Il lavoro di un Istituto di ricerca di Cambridge fa luce su un vuoto di dati nell’elaborazione delle immagini satellitari dei ghiacci antartici e nelle relative previsioni circa le dinamiche della loro fusione.

Il fenomeno del riscaldamento globale, negli anni, ha fatto sentire i suoi temibili effetti sulle regioni polari, per prime. Tra queste, la penisola antartica, già a partire dagli anni Settanta, registra temperature medie che, ogni estate, aumentano di oltre 3°C e l’oceano Antartico ha finora assorbito fino al 75% del calore in eccesso della Terra e il 40% di anidride carbonica. «Oceani più caldi e acidi stanno avendo ripercussioni sugli ecosistemi antartici, con molte colonie di pinguini che si riducono e che, in alcuni casi, scompaiono del tutto» [fonte: Antartic and Southern Ocean Coalition].

In un articolo del World Economic Forum, reso pubblico il 15 novembre 2023 (“Antarctica is melting faster than ever. Here’s what we can do about it”), gli autori sottolineano come, dal 2016, il ghiaccio marino che circonda l’Antartide si stia riducendo al ritmo di 150 miliardi di tonnellate all’anno.

«La causa principale è il riscaldamento degli oceani, che non solo scioglie direttamente la calotta glaciale, ma assottiglia anche le piattaforme di ghiaccio galleggianti che circondano l’Antartide e che trattengono la calotta glaciale sulla terraferma. Ma, man mano che le piattaforme perdono forza, consentono a più ghiaccio di fluire verso il mare, innalzando il suo livello» osservano.

In particolare, in un lavoro più recente, a cura della Standford University (“Heterogeneous Basal Thermal Conditions Underpinning the Adélie-George V Coast, East Antarctica” – Geophysical Research Letters, 19 gennaio 2024), viene espressa preoccupazione per la parte orientale dell’Antartide, piuttosto trascurata dai ricercatori perché ritenuta più stabile rispetto all’Antartide occidentale, sulla quale si è maggiormente focalizzata l’attenzione negli ultimi anni.

«Il bacino subglaciale di Wilkes, nell’Antartide orientale, ha le dimensioni della California – spiega il team di studio – e contiene abbastanza ghiaccio da innalzare il livello globale del mare di oltre 3 metri. Non sono state effettuate molte analisi in questa regione, in cui c’è un enorme volume di ghiaccio, rimasto fino a questo momento relativamente stabile. Ma stiamo osservando, per la prima volta, quanto la temperatura alla base della sua calotta glaciale sia vicina al potenziale scioglimento».

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Takeaway

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Gli impatti globali della fusione del ghiaccio antartico

Le conseguenze derivanti dallo scioglimento (in gergo tecnico “fusione”) del ghiaccio antartico sono correlate a un ventaglio assai ampio di impatti di natura ambientale e climatica, che interessano l’intero pianeta.

La ripercussione diretta riguarda l’innalzamento del livello del mare, che rischia di mettere in pericolo centinaia di milioni di abitanti delle zone costiere di tutto il mondo: anche solo pochi centimetri di innalzamento sono portatori di inondazioni, erosioni e mareggiate, con danni ingenti ad abitazioni, infrastrutture e terreni. [fonte: Intergovernmental Panel on Climate Change].

«L’innalzamento medio globale del livello del mare di un metro entro il 2100 causerebbe un aumento dei danni annuali dovuti alle inondazioni di due o tre ordini di grandezza, colpendo fino al 20,3% del PIL globale. Tuttavia, questa potrebbe essere una sottostima, poiché non possiamo escludere due metri di innalzamento del livello medio globale del mare entro il 2100», stima uno studio pubblicato su Nature quattro anni fa, (“Projections of global‐scale extreme sea levels and resulting episodic coastal flooding over the 21st century”, 30 luglio 2020).

Sempre gli analisti del World Economic Forum, mettono in guardia dal circolo vizioso innescato dalla fusione dei ghiacci antartici, responsabile di ulteriori aumenti della temperatura globale, in quanto, col fondersi del ghiaccio, vengono scoperte distese di mare aperto più grandi, dove «l’acqua più scura assorbe una maggiore quantità di radiazione solare, intrappolando più calore all’interno del sistema terrestre».

Un altro pericoloso meccanismo messo in moto dalla fusione della calotta glaciale dell’Antartide – fa notare il WF – è dato dalla diluizione dell’acqua marina con acqua dolce, rendendola in questo modo meno densa, col rischio di «rallentare il grande “nastro trasportatore” che guida la circolazione oceanica globale, modificando la distribuzione dei nutrienti, i modelli meteorologici globali e minacciando la sicurezza alimentare».

Focus sull’acqua di disgelo derivata dalla fusione superficiale del ghiaccio antartico

L’inedito lavoro di un gruppo di studiosi dello Scott Polar Research Institute, a Cambridge (UK), apparso su Nature Geoscience il 27 giugno 2024 (“Substantial contribution of slush to meltwater area across Antarctic ice shelves”), porta l’attenzione su aspetti meno sondati dei processi di fusione del ghiaccio antartico, ma non meno importanti ai fini della loro comprensione.

Al centro dell’osservazione da parte del team, le pozze di neve mescolata ad acqua (la cosiddetta “fanghiglia”) presenti sulle piattaforme di ghiaccio galleggianti dell’antartico, in seguito allo scioglimento superficiale di ghiaccio durante l’estate australe (dal 21 dicembre al 20/21 marzo), quando il clima si riscalda naturalmente.

Esiste una certa variabilità riguardo all’inizio, alla durata e all’area coinvolta dalla fusione superficiale dei ghiacci. Ciò che è certo è che l’acqua di disgelo viene immagazzinata come acqua stagnante (che va a formare dei laghi sulle piattaforme) o – appunto – come fanghiglia, con implicazioni sulle dinamiche che interessano le fratture delle piattaforme di ghiaccio, precisano i ricercatori dell’Ateneo inglese.

Il fatto che, ad oggi, l’acqua di disgelo e i suoi depositi non vengano presi in esame nei modelli climatici periodicamente stilati, costituisce, secondo gli autori, un limite preoccupante.

Perché l’acqua di disgelo influisce sulla stabilità delle piattaforme di ghiaccio

Il rischio legato all’acqua di fusione (sotto forma di laghi o di fanghiglia) è che essa penetri all’interno delle crepepresenti nel ghiaccio delle piattaforme, allargandole e provocando fratture. Nelle piattaforme più fragili, c’è il pericolo di collasso, col conseguente rilascio in mare del ghiaccio e, dunque, con l’innalzamento del livello dell’acqua.

«Dal momento che la fanghiglia è più solida dell’acqua di fusione, non causerà idrofratture nello stesso modo in cui lo fa l’acqua di un lago, ma è sicuramente qualcosa che dobbiamo considerare quando proviamo a prevedere come o se le piattaforme di ghiaccio antartiche collasseranno» rimarca il team.

La fanghiglia, però – insieme all’acqua stagnante dei laghi – agisce sui tassi di fusione del ghiaccio antartico: essendo, esse, meno bianche della neve e del ghiaccio, assorbono più calore dal sole, determinando, così, un maggiore scioglimento dei ghiacci.

Questo ulteriore scioglimento – commentano gli autori – non è preso in considerazione dagli attuali modelli climatici, il che «potrebbe indurre a sottostimare le previsioni circa lo scioglimento delle calotte glaciali e la stabilità delle piattaforme antartiche».

Machine learning a supporto della mappatura delle aree di fanghiglia

Gli studi precedenti hanno utilizzato le immagini satellitari ad alta definizione per analizzare e monitorare le variazioni dei ristagni di acqua di fusione superficiale sulle piattaforme di ghiaccio antartico.

«Ma nessuno studio – fa notare il gruppo di lavoro dello Scott Polar Research Institute – ha mappato l’area dell’acqua di fusione su tutte le piattaforme di ghiaccio antartiche in più stagioni. Inoltre, tutti gli studi, tranne un paio, fino ad oggi, hanno mappato solo l’acqua stagnante, non la fanghiglia. Ciò è dovuto alle difficoltà nel riconoscere, dalle immagini del satellite, questa classe di superficie, che è spettralmente simile a molti altri tipi, tra cui i laghi, la neve e il cosiddetto ghiaccio blu e, quindi è facilmente confondibile».

Da qui, l’idea di addestrare un algoritmo di machine learning mediante i dati video contenuti nell’imponente catalogo di immagini riprese dal satellite Landsat 8 della NASA, il quale ha realizzato registrazioni mensili delle aree occupate da fanghiglie e laghi di acqua stagnante su 57 piattaforme di ghiaccio dell’Antartide, tra il 2013 e il 2021.

L’obiettivo era quello di abilitare l’algoritmo a distinguere una fanghiglia da ciò che non lo è e a individuare i punti esatti della piattaforma di ghiaccio in cui essa si trova, per poi, in futuro, impiegare il modello di apprendimento automatico per identificare rapidamente le fanghiglie presenti nei ghiacci di tutto l’Antartide.

Avvalendosi del modello AI messo a punto, il gruppo di ricerca di Cambridge ha, come prima cosa – dai dati video satellitari che coprono il periodo 2013-2021 – scoperto che, nel cuore dell’estate australe, e cioè a gennaio, il 57%di tutta l’acqua di disgelo sulle piattaforme di ghiaccio dell’Antartide è contenuta nelle fanghiglie, mentre il restante 43% nell’acqua stagnante dei laghi. Una proporzione – questa- inaspettata e che conferma le ipotesi di partenza degli autori. Ma la questione è – puntualizzano – che «tutte queste aree di fanghiglia non sono mai state mappate su larga scala in tutte le grandi piattaforme di ghiaccio dell’Antartide, quindi oltre la metà di tutta l’acqua di fusione superficiale è stata sinora ignorata».

E non solo. Il modello di apprendimento automatico ha altresì contribuito a rilevare – nel periodo considerato – che la fanghiglia e i laghi hanno portato alla formazione di un quantitativo d’acqua di disgelo di 2,8 volte maggiore di quanto previsto dai modelli climatici standard, poiché – come accennato – essa assorbe più calore dal sole rispetto al ghiaccio o alla neve.

Estate australe a parte, man mano che il clima si riscalda, si forma sempre più acqua di fusione sulla superficie delle piattaforme di ghiaccio, con relativo aumento dell’instabilità di queste ultime, nonché del rischio di collasso e, conseguentemente, di innalzamento del livello del mare. Una catena, insomma.

Glimpses of Futures

Il lavoro illustrato fa luce su un vuoto di dati nell’elaborazione delle immagini satellitari dei ghiacci antartici e nelle relative previsioni circa le dinamiche che scandiscono la loro fusione. Un vuoto che un sistema di mappatura – delle aree di acqua stagnante e di pozze di neve mescolata ad acqua – potrebbe, in futuro, colmare.

Cercando, ora, di anticipare possibili scenari futuri, proviamo ad analizzare – aiutandoci con la matrice STEPS – gli impatti che l’evoluzione del metodo descritto potrebbe avere sotto più punti di vista.

S – SOCIAL: in uno scenario futuro, il fatto di poter disporre di un sistema in grado di restituire una visione puntuale e completa del processo di fusione del ghiaccio antartico, comprese le fasi che scandiscono lo scioglimento del ghiaccio superficiale durante l’estate australe, con la formazione di laghetti e pozze sulle piattaforme galleggianti che circondano la calotta glaciale, si tradurrebbe, per tutti gli Osservatori e gli organi preposti, in un calcolo più preciso dei quantitativi di acqua di disgelo e, dunque, in una previsione più accurata del grado di innalzamento del livello del mare. Il che è importante per un’allerta tempestiva – e per mettere in atto, per tempo, tutte le misure possibili – in quelle aree geografiche maggiormente esposte al rischio di inondazioni, nel tempo. La NASA indica le calotte glaciali di Groenlandia e Antartide come quelle «che immagazzinano circa due terzi di tutta l’acqua dolce sulla Terra»: da questo dato è intuibile la dimensione del problema e l’esigenza di poterlo stimare nel modo più dettagliato possibile, sfruttando le tecnologie più evolute.

T – TECHNOLOGICAL: quello sviluppato dal gruppo di studio, è solo un primo modello di machine learning per la mappatura delle aree di fanghiglia e acqua stagnante delle piattaforme antartiche. In futuro, proprio per stimare in maniera ancora più rigorosa lo scioglimento aggiuntivo, generato dalle fusioni superficiali di ghiaccio antartico – guidate sia dalla fanghiglia che dall’acqua stagnante – e fare previsioni sempre più scrupolose sullo scioglimento delle calotte glaciali e sulla stabilità delle piattaforme che le attorniano, si renderà necessaria la messa a punto di reti neurali artificiali dall’architettura più profonda. L’obiettivo è poter discernere con maggiore chiarezza, dai dati video satellitari riferiti alla fusione dei ghiacciai antartici nei prossimi anni, le zone occupate dai pozzi di neve mescolata ad acqua.

E – ECONOMIC: uno studio pubblicato su Scientific Reports il 18 gennaio 2024 (“Distribution of economic damages due to climate-driven sea-level rise across European regions and sectors”) ha modellato i potenziali impatti economici dell’innalzamento del livello del mare per 271 regioni europee entro il 2100, arrivando a calcolare una cifra pari a 872 miliardi di euro, come costo complessivo a carico delle economie UE. E l’Ufficio delle Nazioni Unite per la Riduzione del Rischio di Disastri fa sapere che, ogni anno, le inondazioni costano agli Stati Uniti tra i 179,8 e i 496 miliardi di dollari, sia che si tratti di un fiume in piena o dell’innalzamento delle acque costiere. In questo scenario, un sistema – come quello descritto – di mappatura delle aree di acqua stagnante e fanghiglie su tutte le piattaforme di ghiaccio antartiche, in grado di fare previsioni il più possibile in linea con la situazione reale circa il grado di innalzamento del livello delle acque, in futuro, potrebbe fungere da supporto nelle attività di prevenzione di eventi quali inondazioni, erosioni e mareggiate, portatori di danni economici diretti e indiretti, con ripercussioni sulle vite di coloro che li subiscono in prima persona, nonché sull’economia del Paesi in cui si verificano.

P – POLITICAL: l’European Environment Agency, in un articolo sui livelli estremi del mare e le inondazioni costiere, pubblicato i 17 gennaio 2024, conferma che, in numerose località lungo le coste europee, i livelli del mare sono aumentati. Si tratta di aumenti che l’EEA definisce “in corso”, in quanto inarrestabili perché prodotti dall’aumento medio globale del livello delle acque. Aumenti in corso «che amplificheranno la frequenza degli eventi storici estremi, esponendo la maggior parte delle località a condizioni critiche già con un valore di innalzamento del livello del mare superiore a 10 cm». Viene spontaneo domandarsi, leggendo queste stime, se derivino da modelli climatici che contemplano anche i dati inerenti all’acqua di disgelo e ai suoi depositi, nell’ottica di previsioni più attendibili sull’innalzamento del livello del mare. Ricordiamo che il modello ML sviluppato dagli autori – per quanto concerne l’arco di tempo compreso tra il 2013 e il 2021 – ha contribuito a rilevare un quantitativo d’acqua di disgelo di 2,8 volte maggiore di quanto previsto dai modelli climatici standard.

S – SUSTAINABILITY: l’innalzamento del livello del mare è la conseguenza più grave della fusione dei ghiacciai antartici, il suo nocciolo centrale, attorno al quale ruotano tutta una serie di effetti indiretti che vanno a ripercuotersi sull’ambiente e l’ecosistema del pianeta. Un sistema di intelligenza artificiale che, in futuro, ci aiuti a “misurare”, a quantificare il fenomeno (risolverlo è ormai impossibile), basandosi su dati che fotografano la situazione nella sua interezza, incluse le fasi di fusione del ghiaccio superficiale durante l’estate australe e la formazione di laghi e fanghiglie sulle piattaforme galleggianti, diverrebbe esso stesso “parte” dell’azione preventiva, attraverso un’allerta sempre più pronta e sollecita e la messa in atto di misure fisiche atte a mitigare il rischio di inondazioni e i loro effetti.