Blog

Jul 03, 2023

Capire il ghiaccio con i laser: un nuovo strumento aiuta i ricercatori a studiare i ghiacciai remoti

Poiché il riscaldamento delle temperature atmosferiche porta all’assottigliamento e al ritiro dei ghiacciai in tutto il mondo, comprendere come i ghiacciai stanno rispondendo al cambiamento climatico, alla crescita delle alghe e alle impurità come polvere e nero

Poiché il riscaldamento delle temperature atmosferiche porta all’assottigliamento e al ritiro dei ghiacciai in tutto il mondo, è fondamentale capire come i ghiacciai stanno rispondendo ai cambiamenti climatici, alla crescita delle alghe e alle impurità come polvere e nerofumo. Comprendere la risposta aiuta scienziati, politici e comunità a mitigare i danni e a proteggere i bacini idrografici e le comunità che dipendono da questi ghiacciai. Tuttavia, molti ghiacciai si trovano in luoghi remoti a cui può essere difficile accedere e studiare. In un articolo pubblicato sul Journal of Glaciology nel maggio 2022, il fisico Markus Allgaier ha collaborato con geologi e geografi per sviluppare uno strumento portatile che può essere facilmente inserito in uno zaino e trasportato sui ghiacciai remoti per misurare le proprietà ottiche e la composizione del loro ghiaccio.

La raccolta di dati sulla composizione del ghiaccio e sul ritiro dei ghiacciai è importante per valutare come i ghiacciai stanno rispondendo al cambiamento climatico. I dati aiutano anche gli scienziati a prevedere in che modo le comunità a valle dei ghiacciai potrebbero essere colpite dal loro ritiro. Attualmente, molti glaciologi si affidano a tecniche di modellazione per valutare la composizione del ghiaccio dei ghiacciai, soprattutto per i ghiacciai più remoti che sono di difficile accesso e difficili da rilevare. Senza essere sul ghiacciaio, tuttavia, può essere difficile misurare con precisione la composizione del ghiaccio, la crescita delle alghe e i livelli di polvere e nerofumo. Questo deficit rende la glaciologia con lo zaino in spalla, ovvero l’escursionismo in luoghi remoti con attrezzature portatili per misurazioni fisiche sui ghiacciai, vitale per comprendere il ghiaccio e il suo comportamento.

I ghiacciai remoti, come il ghiacciaio Deming a Washington, sono raramente studiati a causa della difficoltà di accesso, soprattutto con attrezzature pesanti al seguito. I ricercatori devono invece affidarsi a foto satellitari o osservazioni da lontano che non sempre possono fornire il quadro completo del ritiro del ghiacciaio. (Per gentile concessione di Jenna Travers)

Tuttavia, la glaciologia dello zaino comporta un compromesso. Per essere portatili, gli strumenti sono spesso semplici e incapaci di misurare variabili come l’albedo, che è importante per comprendere la ritirata. Ad esempio, il North Cascades Glacier Climate Project, un progetto decennale che misura i ghiacciai nel nord-ovest di Washington, utilizza una lunga sonda metallica con segmenti staccabili, un telemetro laser e corde contrassegnate per condurre la maggior parte delle sue ricerche. Questi strumenti aiutano i ricercatori a raccogliere dati vitali sulla profondità della neve, sui tassi di ablazione, sulla posizione delle estremità e sui profili dei ghiacciai, ma gli scienziati che sperano di misurare l’albedo o la composizione del ghiaccio sui ghiacciai remoti hanno poche scelte a disposizione.

Allgaier, fisico post-dottorato presso l'Università dell'Oregon, sta lavorando per affrontare la mancanza di opzioni e migliorare gli strumenti di misurazione disponibili per i glaciologi di tutto il mondo. Allgaier ha spiegato in un'intervista con GlacierHub che, sebbene il suo background sia nella fisica quantistica, voleva "applicare questi campi alla scienza ambientale e alla ricerca sul clima", citando il suo amore per le montagne e il desiderio di contribuire alla ricerca incentrata sulla loro comprensione. Ha iniziato ricercando quali misurazioni ottiche utilizzano i glaciologi e pensando a come potrebbero essere migliorate e cosa mancava nelle tecniche attualmente utilizzate. Ha coinvolto glaciologi, geografi e idrologi per sviluppare insieme uno strumento.

Queste collaborazioni sono culminate nello sviluppo di un dispositivo che misura la composizione e la struttura del ghiaccio del ghiacciaio utilizzando fotoni o particelle di luce subatomiche. Il dispositivo spara un impulso laser nel ghiaccio del ghiacciaio e misura il tempo impiegato dai fotoni per rimbalzare sul ghiaccio e colpire un ricevitore a circa due metri di distanza. Le bolle d'aria all'interno del ghiacciaio diffondono l'impulso laser in direzioni casuali, modificando sia il tempo necessario per colpire il ricevitore sia la forma dell'impulso quando arriva lì. Secondo Allgaier, “la forma dell’impulso e la durata della luce rilevata sono uniche, e ci dicono quanta luce viene assorbita nel ghiaccio e quanta dispersione c’è”. Questi dati a loro volta consentono ai ricercatori di determinare la composizione e la densità del ghiaccio, nonché le proprietà ottiche dei ghiacciai. Questi possono essere utilizzati per prevedere il tasso di ritirata.