Antartide: le fibre ottiche controlleranno la fusione dei ghiacci

La Terra viene rapidamente cablata con cavi in fibra ottica, gli economici, flessibili fili di diossido di silicio che hanno rivoluzionato le telecomunicazioni. Hanno già attraversato gli oceani del pianeta, che collegano tutti i continenti tranne uno: l’Antartide. Ora, la fibra ottica è arrivata anche lì, ma per misurare la temperatura dei ghiacci piuttosto che per trasportare segnali di telecomunicazione. Un team di scienziati utilizzando un’innovativa tecnologia a base di cavi in fibra ottica, ha misurato le variazioni di temperatura all’interno e sotto il ghiaccio per 14 mesi. Questa tecnologia, dicono, offre un nuovo e potente strumento per osservare e quantificare la fusione alla base del West Antarctic Ice Sheet, il collasso del quale può portare ad un aumento a livello mondiale, dell’innalzamento del mare di oltre 3 metri.

“L’industria petrolifera e del gas per decenni ha utilizzato i cavi in fibra ottica per misurare le temperature nei pozzi trivellati”, dice Scott Tyler, un idrologo presso l’Università del Nevada, Reno (UNR). Tyler è riuscito ad adattare questa tecnologia per il proprio monitoraggio ambientale in luoghi che vanno dal deserto di Atacama in Cile alla Svizzera, espandendo la velocità di campionamento e risoluzione per misurare piccole variazioni di temperatura in laghi, corsi d’acqua, e atmosfera.

Recentemente, ha iniziato a sentire dagli scienziati che lavorano in Antartide che erano interessati a portarvi la tecnologia. La speranza era che i cavi potessero rivelare i segreti di cosa stava succedendo sotto le lastre di ghiaccio, soprattutto sulla fusione della linea cosiddetta di messa a terra, il luogo dove il fondo di una calotta di ghiaccio incontra l’oceano un po’ più caldo. Questa giunzione è dove avviene gran parte della fusione. Guidate da venti più forti derivanti dal cambiamento climatico, le acque dell’oceano nell’Oceano Meridionale si mescolano con più forza, in modo che l’acqua in profondità relativamente calda sale in superficie e corrode la parte inferiore del ghiaccio.

Tyler e i suoi colleghi, tra cui David Holland, un oceanografo presso la New York University e Victor Zagorodnov, un glaciologo presso l’Ohio State University, Columbus, hanno installato la nuova tecnologia da novembre a dicembre 2011. Hanno forato per circa 200 metri il ghiaccio, sbobinando in lunghezza la fibra ottica nel foro e poi steso il cavo attraverso il foro e giù per circa un chilometro nell’oceano. Per misurare le temperature lungo la lunghezza del cavo, il team ha mandato impulsi di luce verso il fondo della fibra e osservato come la fibra defletteva la luce, restituendola nella direzione da cui era venuta. “È come una torcia splendente in una stanza polverosa e si possono vedere i granelli di polvere,” ha detto Tyler. Quando la temperatura cambia la lunghezza del foro, la luce viaggia a velocità leggermente differente e il colore del cambiamento retrodiffuso della luce anche. Le frequenze della luce retrodiffusa sono misurate da un ricevitore ottico e questi segnali vengono elaborati per determinare le temperature. “È un cambiamento davvero sottile in colore che gli occhi non possono vedere, ma i nostri strumenti sì”, dice Tyler. “Il colore di quella luce mi dice la temperatura di quel luogo lungo la fibra”.

La potenza di questo “rilevamento della temperatura distribuita” è che offre molto più di un’istantanea di una temperatura a una particolare profondità, la tecnica ha permesso ai ricercatori di misurare temperature lungo tutta la lunghezza della fibra. Ecco che cosa hanno osservato: hanno pubblicato online questo mese su Geophysical Research Letters, che c’è stata una serie temporale ricca che mostra l’interazione dell’acqua ghiacciata e oceano. “Possiamo realmente vedere il fondo dell piattaforma in movimento nel tempo” cioè come il ghiaccio si scioglie”, dice Tyler. “Invece di un tasso annuale medio di fusione, possiamo ottenere il tasso di fusione quasi su base giornaliera, che è piuttosto difficile da fare,” dice Tyler. “Eravamo abbastanza sicuri che avremmo visto cambiamenti di temperatura — e lo abbiamo fatto, abbiamo visto un bell’afflusso di acqua calda,” un impulso che era circa -1,3 ° C, solo leggermente di sopra di congelamento per acqua di mare, che è circa-1,9 ° C”, afferma.

La registrazione continua di queste temperature può aiutare gli scienziati a sviluppare un’immagine dettagliata della fisica con cui l’oceano scioglie le piattaforme di ghiaccio da sotto, dice l’oceanografo Laurence Padman di Earth and Space Research a Corvallis, Oregon. I ricercatori possono misurare le variazioni annuali di quanto è il tasso di fusione, ad esempio, o gli effetti di un singolo impulso di acqua calda a profondità oceaniche. “Ci permette di sapere che cosa fa l’oceano e allo stesso tempo come il ghiaccio sta rispondendo ad esso,” dice Paolillo, che non è stato coinvolto nello studio. “È uno strumento pulito supplementare da tenere nella nostra cassetta degli strumenti per esaminare l’interazione oceano e ghiaccio.”

Uno svantaggio nell’utilizzare sensori di temperatura a fibra ottica per studiare piattaforme di ghiaccio, nota Padman, è che essi non sono particolarmente facili da implementare, ciò richiede la perforazione del ghiaccio che può avere uno spessore fino a 2 km. Così anche se offre la possibilità di raccogliere una serie di dati a tempo continuo, è improbabile che offrano un’ampia copertura territoriale. Ma “siamo abituati al fatto che nell’Antartico, non siamo in grado di ottenere tutto ciò che vogliamo,” dice.

Anche se la squadra di Tyler ha tirato i suoi strumenti fuori dal foro nel gennaio 2013, l’ormeggio che ha tenuto il cavo in posizione rimane congelato nella piattaforma del ghiaccio, e il team spera di poterci tornare per un lungo periodo di monitoraggio del progetto. Il laboratorio di Tyler ha anche lavorato con una squadra degli Stati Uniti che ha perforato nell’Antartico subglaciale il lago Whillans nel 2013, per l’installazione di un cavo in fibra ottica per misurare il flusso di calore nel lago.

Nel frattempo, egli sostiene, altri ricercatori si stanno interessando a come si potrebbe utilizzare la fibra ottica. La National Science Foundation supporta un centro congiunto presso UNR e Oregon State University che mette a disposizione attrezzature in fibra ottica per la Comunità di ricerca. “Il nostro obiettivo è quello di tenere questi strumenti sul campo,” ha detto Tyler.

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