I campi di ghiaccio patagoniani: un indicatore critico dei cambiamenti climatici

Patagonia, condivisa dal Cile e dall'Argentina, ospita alcune delle masse di ghiaccio più estese e dinamiche dell'Emisfero meridionale al di fuori dell'Antartide. Il Northern Patagonian Ice Field (NPI) e il Southern Patagonian Ice Field (SPI), insieme al Cordillera Darwin ice cap, formano una regione che sta perdendo ghiaccio ad un ritmo che rivaleggia in grandi settori della Groenlandia e dell'Antarctica.

I forti venti occidentali che attraversano le Ande creano gradienti di precipitazioni ripide, rendendo il lato occidentale dei campi di ghiaccio marittimo (alto accumulo e alto scioglimento) e il lato orientale molto più secco. Questa impostazione complessa significa che i ghiacciai patagonici rispondono rapidamente ai cambiamenti di temperatura atmosferica, modelli di precipitazioni e condizioni oceaniche.

Piattaforme e sensori satellitari per il monitoraggio del ghiacciaio

Una robusta suite di missioni satellitari è la base per il moderno monitoraggio dei ghiacciai, che offre diversi tipi di dati, ottici, termici, radar e altimetria laser, che, quando combinati, offrono un quadro completo della salute dei ghiacciai.

Landsat: il record continuo più lungo

Il programma di ricerca della NASA/USGS Landsat raccoglie immagini della Terra dal 1972. Questo archivio è la risorsa più critica per il monitoraggio delle variazioni della zona del ghiacciaio su lunghe scale di tempo. La banda termica di Landsat (Band 6) è particolarmente utile per discriminare tra neve, ghiaccio e nuvole, mentre le sue bande a onde corte a infrarossi sono utilizzate in metodi di rapporto della banda dettagliati per mappare accuratamente i confini del ghiacciai.

Sentinel-2: Monitoraggio ottico ad alta risoluzione

Il programma Copernico della Commissione Europea, in particolare i satelliti Sentinel-2, fornisce immagini ad una risoluzione spaziale più alta (10 metri) con un tempo di rivisitazione di cinque giorni. Questa risoluzione più alta consente agli scienziati di rilevare cambiamenti nei ghiacciai più piccoli e nei grembiuli di ghiaccio che sono difficili da risolvere con Landsat.

ICESat-2 e CryoSat-2: Misurazione del cambiamento di elevazione in tre dimensioni

Mentre le immagini ottiche possono mappare la portata orizzontale dei ghiacciai, il monitoraggio dei cambiamenti di spessore del ghiaccio richiede altimetria. L'ICESat-2 della NASA utilizza un altimetro laser per il conteggio di fotoni per misurare l'elevazione della superficie con precisione senza precedenti.

Radar sintetico dell'apertura (SAR): Vedere attraverso le nuvole

I sensori SAR, come quelli del Sentinel-1 dell'ESA, possono penetrare le nuvole e operare nell'oscurità totale. Questa capacità è vitale per il monitoraggio dei ghiacciai in movimento rapido e per il rilevamento degli eventi di calving durante tutto l'anno. I dati SAR vengono utilizzati anche per la SAR Interferometrica (InSAR), una tecnica che aiuta a valutare i cambiamenti di stabilità sottili nella velocità di flusso del ghiaccio.

Metodi analitici chiave per quantificare la perdita di ghiaccio

Tradurre dati satellitari grezzi in insight scientifici richiede metodologie analitiche robuste, standardizzate e convalidate per garantire l'accuratezza tra sensori e periodi di tempo diversi.

Mapping Glacier Termini e Area Cambiamenti

Il più semplice ripiegamento della metrica del ghiacciaio è la fluttuazione del suo terminus (la fine del ghiacciaio). Gli analisti digitalizzano manualmente o utilizzano software automatizzato per mappare il fronte del ghiacciaio sulle immagini di diversi anni. Il Difference Snow Index (NDSI) è uno strumento chiave per automatizzare questo processo.

Bilancia di massa geodetica

Il metodo geodetico è il modo più accurato per calcolare la perdita totale di massa di un campo di ghiaccio. Si tratta di sottrarre due modelli di elevazione digitale (DEMs) che sono stati raccolti in tempi diversi. La differenza di elevazione, moltiplicata per la zona, dà il cambiamento di volume. Se la densità del ghiaccio è rappresentato, questo cambiamento di volume è convertito in un cambiamento di massa.

Uno studio pubblicato in Nature Geoscience[[[]]] ha usato questo metodo per dimostrare che l'SPI ha perso ghiaccio solo ad un tasso di oltre 20 gigatons all'anno tra il 2000 e il 2019.

Rintracciamento della dinamica del ghiaccio e della velocità

Misurare il modo in cui i ghiacciai veloci si muovono è essenziale per predire il loro comportamento futuro. Gli algoritmi di tracciamento delle caratteristiche paragoni due immagini satellitari scattate in tempi diversi (ad esempio, pochi giorni o settimane) e calcolare lo spostamento delle caratteristiche di superficie riconoscibili (come le crevaghe) Questo è particolarmente importante per i ghiacciai di marea, che fluiscono nell'oceano.

Ritiro quantificato: una storia di accelerazione della perdita di ghiaccio

Il record satellitare offre una linea temporale non ambigua di cambiamento in Patagonia, il risultato più significativo è l'accelerazione della perdita di ghiaccio negli ultimi 50 anni.

Ritiro di Terminus a larga diffusione

Praticamente tutti i principali ghiacciai di Patagonia si sono ritirati in modo significativo dalla fine del Piccolo Età del Ghiaccio a metà del XIX secolo. Il tasso di ritiro è aumentato bruscamente dagli anni '80. Ad esempio, Glaciar Upsala, sul lato orientale del SPI, è dissolto da oltre 100 metri in alcune aree e si è ritirato diversi chilometri.

Il caso unico di Perito Moreno

Non tutti i ghiacciai della Patagonia si stanno ritirando. Perito Moreno Glacier è un'eccezione notevole. Situato nel Parco Nazionale di Los Glaciares in Argentina, Perito Moreno è rimasto in uno stato di relativo equilibrio per il secolo scorso.

Accelerare la perdita di massa e il contributo Sea-Level

La perdita di ghiaccio combinata dal NPI, SPI e dalla Cordillera Darwin è un measurable contributore all'aumento globale del livello del mare. Le stime attuali suggeriscono che l'intera regione contribuisce tra 0,04 e 0,05 mm all'anno all'aumento del livello del mare. Mentre questo può sembrare piccolo, è una quantità significativa da una massa di ghiaccio relativamente piccola. Il tasso di perdita è accelerato da un fattore di 2 a 3 dal 1990, le temperature calde, principalmente aumentate da un cambiamento dell'acqua

Per una linea temporale visiva dettagliata di questi cambiamenti, l'Osservatorio Terra NASA fornisce eccellenti studi di casi su ghiacciai specifici come Upsala e Jorge Montt.

Conseguenze ambientali e sociali

La rapida trasformazione della criosfera di Patagonia ha effetti cascadenti sull'ecologia, l'idrologia e le popolazioni umane della regione.

Riduzione dell'approvvigionamento idrico e dell'energia idroelettrica

Molti fiumi della Patagonia, in particolare sul lato orientale delle Ande, sono alimentati da acqua di fusione glaciale. Come ghiacciai sottili e ritirati, inizialmente producono un aumento del disgelo di acqua di fusione. Tuttavia, come la massa di ghiaccio continua a diminuire, il discarico totale diminuisce. Questo concetto di "acqua piccante" ha forti implicazioni per le comunità e le infrastrutture a valle. Cile e Argentina si affidano a fiumi per la produzione di energia idroelettrica e l'agricoltura.

Inondazioni di espulsione del lago glaciale

I ghiacciai si ritirano spesso dietro grandi laghi instabili imposti da dighe moraine. Questi laghi proglaci stanno espandendo rapidamente. Le dighe sono intrinsecamente deboli e possono fallire catastroficamente, scatenando un Glacial Lake Outburst Flood (GLOF). Patagonia ha visto diversi devastanti GLOF, come l'alluvione del 2008 da Laguna de los Témpanos (C Chile).

Modifiche degli ecosistemi locali e delle dinamiche fiordi

Il ritiro glaciale altera le proprietà fisiche e chimiche dei fiordi costieri. L'afflusso di acqua dolce fredda e sedimentaria cambia salinità, temperatura e penetrazione della luce. Questo colpisce gli ecosistemi marini, dalle fioriture di plancton alle popolazioni di ghiaccio. Il ritiro del ghiaccio espone anche nuove superfici terrestri, che sono colonizzate da specie di piante pionieri, che creano nuovi habitat ma rappresentano anche un cambiamento fondamentale del paesaggio.

Contributi di Rise Sea-Level

Se l'intero campo di ghiaccio Patagonia dovesse fondersi, crescerebbero i livelli del mare a circa 1,2 metri. L'attuale tasso di perdita, mentre modesto rispetto alla Groenlandia o all'Antartide, è sproporzionato per l'area del ghiaccio coinvolto, che rende Patagonia una delle regioni più efficienti di avvertimento del livello del mare per l'accelerazione quadrata.

Per una revisione approfondita degli impatti regionali, GlacierHub[[]] copre frequentemente la ricerca e gli impatti comunitari relativi al ritiro dei ghiacciai Patagoniano.

Prolungare le sfide e il futuro del monitoraggio

Nonostante la ricchezza di dati provenienti dai satelliti, le sfide significative rimangono nel monitoraggio dei ghiacciai patagonici.

Pervasive Cloud Cover e Data Gaps

La copertura cloud persistente della Patagonia rimane il singolo ostacolo più grande per il telerilevamento ottico. Mentre SAR può penetrare le nuvole, è più complesso analizzare e ha un record storico più breve. Ciò significa che l'analisi a lungo termine dei cambiamenti del ghiacciaio si basa pesantemente sulle poche immagini Landsat senza cloud disponibili ogni anno, che possono introdurre pregiudizi se le immagini selezionate non rappresentano condizioni tipiche.

Risoluzione e Accessibilità

Mentre i dati di 10-30 metri sono eccellenti per i grandi ghiacciai, è meno efficace per le centinaia di ghiacciai più piccoli e i ghiacciai pendenti ripidi che sono anche prevalenti nelle Ande. Questi ghiacciai più piccoli sono spesso ricoperti di detriti, che li rende estremamente difficili da mappare esattamente utilizzando algoritmi automatizzati.

Il bisogno di convalida in-Situ

Le stazioni meteo, le misurazioni di bilancio di massa raccolte da scienziati di campo e le indagini sulla vasca sono essenziali per calibrare e migliorare i modelli derivati dal satellite. Il finanziamento e il mantenimento di questi programmi sul campo nell'ambiente patagonico duro è logisticamente difficile e costoso. Gli studi più robusti sono quelli che integrano con successo i dati in-situ con la vasta copertura spaziale fornita dai satelliti.

Missioni future

La missione NISAR (L- e S-band SAR) della NASA e dell'ISRO fornirà un monitoraggio globale completo delle calotte di ghiaccio e dei cambiamenti dei ghiacciai, tra cui la deformazione e la velocità delle superfici. Le missioni di altimetria dell'Agenzia Spaziale Europea continueranno a registrare l'elevazione critica, che forniranno i dati necessari per migliorare i modelli e proiettare la futura perdita di ghiaccio con maggiore fiducia.

Conclusioni

Le immagini satellitari hanno cambiato radicalmente la nostra comprensione della criosfera Patagonica. Le prove raccolte negli ultimi cinque decenni di telerilevamento sono inequivocabili: i ghiacciai della regione si stanno ritirando e disinnestando ad un ritmo accelerante. Questa perdita di ghiaccio è una risposta diretta ad un cambiamento climatico e ha impatti tangibili sui livelli del mare globale, sulle risorse idriche locali e sulle dinamiche ecosistemiche.