Un mondo sotto il ghiaccio

I principali ghiacciai contengono caratteristiche complesse sotto le loro superfici che non sono visibili dall'alto. Queste caratteristiche subglaciali influenzano il movimento dei ghiacciai, la stabilità e il comportamento generale delle masse di ghiaccio. Capire queste profondità nascoste è essenziale per studiare il cambiamento climatico e prevedere l'aumento del livello del mare futuro.

Topografia sottomarchio

Il terreno sotto i ghiacciai varia ampiamente, comprese le valli, i crinali e i bacini, che influenzano il flusso di ghiaccio e l'accumulo. La topografia subglaciale è mappata utilizzando i radar e le indagini sismiche, rivelando il paesaggio sottostante che guida le dinamiche dei ghiacciai. La forma del letto esercita un controllo primario sulla velocità del ghiaccio; dove il letto è ruvido o contiene ostacoli, il flusso di ghiaccio è ostacolato, mentre le regioni fluide e bassa frizione permettono

In Antartide, per esempio, le Highlands Subglacial Ellsworth contengono un sistema di canyon che scende più di 3.000 metri sotto il livello del mare, rivaleggiando con il Grand Canyon in scala. Questi antichi paesaggi sono stati scolpiti da fiumi e ghiacciai milioni di anni fa, prima di essere sepolto accumulando ghiaccio.

La mappatura topografia si basa fortemente sui sistemi radar di pendio di ghiaccio montati su aerei o satelliti, che inviano onde radio attraverso il ghiaccio e misurano il tempo necessario per il segnale per riflettere la roccia.

Sistemi di acqua subglaciali

L'acqua è presente sotto molti ghiacciai, formando reti di canali e laghi. Questi sistemi di acqua subglaciale lubrificano il letto del ghiacciaio, facilitando il movimento. La presenza e il flusso d'acqua possono accelerare gli eventi di scorrimento del ghiacciaio e influenzano gli eventi di calpestio. L'acqua alla base di un ghiacciaio proviene da diverse fonti: acqua di fusione superficiale che raggiunge il letto attraverso crevasi e moulini, calore geotermico che fonde il ghiaccio.

Laghi sottomarini

Più di 400 laghi subglaciali sono stati identificati sotto la sola Antartico Ice Sheet, con molti più sospetti sotto la Groenlandia e altri berretti di ghiaccio. Questi laghi sono isolati dalla superficie per chilometri di ghiaccio e possono rimanere liquidi per migliaia di anni a causa del riscaldamento geotermico e delle proprietà isolanti del ghiaccio sovrastante.

I laghi subglaciali non sono statici. I dati dell'altimetria satellitare hanno dimostrato che alcuni laghi drenano e riempiono su scadenze di mesi a anni, rilasciando grandi volumi d'acqua nella rete di drenaggio subglaciale. Questi eventi di drenaggio possono accelerare temporaneamente il flusso di ghiaccio eccessivamente riducendo l'attrito basale.

Reti di pressione e drenaggio dell'acqua

La pressione dell'acqua subglaciale svolge un ruolo cruciale nelle dinamiche dei ghiacciai. In condizioni normali, la pressione dell'acqua è vicina al peso del ghiaccio sovrastante, che riduce la pressione effettiva sul letto e permette al ghiaccio di scivolare più facilmente. Quando la pressione dell'acqua scende, per esempio durante l'inverno quando l'ingresso di acqua di fusione di superficie si scioglie, il letto diventa più bloccato e il flusso di ghiaccio rallenta.

L'efficienza del drenaggio subglaciale dipende dalla geometria della rete. I sistemi distribuiti, costituiti da film d'acqua sottile o cavità collegate, permettono una pressione alta e uno scorrimento veloce, ma hanno una capacità limitata di portare via l'acqua. I sistemi canalizzati, con tunnel discreti inclini nel ghiaccio o nel letto, sono più efficienti a drenaggio dell'acqua, ma funzionano a pressione inferiore, che riduce la lubrificazione basale.

Sedimenti e Debris sottomarini

I strati di sedimenti e detriti si accumulano sotto i ghiacciai, che influenzano la loro stabilità. Questi materiali possono essere trasportati da acqua o ghiaccio e possono formare fino a depositi. La composizione e la distribuzione dei sedimenti subglaciali influenzano l'erosione e il ritiro dei ghiacciai.

Le proprietà del subglacial fino a variare ampiamente a seconda della roccia di origine e della storia della glaciazione. Alcuni fino a quando sono grossolani e ben disegnati, mentre altri sono fini-grained e impermeable, tenendo alte pressioni pore-acqua che facilitano la deformazione. La distribuzione spaziale dei tipi di sedimenti sotto le calotte di ghiaccio è eterogenea, con macchie di morbido fino a oscillazione intersale si fa scorrere con hard bedrock.

Oltre a questo, gli ambienti sottoglaciali contengono una vasta gamma di altri tipi di detriti. I diamiti subglaciali, che sono sedimenti glaciali litificati trovati nel record geologico, forniscono la prova di attività glaciale passata e aiutano gli scienziati a ricostruire le antiche dimensioni del foglio di ghiaccio. Lo studio dei sedimenti subglaciali ha anche applicazioni pratiche per l'esplorazione minerale, come i depositi glaciali possono concentrare minerali preziosi come l'indicatori di base, le tracce di oro, come l'oro, tracce di diamanti,

Volcanesimo sottomazionale e attività geotermica

Nelle zone in cui l'attività tettonica o vulcanica è presente, il calore geotermico subglaciale può influenzare significativamente le dinamiche del foglio di ghiaccio. L'Islanda fornisce l'esempio più drammatico, dove ghiacciai come Vatnajökull e Myrdalsjökull sovralimentano i sistemi vulcanici attivi.

In Antartide, le misurazioni del flusso geotermico sono scarse ma indicano che alcune regioni, come il sistema di Rift Antartico occidentale, hanno flussi di calore più volte superiori alla media continentale. Questo flusso di calore elevato può fondere la base del foglio di ghiaccio, creando acqua subglaciale e influenzando la posizione e la stabilità dei dati basali

Metodi per studiare le caratteristiche subglaciali

I radar di pendio del ghiaccio, come accennato in precedenza, sono il metodo più ampiamente usato per mappare la topografia subglaciale e identificare gli organismi dell'acqua. I sistemi radar moderni operano a frequenze tra 1 e 200 megahertz, con le frequenze più basse che penetrano il ghiaccio più spesso, ma forniscono meno risoluzioni.

I sondaggi sismici attivi, che comportano la generazione di onde sonore e la registrazione delle loro riflessioni, possono distinguere tra le rocce spaziali, fino e l'acqua all'interfaccia del fondo del ghiaccio.

Le perforazioni a foro caldo possono fondere i fori attraverso centinaia o addirittura migliaia di metri di ghiaccio in poche ore, permettendo di abbassare gli strumenti al letto. Una volta al letto, le telecamere a foro catturano le immagini del paesaggio subglaciale, mentre i sensori di pressione e le trappole per sedimenti misurano la pressione dell'acqua e il trasporto dei sedimenti.

Implicazioni per il cambiamento climatico e il rialzo del livello del mare

Le caratteristiche nascoste sotto i ghiacciai e le calotte di ghiaccio influenzano direttamente il tasso in cui il ghiaccio viene scaricato nell'oceano. Come il clima si riscalda, i cambiamenti nell'idrologia subglaciale, la deformazione dei sedimenti e il flusso di calore geotermico possono accelerare il flusso di ghiaccio, portando a un aumento del livello del mare. La preoccupazione più immediata è la stabilità dei settori a base di mare profondo Antartico e Groenlandia, dove il ghiaccio si fonde il processo di ghiaccio che è sotto il livello di corrente.

L'acqua subglaciale svolge anche un duplice ruolo nella stabilità dei ghiacciai. Da un lato, un drenaggio efficiente può rimuovere l'acqua dal letto e ridurre la lubrificazione basale, potenzialmente rallentando il flusso di ghiaccio. D'altra parte, la presenza di laghi subglaciali e sistemi ad alta pressione acqua può facilitare il movimento rapido del flusso di ghiaccio e innescare eventi di drenaggio improvvisi che destabilizzano il foglio di ghiaccio.

Più di 600 milioni di persone vivono in dieci metri di livello del mare, e molte delle città più grandi del mondo, tra cui Shanghai, Mumbai, New York e Tokyo, sono vulnerabili all'aumento del livello del mare. Anche un piccolo aumento del tasso di scarico del ghiaccio dai ghiacciai e dai fogli di ghiaccio può avere conseguenze economiche e umanitarie significative.

Studi di casi in Ricerche Subglaciali

Ghiacciaio delle Thwaites, Antartide occidentale

Il ghiacciaio è uno dei ghiacciai più studiati sulla Terra per il suo potenziale di contribuire in modo significativo all'aumento del livello del mare. Il ghiacciaio si trova su un letto che approfondisce l'interno, rendendolo suscettibile all'instabilità del ghiacciaio marino.

Jakobshavn Isbræ, Groenlandia

Il giakobshavn Isbræ nella Groenlandia occidentale è uno dei ghiacciai più veloci del mondo, che scarica volumi massicci di ghiaccio nella baia di Disko. L'accelerazione del ghiacciaio negli ultimi due decenni è stata collegata al ritiro della sua lingua galleggiante e l'afflusso di acque calde dell'oceano.

Guardando

Ogni nuovo sondaggio radar, osservazione del buco, o misurazione satellitare rivela complessità inaspettata e solleva nuove domande sui processi che operano sotto il ghiaccio. Come la tecnologia continua a avanzare, con radar ad alta risoluzione, strumenti autonomi e migliori capacità di modellazione, la nostra comprensione di queste profondità nascoste si approfondirà.