Cook glacier-Ocean system, sea LeveL and Antarctic Past Stability

Il ghiacciaio che termina nel Cook ice shelf drena la maggior parte della calotta che ricopre il Wilkes Subglacial Basin (WSB), con un volume di ghiaccio equivalente ad un innalzamento del mare globale di circa 3-4 m. In questa zona dell’Antartide la base della calotta si trova sotto al livello del mare, ed il substrato roccioso è inclinato verso l’interno del continente. Di conseguenza la calotta è vulnerabile alle variazioni di temperatura e di innalzamento del livello del mare. Le proiezioni climatiche a lungo termine suggeriscono che in questo settore dell’Antartide orientale, fino ad ora considerato più freddo e stabile, si potrebbe innescare un ritiro veloce della calotta in risposta all’intrusione di acque calde oceaniche (Circumpolar Deep Water, CDW). La disintegrazione di gran parte della piattaforma di ghiaccio davanti al Cook negli anni 70-80 e l’accelerazione del flusso del ghiaccio nelle zone orientali e interne del WSB (2003-2007) potrebbero rappresentare indizi del cambiamento di equilibro del sistema. Non si conoscono tuttavia nè la morfobatimetria della piattaforma, scarpata e rialzo continentale prospicente la grounding line (la linea che delimita la parte del ghiacciaio a contatto con il substrato) del ghiacciaio che termina nel Cook ice shelf, nè la circolazione e caratteristica delle masse d’acqua  oceaniche che raggiungono la grounding zone, sia attuale che passata. Pertanto non è possibile sapere se ci sono, o ci sono state in passato, le condizioni per masse d’acqua relativamente calda dell’Oceano meridionale, la Circumpolar Deep Current (CDW), di penetrare fino alla grounding line dei ghiacciai sotto la Cook ice shelf e Ninnis. Quest’informazione è fondamentale per prevedere i tempi e le modalità di reazione dei ghiacciai al riscaldamento dell’Oceano nei prossimi decenni. Il progetto COLLAPS mira quindi a colmare la mancanza di dati e misure in questa zona, circa l’ambiente attuale e passato mediante indagini multidisciplinari in mare, geologiche, geofisiche ed oceanografiche. 

Il principale obiettivo del progetto COLLAPS è fornire osservazioni dirette sulla dinamica, sia attuale che passata, dei ghiacciai che drenano la calotta che ricopre il Wilkes Subglacial Basin, in relazione alla circolazione oceanica. 

Il progetto COLLAPSE in particolare si pone tre quesiti di ricerca specifici:

● Ritiro del ghiacciaio che termina nella Cook ice shelf:

In che modo il ghiacciaio che termina nella Cook ice shelf si è espanso e si è ritirato durante e dopo il LGM? Ci sono prove che i ghiacciai che dreanano la calotta glaciale antartica orientale in questo settore, si siano ritirati durante l'optimum climatico del Miocene medio (ca. 14 Ma), durante il periodo caldo del Pliocene medio (3,3-3 Ma) e durante i periodi interglaciali del Pleistocene?

● Circolazione oceanica lungo il margine e sulla piattaforma:

Qual è la morfologia del margine continentale di fronte al ghiacciaio Ninnis e alla Cook ice shelf? Come la morfologia influenza la circolazione oceanica? La massa d’acqua (Circumpolar Deep Water, CDW) dell’Oceano Meridionale, relativamente calda e che si trova a profondità intermedia tra l’acqua superficiale fredda e quella abissale, penetra sulla piattaforma continentale? Riesce a raggiungere la base dei ghiacciai? C'è produzione di Antarctic Bottom Water (AABW) nelle aree costiere? C’è stata in passato?

● Interazioni ghiaccio-oceano:

La circolazione oceanica influenza oggi la stabilità dei ghiacciai e dell’ice shelf? Ha

influenzato la stabilità dei ghiacciai e dell’ice shelf nei passati periodi caldi?

La zona del rilievo COLLAPSE del 2022 è nell’area marina di piattaforma e scarpata continentale (500-3000 metri) prospiciente il ghiacciaio Cook (Antartide orientale, figura 1). L’area di indagine è compresa tra 158°E e 152°E di longitudine, 65 e 67°S di latitudine.

La zona del rilievo COLLAPSE del 2022 è nell’area marina di piattaforma e scarpata continentale (500-3000 metri) prospiciente il ghiacciaio Cook (Antartide orientale, figura 1). L’area di indagine è compresa tra 158°E e 152°E di longitudine, 65 e 67°S di latitudine.

Durante la campagna sono stati acquisiti dati con il subbottom Topas PS18, con il multibeam, con il termosalinografo, e con l’Acoustic Doppler Current Profile (ADCP 38kHz e 150 kHz), in continuo e contemporaneamente, in due zone della scarpata continentale compresa tra circa 2000 e 3500 metri, di fronte ai ghiacciai Cook e Ninnis, tra 65.5 e 64.5 di latitudine sud e tra 145 e 152 di longitudine est. I nuovi dati sono adiacenti ai rilievi dei progetti PNRA/MOGAM e OATES LAND del 2006, eseguiti con la nave OGS Explora. L’ampio set di dati multibeam acquisiti dal progetto COLLAPSE contribuiranno ad migliorare la risoluzione della carta batimetrica dell’Oceano meridionale IBCSO.

Sono stati acquisiti inoltre 229,79 km di linee sismiche multicanale e circa 300 km di dati magnetici. Sono stati acquisiti dati di direzione e velocità delle correnti con il sistema ADCP installato a chiglia (38 e 150 Khz). Sono stati lanciati 54 XBT e 14 XCTD distribuiti su due aree: il margine continentale attorno ai 66°S (148-149°E), e lungo i transetti del rilievo sismico, circoscritti da 65.63 - 65.06°S, 150.88 – 152.18 °E.

Sono stati lanciati due float ARGO sulla scarpata, in prossimità del margine continentale del ghiacciaio Ninnis per misurare la temperatura e la salinità durante il ciclo di vita delle boe. 

Sono stati acquisiti in continuo per la durata delle acquisizioni del progetto i dati di temperatura e di salinità dell’acqua prelevata a 6 m di profondità tramite il termosalinografo SBE21&38.

Sono stati prelevati 46 campioni di acqua dal rubinetto in contro-stiva, per analisi del contenuto di diatomee e coccoliti, particellato sospeso, isotopi C e N, biomarker lipidico, nutrienti (nitrati, nitriti, fosfati), nutrienti (acido silicico).  Sono stati prelevati alcuni campioni d’acqua (in totale 14) per l’analisi di salinità nel laboratorio del Centro di taratura e metrologia dell’OGS, allo scopo di controllare l’andamento della cella di conducibilità ottenuti in continuo tramite il termosalinografo SBE21+38.

Sono state prelevate 6 carote a gravità e 1 multicorer.

Su di tutte le carote sono state effettuate: analisi granulometriche ogni 5 cm, analisi geochimiche XRF in continuo (con risoluzione di 1 cm), raggi X, analisi della suscettività magnetica e densità mediante mulitsensor core logger, analisi paleomagnetiche (U-channel), analisi del contenuto d’acqua. Sono in corso le analisi del contenuto di materia organica, di diatomee, di foraminiferi, ostracodi, radiolari e silicoflagellati. Sono in corso analisi mineralogiche e petrografiche dei clasti e delle sabbie. Sono stati prelevati campioni per analisi di ancient DNA da effettuare in Australia, dopo l’analisi biostratigrafica.

Il rilievo COLLAPSE effettuato ha permesso di conseguire solo una parte gli obbiettivi prefissati poiché quando la nave ha raggiunto la zona delle operazioni, il ghiaccio marino aveva ormai coperto le aree della piattaforma prospicente il ghiacciaio Cook, oggetto principale del progetto. 

Non è stato possibile effettuare il rilievo nell’area immediatamente prospicente la Cook ice shelf, sulla piattaforma continentale. Fino al 3 marzo una parte della piattaforma continentale, lungo il bordo occidentale della valle era ancora libera dal ghiaccio marino. Poi invece è stato possibile acquisire dati morfobatimetrici, oceanografici e campioni d’acqua solo sulla scarpata e rialzo continentale. 

I dati batimetrici, sismici ed i campioni di sedimento e di acqua raccolti dal rilievo COLLAPSE sulla scarpata continentale sono comunque di ottima qualità. Evidenziano la presenza di una copertura sedimentaria di oltre 80 metri con tipiche geometrie di sediment drift, originate da correnti di fondo. L’analisi di tali strutture permetterà di comprendere i processi deposizionali più distali, legati alla circolazione oceanica ed indirettamente alla dinamica glaciale dei ghiacciai Ninnis e Cook. Le caratteristiche sedimentologiche e geochmimiche delle carote fa ipotizzare di aver recuperato informazioni di record precedenti all’ultimo massimo glaciale. Questo permetterà di confrontare tra di loro la dinamica dei diversi ghiacciai nella transizione dall’ultimo massimo glaciale all’attuale interglaciale e nei precedenti cicli glaciali ed interglaciali. Le analisi e le datazioni dei sedimenti è in corso.

I campioni di acqua superficiale permetteranno di calibrare i proxy utilizzati per ricavare l’informazione sulla temperatura e salinità dal record geologico delle carote

Figura 1. Area del rilievo del progetto COLLAPSE, sulla scarpata continentale prospicente i ghiacciai Cook, Ninnis e Mertz. La batimetria e da Dorschel, et al., 2022 https://doi.org/10.1038/s41597-022-01366-7. I dati acquisiti durante la campagna del progetto COLLAPSE sono: le linee in rosso, che mostrano la traccia dei profili di sismica a riflessione multicanale; le linee in nero, che corrispondono al rilievo subbottom Topas, multibeam e ADCP. Le carote sono i punti in arancione. I siti del rilascio dei due ARGO float sono i punti celesti. I dati esistenti corrispondono a: i siti IODP Exp 318 (punti bianchi); il rilievo di sismica a riflessione del progetto PNRA/WEGA (linee arancioni); i profili sismici, acquisiti da altre nazioni (linee bianche).  Dumont D’Urville è la stazione polare francese. 

Tre articoli sono in preparazione