano Antartico, ma questa volta osservando i laghi vicino alla superficie di una piattaforma di ghiaccio, una grande lastra di ghiaccio che galleggia sull'oceano come un'estensione della calotta glaciale. Il loro studio ha riportato che un grande, il lago coperto di ghiaccio è crollato bruscamente nel 2019 dopo che una crepa o frattura si è aperta dal fondo del lago alla base dell'Amery Ice Shelf nell'Antartide orientale.

Con i dati di ICESat-2, il team ha analizzato il robusto cambiamento nel paesaggio della piattaforma di ghiaccio. L'evento ha lasciato una dolina, o dolina, una drammatica depressione di circa quattro miglia quadrate (circa 10 chilometri quadrati), o più di tre volte più grande del Central Park di New York City. La crepa ha incanalato quasi 200 miliardi di galloni di acqua dolce dalla superficie della piattaforma di ghiaccio nell'oceano sottostante in tre giorni.

Durante l'estate, migliaia di laghi turchesi di acqua di fusione adornano la superficie bianca brillante delle piattaforme di ghiaccio dell'Antartide. Ma questo evento improvviso si è verificato nel mezzo dell'inverno, quando gli scienziati si aspettano che l'acqua sulla superficie della piattaforma di ghiaccio sia completamente congelata. Poiché ICESat-2 orbita attorno alla Terra con tracce a terra che si ripetono esattamente, i suoi raggi laser possono mostrare il drammatico cambiamento del terreno prima e dopo il prosciugamento del lago, anche durante l'oscurità dell'inverno polare.

Roland Warner, un glaciologo con l'Australian Antarctic Program Partnership presso l'Università della Tasmania, e autore principale dello studio, avvistato per la prima volta la piattaforma di ghiaccio sfregiata nelle immagini di Landsat 8, una missione congiunta della NASA e del Geological Survey degli Stati Uniti. L'evento di drenaggio è stato molto probabilmente causato da un processo di idrofratturazione in cui la massa dell'acqua del lago ha portato a una fessura superficiale che è stata spinta attraverso la piattaforma di ghiaccio verso l'oceano sottostante, ha detto Warner.

"A causa della perdita di questo peso d'acqua sulla superficie della piattaforma di ghiaccio galleggiante, tutta la cosa si piega verso l'alto centrata sul lago, "Ha detto Warner. "Questo è qualcosa che sarebbe stato difficile da capire semplicemente guardando le immagini satellitari".

Laghi e ruscelli di acqua di fusione sulle piattaforme di ghiaccio dell'Antartide sono comuni durante i mesi più caldi. E poiché gli scienziati si aspettano che questi laghi di acqua di fusione siano più comuni con l'aumento della temperatura dell'aria, anche il rischio di idrofratturazione potrebbe aumentare nei prossimi decenni. Ancora, il team ha concluso che è troppo presto per determinare se il riscaldamento del clima dell'Antartide abbia causato la scomparsa del lago osservato su Amery Ice Shelf.

Assistere alla formazione di una dolina con i dati dell'altimetria è stata una rara opportunità, ma è anche il tipo di evento che i glaciologi devono analizzare per studiare tutte le dinamiche del ghiaccio rilevanti nei modelli dell'Antartide.

"Abbiamo imparato così tanto sui processi dinamici della calotta glaciale dall'altimetria satellitare, è fondamentale che pianifichiamo la prossima generazione di satelliti altimetrici per continuare questo record, " ha detto Fricker.