Ice-Ocean Past and Present Interactions in the Eastern Ross Sea

L'Hillary Canyon, situato alla foce del Glomar Challenger Basin scavato dai ghiacciai, è un condotto principale per il trasporto di sedimenti glacigenici e di acque fredde e dense che dalla piattaforma  cadono a cascata verso l'ambiente profondo, e di acque calde che riusalgono e si insinuano sotto i ghiacci. In quanto tale, è un'area preferenziale per studiare le interazioni passate e presenti tra ghiaccio e oceano per migliorare la nostra comprensione della sensibilità della calotta glaciale dell'Antartide occidentale ai futuri cambiamenti climatici. L'importanza di quest'area è testimoniata da una serie di progetti PNRA ed Eurofleets (https://www.eurofleets.eu/)  che affrontano i processi ghiaccio-oceano-sedimentari. La mancanza della necessaria risoluzione e copertura spaziale dei dati geofisici del fondale marino è, tuttavia, uno dei principali fattori che limitano la capacità della modellazione numerica di ricostruire lo scioglimento alla base della piattaforma glaciale, il collasso della calotta glaciale e le stime del cambiamento del livello del mare passati e futuri. Solo dati sismici sparsi collegano i siti sull'argine orientale dell'Hillary Canyon (perforati nell'ambito della spedizione IODP 374 co-guidata da L. De Santis, OGS) e i carotaggi PNRA sul sistema deposizionale investigato nel precedente progetto PNRA ODYSSEA. Inoltre, alcuni profili sono solo a canale singolo e per alcuni vecchi dati sono disponibili solo le versioni cartacee o già processate, impedendo ulteriori elaborazioni. I carotaggi a gravità corta studiati nel progetto MAECI-STREAM a est dell'Hillary Canyon sono promettenti, ma non riescono a connettersi ai siti IODP di cui sopra. IOPPIERS è progettato per acquisire i dati necessari per interpretare la stratigrafia del sistema sedimentario glaciomarino distale (controllato da correnti discendenti, ascendenti e lungo il pendio in condizioni ambientali glaciali-interglaciali) dei siti di perforazione 1524 e 1525, per comprendere la loro relazione geometrica con l'Hillary Canyon e per correlare le informazioni di carotaggio/log con la sismo-stratigrafia generale del Mare di Ross. I dati geofisici e oceanografici acquisiti nel 2017 (nell'ambito dei progetti Eurofleets ANTSSS e PNRA ODYSSEA) alla foce del Glomar Challenger Basin hanno mostrato una distribuzione non uniforme di incisioni lungo il bordo della piattaforma, con una netta mancanza nella regione attualmente interessata da intensa esportazione di acqua densa dalla piattaforma, forse indicando un afflusso più forte di acqua profonda circumpolare (CDW) su più cicli glaciali, ma sono necessari ulteriori dati geofisici per definire meglio i fattori che influenzano la morfologia del fondale marino e per assistere la futura modellazione numerica nel prevedere i cambiamenti dell'estensione e della stabilità della piattaforma di ghiaccio e, a loro volta, le variazioni del livello del mare. Inoltre, le correnti misurate vicino al fondale marino sul margine continentale, presumono velocità degne di nota, collegate sia allo scarico di acqua densa che al ciclo delle maree. La foce del Glomar Challenger Basin è oggetto di misurazioni oceanografiche e  del PNRA fino al 2007. Nel 2022, l'osservatorio oceanografico Hs è stato implementato nell'ambito del progetto PNRA SIGNATURE. Tuttavia, sono disponibili pochissime osservazioni, sebbene l'area sia molto critica per gli scambi di massa d'acqua tra le piattaforme, tra cui la formazione di acqua di fondo e l'intrusione di CDW sulla piattaforma. Anche l'area del Glomar Challenger Basin che si estende dal limite della piattaforma alla piattaforma di ghiaccio di Ross è scarsamente osservata. Pochi dati oceanografici (ad es. i due Lowered ADCP condotti nell'ambito del progetto PNRA ODYSSEA e di Eurofleets ANTSSS) hanno consentito studi sull'interazione tra correnti discendenti, ascendenti e lungo il pendio nella parte più profonda della scarpata continentale.

L'obiettivo generale è di definire le interazioni ghiaccio-oceano-sedimenti presenti e passate che operano presso l'Hillary Canyon e il Glomar Challenger Basin e di confrontarle e collegarle ai cambiamenti climatici passati (rappresentati nel paleo-record dei siti IODP) per far luce sulla sensibilità della calotta glaciale antartica ai cambiamenti climatici previsti nei prossimi secoli. Questo obiettivo generale sarà raggiunto attraverso i seguenti obiettivi specifici e azioni correlate:
1) delineare le caratteristiche morfo-strutturali dell'Hillary Canyon per definire la stratigrafia  del sistema sedimentario glacio marino distale perforato nei siti IODP, per rilevare i corpi sedimentari depositati su una vasta scala spazio-temporale e quindi ricostruire la morfologia profonda che ha controllato i processi successivi. Ciò sarà raggiunto mediante l'acquisizione di dati sismici per collegare meglio i siti IODP 1525 e 1524 con il record stratigrafico dei corpi sedimentari ODYSSEA situati alla base della scarpata continentale. 

2) stabilire la relazione tra la morfologia (fosse, canyon, rilievi) e le correnti di fondo discendenti,  ascendenti e lungo il pendio che controllano i processi sedimentari, l'ambiente biogeochimico e le caratteristiche della comunità bentonica. Ciò sarà ottenuto eseguendo rilievi acustici morfo-batimetrici e acustici.
3) valutare le correnti discendenti, ascendenti e lungo il pendio, le caratteristiche della massa d'acqua e la loro distribuzione. Ciò sarà ottenuto tramite misurazioni oceanografiche nella stagione estiva, utilizzando conduttività-temperatura-profondità (CTD) accoppiata con Lowered Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) e ADCP montato sulla chiglia della nave, integrati con profili di temperatura e salinità durante tutto l'anno da un misuratore galleggiante fornito dal programma Argo-Italia. 

4) valutazione delle dinamiche e della variabilità della corrente di fondo e della conseguente relazione con la morfologia, i processi sedimentari e le condizioni ambientali (bentoniche e biogeochimiche) mediante la raccolta di una registrazione annuale di velocità, direzione, torbidità e proprietà termoaline della corrente in un osservatorio oceanografico in acque profonde (Hd).
5) ricostruzione delle condizioni ambientali attuali, moderne e paleobiogeochimiche e bentoniche in diversi contesti morfologici, sedimentari, oceanografici (e di copertura del ghiaccio marino) e della loro evoluzione dall'ultimo massimo glaciale. Ciò sarà ottenuto mediante campionamento e analisi dei sedimenti superficiali (con carotatore multiplo o, se necessario a gravità/pistone).
6) ricostruzione della provenienza dei sedimenti e dei processi di separazione idraulica, mediante lo studio dell'archivio sedimentario su un'ampia gamma di dimensioni dei grani, dal limo alla sabbia, seguendo i protocolli e i metodi più recenti per l'identificazione dei singoli grani, accoppiando microscopia ottica e spettroscopia Raman. 

7) integrare il set di dati appena acquisito con i dati esistenti ottenuti tramite le misurazioni oceanografiche del PNRA e gli osservatori oceanografici  esistenti, le perforazioni IODP e le carote sedimentarie del PNRA, nonché i profili sismici esistenti accessibili tramite il Seismic Data Library System.

Le attività si svolgeranno nella 40° e 41° spedizione del PNRA nel 2024-2026

RISULTATI (attesi):
D1: Rapporto riassuntivo della crociera e rapporto completo della crociera.
D2: Creazione di un progetto Kingdom, caricamento dei set di dati sismici elaborati (da inserire nel sistema di biblioteca dati sismici antartici) e interpretazione integrata.
D3: Mappa dell'attuale morfologia del fondale marino e riflettività del fondale marino (dati multibeam, da inserire nel progetto di mappatura batimetrica antartica regionale IBCSO).
D4: Mappe e diagrammi che mostrano la distribuzione spaziale (sia orizzontale che verticale) delle masse d'acqua e delle correnti, e la variabilità temporale dai record di osservatori oceanografici e stazioni galleggianti.
D5: Set di dati sedimentari, sia di logging che di analisi di campioni di sedimento (quest'ultime da conservare presso il Museo dell'Antartide di Trieste).
D6: Mappe di interpretazione multi-proxy dei percorsi di sedimenti/masse d'acqua derivate dall'integrazione di set di dati sismici, acustici, batimetrici, sedimentari, (paleo)-biotici e oceanografici. 

D7: pubblicazioni congiunte a riviste ad alto impatto.
D8: materiale per la rendicontazione scientifica e amministrativa del progetto.