Comprendere il movimento glaciale: una prospettiva globale

I ghiacciai, vasti fiumi di ghiaccio, sono elementi dinamici del nostro pianeta. Non sono blocchi statici, ma masse in costante movimento, che rispondono alla gravità e alle condizioni ambientali. Comprendere il movimento glaciale è fondamentale per capire il sistema climatico terrestre, l'evoluzione del paesaggio e l'impatto del cambiamento climatico sulle risorse idriche e sull'innalzamento del livello del mare.

Cos'è un ghiacciaio?

Prima di approfondire il movimento glaciale, è essenziale definire cosa costituisce un ghiacciaio. Un ghiacciaio è una massa perenne di ghiaccio, neve e firn (neve parzialmente compattata che è sopravvissuta ad almeno una stagione di fusione estiva) che si forma nel corso di molti anni e si muove sotto il proprio peso. I ghiacciai si trovano in ogni continente tranne l'Australia, dalle regioni polari alle montagne di alta quota.

Le caratteristiche principali di un ghiacciaio includono:

• Dimensioni e spessore: I ghiacciai variano in dimensioni, dai piccoli ghiacciai di circo alle massicce calotte glaciali che coprono migliaia di chilometri quadrati e raggiungono chilometri di spessore.
• Formazione del ghiaccio: Il ghiaccio glaciale si forma attraverso la compattazione e la ricristallizzazione della neve nel tempo. Man mano che la neve si accumula, comprime gli strati sottostanti, trasformando i cristalli di neve in firn più denso e infine in ghiaccio glaciale.
• Movimento: La capacità di fluire sotto il proprio peso è una caratteristica distintiva dei ghiacciai.
• Bilancio di massa: I ghiacciai guadagnano massa attraverso l'accumulo (precipitazioni nevose) e perdono massa attraverso l'ablazione (fusione, sublimazione e calving). L'equilibrio tra accumulo e ablazione determina se un ghiacciaio è in avanzamento, in ritiro o in equilibrio.

Meccanismi del movimento glaciale

I ghiacciai si muovono attraverso una combinazione di processi, classificati in linea di massima in:

• Deformazione interna
• Scivolamento basale

Deformazione interna

La deformazione interna, nota anche come scorrimento plastico (creep), è il processo mediante il quale i cristalli di ghiaccio all'interno del ghiacciaio si deformano e scivolano l'uno sull'altro sotto la forza di gravità. Il tasso di deformazione interna è influenzato da diversi fattori:

• Temperatura: Il ghiaccio più caldo è più deformabile di quello più freddo. I gradienti di temperatura all'interno del ghiacciaio influenzano il tasso di deformazione interna, con il ghiaccio basale più caldo che si deforma più facilmente.
• Spessore del ghiaccio: Il peso del ghiaccio sovrastante aumenta la pressione sui cristalli di ghiaccio, promuovendo la deformazione. I ghiacciai più spessi registrano tassi di deformazione interna maggiori.
• Orientamento dei cristalli di ghiaccio: L'orientamento dei cristalli di ghiaccio influisce sulla facilità con cui possono deformarsi. I cristalli di ghiaccio allineati in un orientamento favorevole alla deformazione contribuiranno maggiormente al movimento glaciale.

Immaginatelo come un mazzo di carte da gioco spinto di lato; le carte scivolano l'una contro l'altra. In un ghiacciaio, i cristalli di ghiaccio svolgono il ruolo delle carte.

Scivolamento basale

Lo scivolamento basale si verifica quando il ghiacciaio scivola sul suo letto. Questo processo è facilitato dalla presenza di acqua all'interfaccia ghiaccio-letto roccioso. L'acqua può provenire da:

• Fusione per pressione: La pressione del ghiaccio sovrastante riduce il punto di fusione dell'acqua, causando la fusione del ghiaccio alla base.
• Calore geotermico: Il calore proveniente dall'interno della Terra può fondere il ghiaccio alla base del ghiacciaio.
• Acqua di fusione superficiale: L'acqua di fusione dalla superficie del ghiacciaio può percolare verso il basso attraverso crepacci e mulini glaciali (pozzi verticali) fino al letto.

La presenza di acqua riduce l'attrito tra il ghiacciaio e il suo letto, permettendo al ghiacciaio di scivolare più facilmente. Il tasso di scivolamento basale è influenzato da fattori come:

• Pressione dell'acqua: Una maggiore pressione dell'acqua riduce l'attrito e aumenta i tassi di scivolamento.
• Rugosità del letto: Un letto più liscio consente uno scivolamento più facile, mentre un letto ruvido aumenta l'attrito.
• Sedimento: La presenza di sedimento sul letto può facilitare o ostacolare lo scivolamento, a seconda delle sue proprietà.

Lo scivolamento basale è un meccanismo particolarmente importante per i ghiacciai a flusso rapido e i flussi di ghiaccio, che possono muoversi a velocità di diversi metri al giorno.

Tipi di flusso glaciale

Mentre la deformazione interna e lo scivolamento basale sono i meccanismi fondamentali del movimento glaciale, i ghiacciai mostrano comportamenti di flusso diversi a seconda delle loro caratteristiche e delle condizioni ambientali. Questi includono:

• Flusso laminare
• Flusso a blocco
• Flusso estensionale e compressionale
• Avanzate glaciali rapide (Surge)

Flusso laminare

Il flusso laminare si verifica quando strati di ghiaccio scivolano l'uno sull'altro in modo fluido, senza mescolarsi. Questo tipo di flusso è tipico nei ghiacciai più freddi con velocità di flusso relativamente basse. Il profilo di velocità del flusso laminare è tale che il ghiaccio alla base si muove più lentamente di quello in superficie, a causa dell'attrito con il letto.

Flusso a blocco

Il flusso a blocco (plug flow) si verifica quando l'intero ghiacciaio si muove come un unico blocco, senza una significativa deformazione interna. Questo tipo di flusso è comune nei ghiacciai con un letto relativamente liscio e un'alta pressione dell'acqua. Il profilo di velocità del flusso a blocco è più uniforme di quello laminare, con il ghiaccio in superficie e alla base che si muove a velocità simili.

Flusso estensionale e compressionale

Il flusso estensionale e compressionale si verifica in aree in cui la pendenza del letto del ghiacciaio cambia. Nelle aree in cui la pendenza del letto aumenta (flusso estensionale), il ghiacciaio si allunga e si assottiglia. Nelle aree in cui la pendenza del letto diminuisce (flusso compressionale), il ghiacciaio si comprime e si ispessisce. Questi modelli di flusso possono creare crepacci (profonde crepe nel ghiaccio) nelle aree estensionali e ogive (modelli a bande sulla superficie del ghiacciaio) nelle aree compressionali.

I crepacci si formano dove lo sforzo di trazione nel ghiaccio supera la sua resistenza. Possono essere pericolosi per alpinisti e ricercatori.

Avanzate glaciali rapide (Surge)

Le avanzate glaciali rapide (surge) sono periodi di rapida accelerazione del flusso glaciale, durante i quali un ghiacciaio può muoversi a velocità di decine o addirittura centinaia di metri al giorno. I surge sono tipicamente innescati dall'accumulo di pressione dell'acqua sul letto del ghiacciaio, che riduce l'attrito e permette al ghiacciaio di scivolare rapidamente. I meccanismi esatti che innescano i surge sono ancora oggetto di indagine, ma si pensa che fattori come i cambiamenti nell'approvvigionamento idrico, la topografia del letto e lo spessore del ghiaccio giochino un ruolo.

Uno dei ghiacciai di tipo surge meglio documentati è il Variegated Glacier in Alaska, che ha subito un'importante avanzata nel 1995 dopo decenni di quiescenza. L'avanzata ha comportato cambiamenti significativi nella geometria e nei modelli di flusso del ghiacciaio.

Fattori che influenzano il movimento glaciale

Molti fattori influenzano la velocità e lo stile del movimento glaciale. Questi includono:

• Clima
• Topografia
• Geologia
• Dimensioni e spessore del ghiacciaio

Clima

Il clima è il principale motore del movimento glaciale. I cambiamenti di temperatura e precipitazioni influenzano il bilancio di massa di un ghiacciaio, che a sua volta influenza la sua velocità di flusso. Temperature più calde portano a un aumento della fusione e a una riduzione dell'accumulo, causando l'assottigliamento e il ritiro dei ghiacciai. Al contrario, temperature più fredde e maggiori precipitazioni portano a un aumento dell'accumulo e all'avanzamento del ghiacciaio.

Gli effetti del cambiamento climatico si fanno sentire in tutto il mondo. Ad esempio, i ghiacciai dell'Himalaya, spesso chiamati le "torri d'acqua dell'Asia", si stanno sciogliendo rapidamente a causa dell'aumento delle temperature. Ciò ha implicazioni significative per le risorse idriche e l'agricoltura nella regione.

Topografia

La topografia del terreno su cui scorre un ghiacciaio ne influenza il movimento. Pendenze ripide promuovono velocità di flusso più elevate, mentre pendenze dolci rallentano il flusso. Anche la forma della valle o del bacino in cui si trova un ghiacciaio influisce sul suo modello di flusso. Le strettoie nella valle possono far accelerare il ghiacciaio, mentre le aree più ampie possono farlo rallentare.

Considerate il contrasto tra un ghiacciaio vallivo confinato tra ripide pareti montuose e una calotta glaciale che si estende su una pianura relativamente piatta. Il ghiacciaio vallivo presenterà tipicamente velocità di flusso più elevate a causa della pendenza più ripida.

Geologia

La geologia del letto glaciale influenza il tasso di scivolamento basale. Un letto liscio e impermeabile promuove uno scivolamento più rapido, mentre un letto ruvido e permeabile lo rallenta. Anche la presenza di sedimento sul letto può influenzare i tassi di scivolamento, a seconda delle sue proprietà. Ad esempio, alcuni tipi di sedimento (come le argille morbide) possono deformarsi facilmente e permettere al ghiacciaio di scivolare più agevolmente.

Dimensioni e spessore del ghiacciaio

I ghiacciai più grandi e spessi generalmente si muovono più velocemente di quelli più piccoli e sottili. Questo perché il peso del ghiaccio aumenta la pressione sui cristalli di ghiaccio, promuovendo la deformazione interna, e la pressione dell'acqua sul letto, promuovendo lo scivolamento basale.

L'impatto del movimento glaciale

Il movimento glaciale ha un impatto profondo sul paesaggio, sul clima e sulle società umane.

• Evoluzione del paesaggio
• Regolazione del clima
• Risorse idriche
• Rischi naturali

Evoluzione del paesaggio

I ghiacciai sono potenti agenti di erosione e deposizione. Mentre si muovono, scavano valli, scolpiscono montagne e trasportano enormi quantità di sedimento. L'erosione glaciale crea morfologie distintive come:

• Valli a U
• Circhi (depressioni a forma di conca)
• Arête (creste affilate)
• Corni (cime piramidali)
• Striature (graffi sulla roccia madre)

La deposizione glaciale crea morfologie come:

• Morene (creste di sedimento depositate ai margini del ghiacciaio)
• Esker (creste sinuose di sedimento depositate da corsi d'acqua di fusione sotto il ghiacciaio)
• Kame (cumuli di sedimento depositati sulla superficie del ghiacciaio)
• Piane proglaciali (aree pianeggianti di sedimento depositate da corsi d'acqua di fusione oltre il termine del ghiacciaio)

I fiordi della Norvegia sono un classico esempio di valli a U scavate dai ghiacciai durante le passate ere glaciali. Anche i Grandi Laghi del Nord America sono stati formati dall'erosione glaciale.

Regolazione del clima

I ghiacciai svolgono un ruolo nella regolazione del clima terrestre. Le loro superfici luminose riflettono la luce solare nello spazio, contribuendo a mantenere il pianeta fresco. Immagazzinano anche grandi quantità di acqua, che possono moderare il deflusso dei corsi d'acqua e aiutare a tamponare le siccità.

Tuttavia, man mano che i ghiacciai si sciolgono a causa del cambiamento climatico, contribuiscono all'innalzamento del livello del mare e riducono la quantità di luce solare riflessa nello spazio, il che può accelerare ulteriormente il riscaldamento.

Risorse idriche

I ghiacciai sono un'importante fonte di acqua dolce per molte regioni del mondo. L'acqua di fusione dei ghiacciai fornisce acqua per bere, per l'irrigazione e per l'energia idroelettrica. Tuttavia, man mano che i ghiacciai si riducono a causa del cambiamento climatico, la disponibilità di quest'acqua è minacciata.

Nelle Ande del Sud America, molte comunità dipendono dall'acqua di fusione glaciale per il loro approvvigionamento idrico. La riduzione dei ghiacciai in questa regione sta causando carenze idriche e conflitti per le risorse idriche.

Rischi naturali

Il movimento glaciale può anche comportare rischi naturali. Le avanzate glaciali rapide (surge) possono innescare inondazioni catastrofiche, note come jökulhlaup. Queste inondazioni possono sommergere le aree a valle, causando danni diffusi e perdite di vite umane.

Il vulcano Grímsvötn in Islanda si trova sotto la calotta glaciale del Vatnajökull. Le eruzioni del Grímsvötn possono fondere grandi quantità di ghiaccio, innescando jökulhlaup che possono minacciare le infrastrutture e le comunità a valle.

Monitoraggio del movimento glaciale

Il monitoraggio del movimento glaciale è essenziale per comprendere la dinamica dei ghiacciai e la loro risposta al cambiamento climatico. Vengono utilizzate diverse tecniche per monitorare il movimento glaciale, tra cui:

• Telerilevamento satellitare
• Rilievi a terra
• Misure GPS
• Fotografia time-lapse

Telerilevamento satellitare

Il telerilevamento satellitare fornisce un modo economico ed efficiente per monitorare il movimento glaciale su vaste aree. Le immagini satellitari possono essere utilizzate per tracciare i cambiamenti nell'estensione del ghiacciaio, nella velocità di flusso e nell'elevazione della superficie. Il Radar Interferometrico ad Apertura Sintetica (InSAR) è una tecnica particolarmente utile per misurare il movimento glaciale, poiché può rilevare sottili cambiamenti sulla superficie terrestre con alta precisione.

Rilievi a terra

I rilievi a terra comportano misurazioni dirette del movimento glaciale utilizzando strumenti topografici come stazioni totali e teodoliti. Queste misurazioni possono fornire dati molto accurati sulle velocità di flusso e sui modelli di deformazione del ghiacciaio. Tuttavia, i rilievi a terra richiedono molto lavoro e possono essere difficili da condurre in ambienti remoti e pericolosi.

Misure GPS

Le misure GPS (Global Positioning System) forniscono un modo relativamente facile e preciso per tracciare il movimento glaciale. I ricevitori GPS possono essere posizionati sulla superficie del ghiacciaio e utilizzati per tracciare la loro posizione nel tempo. I dati raccolti dai ricevitori GPS possono essere utilizzati per calcolare le velocità di flusso e i tassi di deformazione del ghiacciaio.

Fotografia time-lapse

La fotografia time-lapse consiste nel scattare una serie di fotografie di un ghiacciaio nel tempo. Confrontando le fotografie, è possibile visualizzare il movimento glaciale e tracciare i cambiamenti nell'estensione e nelle caratteristiche della superficie del ghiacciaio. La fotografia time-lapse può essere uno strumento prezioso per coinvolgere il pubblico e sensibilizzare sugli impatti del cambiamento climatico sui ghiacciai.

Conclusione

Il movimento glaciale è un fenomeno complesso e affascinante che svolge un ruolo cruciale nel modellare il nostro pianeta. Comprendere i meccanismi del movimento glaciale, i fattori che lo influenzano e il suo impatto sul paesaggio, sul clima e sulle società umane è essenziale per affrontare le sfide poste dal cambiamento climatico e per gestire le risorse idriche in modo sostenibile.

Mentre i ghiacciai continuano a sciogliersi e a ritirarsi in risposta al cambiamento climatico, è più importante che mai monitorare il loro movimento e comprenderne le implicazioni per il futuro.

Utilizzando una combinazione di ricerca scientifica, progressi tecnologici e coinvolgimento del pubblico, possiamo acquisire una comprensione più profonda del movimento glaciale e lavorare per un futuro più sostenibile per il nostro pianeta.

Letture consigliate

• Paterson, W. S. B. (1994). *The physics of glaciers* (3rd ed.). Butterworth-Heinemann.
• Benn, D. I., & Evans, D. J. A. (2010). *Glaciers & glaciation* (2nd ed.). Hodder Education.