Il progetto C3

Il progetto C3 nella fase operativa

Pubblicato sul n. 64 di PROGRESSIONE

Le attività del progetto C3 – Cave’s Cryosphere and Climate sono quasi al secondo anno ma i risultati scientifici, e non solo quelli, stanno già dando grande soddisfazione al nutrito team di ricerca che rappresenta 5 paesi europei dello spazio alpino.

All’interno della grotta del ghiaccio 558 Fr (foto L. Torelli)

Dopo la firma dell’accordo operativo stipulato tra il Consiglio Nazionale delle Ricerche con l’Istituto di Scienze Marine (ISMAR) del Dipartimento Scienze del Sistema Terra e Tecnologie per l’Ambiente (DSSTTA)  e la CGEB – SAG nel dicembre 2016, la firma del progetto ha siglato l’inizio delle fasi operative che hanno visto due fasi distinte: una fase di studio, analisi ed elaborazione ed una seconda di esplorazioni, attività sul campo ed acquisizione dati.

L’attività di campo si è sviluppata inizialmente nel corso dell’ autunno 2016 in una cavità di ghiaccio del massiccio del Canin  con ingresso a circa 2300 m di quota, dove da diversi anni sono già in corso diverse attività di monitoraggio microclimatologico e di bilancio di massa del deposito di ghiaccio. Il team di ricerca si è in questa fase rinforzato con un nuovo elemento nel gruppo: Barbara Bertozzi, studentessa di Fisica dell’Università di Bologna, ha promosso un accordo tra la sua Università ed il CNR di Trieste per sviluppare la sua tesi di laurea in fluidodinamica geofisica all’interno delle grotte di ghiaccio. La sua tesi dal titolo “Feasibility study for understanding ice cave microclimate through thermo-fluid dynamics approaches” relatrice la Prof.ssa Silvana Di Sabatino, correlatori la Prof.ssa Beatrice Pulvirenti ed il Dott. Renato R. Colucci, è stata discussa a Bologna con punteggio di 110/110 e lode nel mese di Aprile. Ad oggi questi sistemi carsici interessati da depositi di ghiaccio permanente erano stati studiati principalmente a livello sperimentale mentre il tema fondamentale volto alla comprensione di come l’ambiente interno alla grotta interagisse con le condizioni esterne rimaneva piuttosto oscuro. In questo lavoro è stato proposto un nuovo approccio per comprendere il microclima all’interno di queste cavità grazie all’uso di studi numerici che possono contribuire alla comprensione dei processi coinvolti nella formazione e mantenimento del ghiaccio presente in grotta.

Figura 2. Le fasi di estrazione delle carote di ghiaccio da
1m attraverso il deposito di calcite criogenica evidenziato
nell’immagine dalla linea di detrito giallastro all’interno
del ghiaccio. Nella foto Marc Luetscher (Università di
Innsbruck) e Renato R. Colucci (CNR Trieste) durante
le operazioni di carotaggio.

Inizialmente si `e adottato un approccio di tipo generale, sono infatti stati individuati tre giorni rappresentativi per studiare i diversi tipi di circolazione che si possono innescare al variare delle condizioni esterne. Il confronto tra dati sperimentali e valori numerici ha permesso di valutare la qualità delle simulazioni e di identificare le principali problematiche che necessiteranno di essere esaminate in futuro con maggior dettaglio. Simulazioni più approfondite sono state quindi eseguite per un solo giorno al fine di indagare gli effetti della temperatura all’ingresso della grotta e di un ostacolo geometrico sul flusso all’interno della grotta stessa. In questo modo si `e dimostrato come metodi computazionali possano rappresentare un importante strumento per lo studio delle grotte di ghiaccio, migliorando e integrando le misure sperimentali.

A novembre 2016 si sono poi svolte le operazioni di carotaggio e recupero dei campioni di calcite criogenica grossolana (CCCcoarse) in-situ (all’interno di una sezione di ghiaccio) individuati l’estate precedente nella medesima grotta (figura 1).

Figura 1. Cristalli di calcite criogenica grossolana raccolti nella grotta di ghiaccio oggetto dello studio e fotografati su una tavoletta per misure nivologiche per evidenziarne le dimensioni

Questo ritrovamento, che rappresenta la prima evidenza a livello alpino di CCCcoarse in situ e verosimilmente al mondo, fornisce una importante opportunità per una migliore comprensione dei processi associati alla formazione della CCCcoarse in relazione al bilancio di massa di una grotta di ghiaccio. In presenza di un cambio climatico accelerato, come quello attuale, la necessità di azioni scientifiche atte a studiare i record fisici, chimici, isotopici e biologici di questi fragili ed ancora intatti archivi criosferici è quanto mai urgente, e le operazioni del progetto C3, in particolare in questa occasione, sono oltremodo necessari ed importanti dal punto di vista scientifico. Per questo motivo i campioni sono stati raccolti direttamente dal ghiaccio affiorante (Figura 2) e mantenuti congelati grazie allo stoccaggio immediato in contenitori con ghiaccio secco. Gli stessi, trasportati a valle con l’elicottero, sono poi stati trasportati nei laboratori dell’Università di Innsbruck (Austria) e del Paul Scherrer Institute (PSI) di Villigen (Svizzera) per le successive analisi.

Figura 3
Fasi di taglio della carota di ghiaccio estratta in Canin contenente il deposito di calcite criogenica. Le operazioni si sono svolte in cella fredda con una temperatura di -30°C

A gennaio, dopo opportune precauzioni e trattamenti, i campioni hanno iniziato ad essere analizzati (il lavoro è tuttora in corso) al fine di studiare la geochimica di dettaglio del deposito, la presenza e tipologia di pollini e l’età del deposito stesso. Quest’ultimo aspetto, forse il più interessante, vede l’uso intrecciato di diverse tipologie di indagine di datazione per validare i risultati di volta in volta. Sarà verosimilmente possibile, quindi, risalire al periodo di formazione di quel layer di ghiaccio nel quale la CCCcoarse è contenuta e stilare delle ipotesi quantitative sulla paleoclimatologia dell’area, almeno di quella fase più fredda dell’attuale nella quale la CCCcoarse si è cristallizzata.

Nei laboratori del PSI di Villigen, i campioni sono stati opportunamente sezionati (Figura 3) e quindi fusi a temperatura controllata, quindi filtrati per estrarne tutto il particolato ed, ovviamente, i cristalli di calcite criogenica contenuti all’interno.

L’opportunità di poter gestire per la prima volta un campione indisturbato ed ancora congelato di CCCcoarse con queste caratteristiche ha permesso al team di sottoporre alla comunità scientifica internazionale un primo lavoro di sintesi che è stato da poco accettato e pubblicato sulla rivista GFDQ con titolo “First alpine evidence of in situ coarse cryogenic cave carbonates (CCCcoarse)” a cura di Colucci R.R., Luetscher M., Forte E., Guglielmin M., Lenaz D., Princivalle F., Vita F. Il lavoro di ricerca è pubblicato in modalità open access ed è consultabile al link permanente https://gfdq.glaciologia.it/040_1_05_2017.

Le operazioni di estrazione delle carote sono state interamente video riprese ed in seguito hanno portato alla realizzazione di un breve corto di circa 3 minuti che prelude ad un più esteso documentario delle operazioni che sarà a breve presentato alla comunità scientifica e speleologica italiana.

L’attività di diffusione scientifica a livello internazionale si è ulteriormente arricchita nel mese di aprile con la presentazione di un abstract e poster dal titolo “Ice cores and calcite precipitates from alpine ice caves as useful proxies in paleoclimate reconstructions” alla European Geoscience Union di Vienna, ed a settembre con una relazione di Barbara Bertozzi et al. dal titolo “Understanding ice cave microclimate through thermo-fluid dynamics approaches: a case study from the southeastern Alps” presentata al meeting annuale della European Meteorological Society a Dublino (Irlanda). Le attività del C3 si sono spinte anche in Slovenia nella ben nota grotta di ghiaccio Paradana. Qui nel corso del mese di giugno 2017 sono stati eseguiti diversi profili Ground Penetrating Radar (GPR). Questi dati sono attualmente in fase di elaborazione da parte di uno studente di geologia del Dipartimento di Matematica e Geoscienze (DMG) dell’Università di trieste che li sta elaborando per la sua tesi di laurea triennale. Un altro studente triennale sta invece portando avanti un progetto di studio evolutivo del ghiaccio di grotta attraverso l’uso di tecniche fotogrammetriche. Mentre scriviamo questo pezzo inoltre, si sono appena concluse le operazioni di monitoraggio geofisico di un’altra cavita con ghiaccio permanente in Canin (Figura 4), con risultati che superano le più ottimistiche previsioni in termini di spessore del deposito e potenzialità cronologiche.

Figura 4
Le operazioni di monitoraggio con l’uso del GPR in un deposito di ghiaccio sotterraneo del Canin eseguite nell’autunno 2017

E’ ormai in uscita inoltre, con gli ultimi controlli bozze, un libro edito dalla casa editrice Elsevier interamente dedicato al fenomeno del ghiaccio in grotta a livello mondiale. “Ice Caves” il titolo appunto, con all’interno importanti contributi forniti dai risultati ottenuti anche all’interno del progetto C3 in particolare in quello che sarà il capitolo 19, dedicato al fenomeno delle grotte di ghiaccio in Italia.

Pozzo della 558 FR (foto R. Colucci)

Ci fa piacere inoltre menzionare un aspetto quasi glamour del C3, in quanto la curiosità sollevata dalle attività di questo progetto scientifico quanto mai innovativo messo in campo dalla CGEB-SAG è arrivata fino alle pagine della rivista Vanity Fair che ha dedicato un’intervista al responsabile scientifico ed un approfondimento con fotografie all’interno del supplemento “Excellence” n.21. Nell’uscita del 24 maggio 2017, a pg. 38 è pubblicato l’articolo dal titolo “Pensiamo al futuro” nel quale, tra gli altri argomenti, si parla appunto del progetto di ricerca speleo-scientifico C3 in “Nelle grotte di Leonardo”, ricordando una delle innumerevoli passioni e curiosità scientifiche di Leonardo da Vinci che lo portarono, per primo, a descrivere una grotta di ghiaccio osservata in Moncòdeno, nel gruppo delle Grigne, all’interno del Codice Atlantico.

Bibliografia

www.c3project.net

Maggi V., Colucci R.R., Scoto F., Giudice G., Randazzo L. (in preparation) Ice caves in Italy. Persoiu A. and Lauritzen S.E. (eds.) Ice Caves, Elsevier

Colucci R.R., Luetscher M., Forte E., Guglielmin M., Lanza D., Princivalle F., Vita F., 2017: First alpine evidence of in situ coarse cryogenic cave carbonates (CCCcoarse) Geografia Fisica & Dinamica Quaternaria, 40:1 53-59

doi: 10.4461/ GFDQ 2017.40.5 53-59

http://www.glaciologia.it/wp-content/uploads/FullText/full_text_40_1/05_GFDQ_40_1_COLUCCI_53_59.pdf

Colucci R.R., Fontana D., Forte E., Potleca M., Guglielmin M., 2016: Response of ice caves to weather extremes in the Southeastern Alps, Europe. Geomorphology, 261: 1-11

doi:  10.1016/j.geomorph.2016.02.017

http://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2016.02.017

Bertozzi B., Di Sabatino S., Pulvirenti B., Colucci R.R., 2017: Understanding ice cave microclimate through thermo-fluid dynamics approaches: a case study from the southeastern Alps. EMS Annual Meeting Abstracts Vol. 14, EMS2017-111, 2017 (EMS&ECAC 2016). European Conference for Applied Meteorology and Climatology, Dublin, Ireland 4-8 Sep. 2017 (oral presentation)

Colucci R.R., Barbante C., Bertò ., Dreossi G., Festi D., Forte E., Gabrieli J., Guglielmin M., Lenaz D., Luetscher M., Maggi V., Princivalle F., Schwikowski M., Stenni B., Žebre M., 2017: Ice cores and calcite precipitates from alpine ice caves as useful proxies in paleoclimate reconstructions. Geophysical Research Abstracts Vol. 19, EGU2017-4464, 2017. EGU General Assembly 2017 (poster). http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2017/EGU2017-17181-3.pdf

Colucci R.R., Bertozzi B., Fontana D., Forte E., Potleca M., Guglielmin M., 2016: .Abrupt decay of underground cryosphere driven by increasing extreme weather events in the Southeastern European Alps. EMS Annual Meeting Abstracts Vol. 13, EMS2016-313, 2016 (EMS&ECAC 2016). European Conference on Applied Climatology.Trieste, Italy 12-16 Sep. 2016 (poster+oral presentation)

Colucci R.R., Fontana D., Forte E., Potleca M., Guglielmin M, 2016: The new inventory of ice caves in Friuli Venezia Giulia (Italy) add to over 2500 ice caves in the southeastern Alps, Europe.7th International Workshop on Ice Caves (IWIC VII). Postojna 16-22 May 2016 (Poster)

Colucci R.R., Forte E., Maggi V., Stenni B., Barbante C., Bertò M., Dreossi G., Filipazzi M, Gabrieli J., Hoffmann H, Lenaz D., 2016: The Vasto ice cave in the south-eastern Alps, Europe: preliminary results from an ice core analysis . 7th International Workshop on Ice Caves (IWIC VII). Postojna 16-22 May 2016 (Poster)

Colucci R.R., Fontana D., Forte E., Potleca M., Guglielmin M., 2016: .Ice cave mass balance response to increasing extreme weather events. 7th International Workshop on Ice Caves (IWIC VII). Postojna 16-22 May 2016 (Oral Presentation)

A cura di Renato R. Colucci

Dipartimento di Scienze del Sistema Terra e Tecnologie per l’Ambiente, ISMAR-CNR

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