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DOSSIER: neve e ghiacciai, gli ultimissimi studi, servono le coperture?

Un grosso lavoro di ricerca pubblicato dalla rivista AINEVA e qui sintetizzato in breve e NOTEVOLMENTE SEMPLIFICATO per i lettori di MeteoLive da Alessio Grosso.

In primo piano - 17 Maggio 2010, ore 08.46

Secondo i risultati di uno studio pubblicato sulla rivista "neve e valanghe" a cura dell'Aineva un manto nevoso di sufficiente spessore (100 cm), accumulatosi presto nella stagione invernale, è capace di isolare la superficie del ghiacciaio e mantenere la temperatura all’interfaccia neve/ghiaccio intorno al valore di - 5 °C fino al raggiungimento dell’isotermia. Al contrario, uno spessore esiguo di neve, non permette di raggiungere condizioni di equilibrio, facendo quindi oscillare la temperatura basale fra - 2 e - 8 °C, in relazione alle variazioni della temperatura dell’aria. L’incremento di densità non ha avuto effetti sulla temperatura all’interfaccia neve/ghiaccio, ma ha generato un ritardo nel raggiungimento delle condizioni di isotermia, permettendo quindi al manto nevoso di permanere più a lungo sulla superficie del ghiacciaio. Il lavoro pubblicato descrive i fenomeni fisici che contribuiscono a determinare l’evoluzione del manto nevoso: -i processi di trasmissione del calore nel manto; -i processi che regolano l’assestamento del mezzo poroso multifase; -i processi di interazione del manto nevoso con l’atmosfera e con il suolo. Oltre ai dati rilevati presso le stazioni nivo-meteorologiche di passo Tonale e capanna Presena, è stata realizzata una campagna di misurazione sul campo con la collaborazione dei tecnici della Provincia. Il manto nevoso scambia energia con l’atmosfera e con il suolo in dipendenza delle condizioni meteorologiche, è soggetto a processi di diffusione del vapore al suo interno e attraverso il contorno, subisce processi di assestamento, di fusione, di scorrimento idrico. Il suo stato viene notevolmente influenzato dalle precipitazioni idriche e nevose. Il processo di assestamento della neve precipitata al suolo può essere suddiviso in due stadi che corrispondono, da una parte, al metamorfismo distruttivo e, dall’altra, al sovraccarico subito dal manto nevoso. La velocità di deformazione attribuibile al metamorfismo distruttivo può essere descritta mediante una legge che dipende in forma esponenziale dalla temperatura. Una legge empirica proposta da Anderson (1976), prevede, in assenza di acqua nel manto nevoso, un valore costante dipendente dalla temperatura finché la densità di volume si mantiene al di sotto di 150 kg/m3 (con deformazione dell’ordine dell’1% all’ora). Per densità maggiori la velocità di deformazione diminuisce secondo una relazione esponenziale della stessa. In presenza di acqua la velocità di deformazione viene notevolmente incrementata mediante un fattore moltiplicativo. La seconda componente di deformazione, che si presenta in tempi più lunghi, può essere descritta attraverso una legge lineare del sovraccarico. La trasformazione dimensionale dei grani all’interno del manto nevoso è un altro processo fisico importante nella descrizione della sua evoluzione. Influisce, per esempio, sulla permeabilità della neve ai flussi di vapore ed idrici, sul coefficiente di estinzione della radiazione solare e sulle resistenze meccaniche del manto nevoso. Nella neve asciutta si verificano processi di accrescimento dei grani causati dai flussi di vapore negli spazi intergranulari indotti dalle differenze di tensione di vapore alle diverse temperature in diverse zone del manto nevoso (metamorfismo costruttivo). Nella neve bagnata si verifica un forte incremento della crescita dei grani anche in presenza di piccole quantità d’acqua. Il flusso di energia superficiale è definito dalle componenti di onda corta e lunga della radiazione, dai flussi turbolenti del calore sensibile e latente e dal calore per convezione dovuto alle nevicate e alle piogge. La porzione di radiazione incidente che può essere assorbita o riemessa nell’atmosfera varia sia con la lunghezza d’onda che con le proprietà ottiche del mezzo e viene parametrizzata in termini di albedo per la radiazione di onda corta e in termini di emissività per la radiazione di onda lunga. In prima approssimazione, si assume che l’energia solare incidente sulla superficie del manto nevoso sia diffusa e isotropa. La radiazione che entra nel manto nevoso viene suddivisa nelle componenti visibile e vicino-infrarosso, con i relativi coefficienti di estinzione. La radiazione solare incidente, o di onda corta, è composta dalle componenti diretta e diffusa, quest’ultima dovuta alla dispersione nel passaggio attraverso l’atmosfera. Tutti i materiali irradiano energia elettromagnetica, la cui intensità è funzione della temperatura, del materiale e delle caratteristiche della superficie. La legge di Planck descrive lo spettro di potenza emesso da un corpo nero, perfettamente assorbente. Lo scambio netto di onda lunga consiste nelle emissioni termiche ascendenti dalla superficie della terra ed emissioni discendenti dovute a gas e materiale particolato presente in atmosfera. Il flusso ascendente di onda lunga, contiene una componente emittente, che corrisponde all’equazione di Stefan-Boltzmann, e una componente riflettente, proporzionale al flusso discendente. Nei confronti della radiazione di onda lunga, la neve è paragonabile ad un corpo nero con una emissività prossima a 1 (nel modello Sntherm viene utilizzato un coefficiente pari a 0.97). Il trasferimento di calore sensibile è il trasferimento di calore, dall’aria alla neve o viceversa, dovuto al gradiente termico, cioè dalla temperatura dell’aria e dello strato superficiale della neve, dalla velocità del vento e da coefficienti di scambio, determinati empiricamente. Il flusso di calore latente dipende invece dal gradiente di pressione di vapore tra l’aria e la superficie del manto nevoso. In funzione delle condizioni meteorologiche, il vapore acqueo può sublimare direttamente alla fase solida, rilasciando calore latente di sublimazione, oppure condensare in fase liquida e rilasciare calore latente di condensazione. Il flusso di calore per convezione si verifica in occasione di precipitazioni idriche o nevose. La precipitazione viene raffreddata alla temperatura della neve. Il calore trasferito alla neve durante questo processo è la differenza tra il contenuto di energia posseduto dalla precipitazione prima dell’arrivo sulla superficie innevata e quello posseduto dopo aver raggiunto l’equilibrio termico all’interno del manto nevoso. La quantità di calore aggiunto alla neve dalla precipitazione è direttamente proporzionale alla quantità di precipitazione e all’eccesso di temperatura che essa possiede rispetto al manto nevoso. Per manti nevosi isotermici a 0 °C (tipica situazione primaverile), questo rilascio di calore in favore della neve ne provoca lo scioglimento, mentre per manti nevosi che presentano temperature inferiori tale calore tende ad aumentarne la temperatura fino alla temperatura di fusione. Durante la stagione invernale e primaverile il terreno fornisce calore al manto nevoso a causa del gradiente termico che si instaura nel sottosuolo. Questo flusso termico, che può ritenersi trascurabile nel bilancio giornaliero rispetto al flusso energetico solare, può risultare significativo a livello stagionale. La conducibilità termica del terreno dipende dalla composizione mineralogica, dalla densità e, soprattutto, dal contenuto di umidità (un terreno congelato presenta una conducibilità termica maggiore). I valori disponibili in letteratura presentano una grande variabilità indicando la necessità di dedicare la necessaria attenzione nella definizione del parametro. Nei modelli di scioglimento nivale a questo viene, generalmente, assegnato un valore costante su tutto il periodo di analisi. Negli ultimi decenni, ed in particolare in questi ultimi dieci anni, i ghiacciai austriaci hanno perso in massa, con conseguente riduzione dell’estensione superficiale da un lato e di spessore dall’altro. Tutto ciò può avere un notevole impatto sulle infrastrutture presenti sui ghiacciai o nei loro pressi, come ad esempio impianti di risalita o piste da sci. Gli interventi di copertura dei ghiacciai in cosiddette ‘zone nevralgiche’, ovvero aree di comprensori sciistici su ghiacciai particolarmente interessate dal ritiro degli stessi, riduce significativamente lo scioglimento del ghiaccio. Le superfici coperte da appositi teli hanno in genere un’estensione che va da pochi metri quadrati fino al corrispondente di un campo da calcio. In media, al di sotto del rivestimento si sciolgono 2/3 di ghiaccio in meno che in assenza di copertura, ragion per cui se la neve invernale è sufficiente risulta possibile mantenere lo stesso spessore di ghiaccio, se non addirittura incrementarlo. Per lo studio dello stato dei ghiacciai e delle loro modifiche sono disponibili diversi programmi: • Il Programma di misurazione della lunghezza dei ghiacciai del Österreichischer Alpenverein, che dal 1891 rileva annualmente le oscillazioni della fronte di oltre 100 ghiacciai austriaci. • Le misurazioni dirette del bilancio di massa, effettuate su meno di 10 ghiacciai e avviate nella seconda metà del 19° secolo. Una delle più lunghe serie di rilevamenti del bilancio di massa riguarda il Hintereisferner nelle Ötztaler Alpen (Markl 1975,1979,1982, Kuhn et. al 1999). • Inventari dei ghiacciai che per più decenni rilevano regolarmente estensione superficiale e volumetria di tutti gli apparati glaciali. Per gli inventari dei ghiacciai austriaci del 1969 (Patzelt, 1980) e del 1998 (Lambrecht e Kuhn, 2007) ci si è avvalsi della procedura fotogrammetrica, mentre per il catasto 2006 attualmente in fase di elaborazione le valutazioni si basano su rilievi laser scan. Tutti i dati vengono integrati da osservazioni climatiche estese a un elevato numero di anni. Gli inventari dei ghiacciai hanno rivelato che tra il 1969 e il 1998 l’estensione superficiale degli apparati glaciali austriaci si è ridotta di circa il 17%. Come indicano alcune prime interpretazioni dell’inventario 2006, la perdita di estensione superficiale registrata tra il 1998 e il 2006 registra la stessa portata. Nel 1998 i ghiacciai presentavano solamente il 46% dell’estensione riferita alla massima espansione del 1850 (Groß, 1987; Lambrecht e Kuhn, 2007). L’oscillazione media annua in spessore della superficie dei ghiacciai è di circa 0,5 m. La progressione più rapida del fenomeno del ritiro dei ghiacciai in quest’ultimo decennio si riflette anche nell’evoluzione temporale del bilancio specifico di massa del Hintereisferner. Anche sul Hintereisferner la perdita media di massa di più anni è infatti di circa 0,5 m/anno, e in questi ultimi anni tale valore è stato in genere superato, tanto che la perdita di massa è stata dal triplo al quadruplo rispetto alla media di più anni. Causa ne sono state le condizioni meteorologiche sfavorevoli al ghiacciaio di questi anni, cioè scarse precipitazioni nevose invernali e temperature estive elevate. Il firn presenta un albedo più elevato rispetto al ghiaccio, il che significa che assorbe una minore percentuale di energia proveniente dalla radiazione solare diretta, riflettendone una quota maggiore. Di conseguenza, in presenza di eguali condizioni meteorologiche il ghiaccio presenta maggiore energia utile alla fusione rispetto al firn, e quanto più a lungo il ghiacciaio rimane coperto dal manto nevoso, tanto più il ghiaccio risulta protetto dalla fusione. Se invece la superficie del ghiaccio è esposta, il materiale più scuro assorbe più energia incrementando fortemente la fusione. Quanto più lungo risulta il periodo di ablazione superficiale, tanto più a lungo il ghiaccio è esposto e tanto maggiore è la fusione. Le precipitazioni nevose estive consentono invece al ghiacciaio di riparare la propria vulnerabilità. Si verificano quindi notevoli perdite sia volumetriche che in estensione superficiale. Tra il 1953 e il 2007, in un punto del Hintereisferner la lingua ha subito una perdita di ghiaccio di 162 m. Queste perdite si ripercuotono anche sulle infrastrutture presenti sul ghiacciaio o nelle sue prossimità, come ad esempio impianti di risalita o piste da sci. Dai valori climatici della Stazione Vent dal 1900 al 2006 a confronto con i bilanci di massa specifici rilevati in corrispondenza del Hintereisferner, a circa 10 km di distanza risulta che sia la temperatura atmosferica media su tutto l’anno che quella dei mesi estivi di giugno, luglio e agosto indicano una tendenza in aumento, con un’oscillazione di anno in anno più marcata durante l’estate. La somma annuale delle precipitazioni (N) diminuisce. L’effetto più conosciuto del ritiro del ghiacciaio è il ridursi della sua estensione, o meglio l’arretrare della fronte di ghiaccio. La fusione induce tuttavia anche una perdita in spessore della superficie del ghiacciaio, che comporta spesso anche modificazioni nella topografia dell’apparato stesso (Fischer, 2005). Questi due fattori, riduzione di volume e di superficie, sono suscettibili di rendere più difficoltose le attività di manutenzione ai fini della gestione delle aree sciistiche. Se ad esempio la fronte di ghiaccio è lontana dalla stazione a valle di un impianto di risalita, in autunno l’avvio della stagione sarà più difficile. La temperatura più bassa del ghiaccio rispetto alla roccia o ai detriti permetterebbe invece alla prima neve di mantenersi più a lungo sul ghiacciaio. Il minore spessore del ghiaccio provoca spesso avvallamenti concavi della superficie, per cui una pista inizialmente con pendenza regolare può alla fine risultare molto ripida nella zona superiore e molto pianeggiante invece in quella inferiore. Così, nell’arco di alcune stagioni, in corrispondenza di attraversamenti o della zona di accesso alle stazioni a valle possono venire a crearsi vere e proprie contropendenze. In punti con uno scarso spessore del ghiaccio la roccia sottostante può venire allo scoperto, e nell’arco di pochi anni creare una barriera naturale all’interno della pista. In presenza di forti modifiche alla conformazione superficiale, notevoli costi possono poi insorgere a seguito della necessità di sistemare ripetutamente i piloni di sostegno degli impianti a fune all’interno del ghiaccio in movimento. Nelle aree sopra descritte, ovvero le cosiddette ‘zone nevralgiche’ dei comprensori sciistici su ghiacciaio, è possibile mantenere lo spessore ricoprendo la superficie con telo geotessile e riducendo così notevolmente l’impegno manutentivo. L’idea di coprire il ghiacciaio e quindi di "conservarlo" proviene dall’osservazione di un fenomeno naturale: se la superficie di un ghiacciaio è ricoperta da detriti o polvere vulcanica di un certo spessore minimo, la fusione è infatti significativamente più lenta rispetto ad altre aree analoghe scoperte. I detriti riducono la penetrazione di energia sotto forma di luce solare diretta e calore sensibile, in modo che nel corpo glaciale vi è meno energia disponibile per la fusione. Il materiale più adatto è risultato essere un telo geotessile bianco dello spessore di pochi mm, molto resistente allo strappo e con caratteristiche di elevata stabilità meccanica. Si tratta di un materiale permeabile, per cui l’acqua del manto nevoso può evaporare e l’acqua piovana non si accumula negli avvallamenti. Come si è potuto constatare, la neve resta ben ancorata alla superficie, e neppure nelle zone di maggiore pendenza il telo geotessile costituisce una buona superficie di scorrimento per la formazione di valanghe a seguito di nuove nevicate. Il telo viene disteso sul manto nevoso invernale in primavera, le varie fasce vengono saldate tra loro e fissate lungo i bordi con dei pesi. In autunno, quando il ritmo di fusione è molto ridotto rispetto alla piena estate, le fasce vengono asportate e riposte per venire riutilizzate l’anno successivo. Come il bilancio di massa del ghiacciaio, anche il guadagno di massa, ovvero l’effetto di protezione della superficie tramite telo, oltre che dalle caratteristiche del materiale stesso dipende naturalmente da tutta una serie di altri fattori diversi. Da un lato, le condizioni meteorologiche, come la somma delle precipitazioni nevose invernali, le temperature estive e il verificarsi di nevicate estive. Dall’altro, anche aspetti topografici come altitudine, esposizione e pendenza influiscono in maniera importante sul bilancio energetico e di massa. In media, la copertura con telo geotessile comporta una riduzione della fusione di circa 2/3, il che significa che rispetto ad aree prive di rivestimento fonde solamente un terzo. La differenza tra aree munite di copertura e aree prive è tanto più marcata quanto più elevato risulta il tasso di fusione nel punto considerato. In altre parole, la copertura fa sentire maggiormente il suo effetto nelle aree del ghiacciaio a bassa quota e soleggiate rispetto a punti più in quota e in ombra. Negli anni meno favorevoli al ghiacciaio il guadagno a seguito dell’impiego del rivestimento è infine più marcato rispetto agli anni più favorevoli. Gli studi condotti dall’Istituto di Ecologia non hanno rilevato effetti negativi del rivestimento in telo geotessile sugli organismi viventi. Tra il 1997 e il 2006, l’oscillazione media dello spessore del ghiaccio dell’intero corpo era di -7,6 m, mentre nelle zone rivestite la perdita di spessore corrispondeva alla metà rispetto a quelle prive di copertura. Attualmente, all’interno dei comprensori sciistici tirolesi su ghiacciaio risulta rivestito circa il 3% della superficie, pari a meno di un promille dell’intera estensione degli apparati glaciali del Tirolo. I costi elevati fanno sì che tali coperture non possano venire impiegate in maniera generalizzata, e rimangano comunque limitate ai comprensori sciistici dei ghiacciai che dispongono delle infrastrutture e del personale necessario alla manutenzione dei teli. L’utilizzo delle coperture interesserà poi comunque sempre zone "nevralgiche", cioè aree in cui la fusione e la perdita di spessore sono particolarmente marcate e rischiano di avere un impatto negativo sulle infrastrutture esistenti. La contenuta estensione superficiale degli interventi fa comunque sì che essi non influiscano né sul bilancio di massa complessivo né sul flusso del ghiacciaio. Riuscire a ottenere un guadagno di massa rivestendo il ghiacciaio dipende sostanzialmente dalla quantità di neve invernale. Se è sufficientemente elevata si può infatti mantenere nel corso dell’estate consentendo così un guadagno di massa, mentre se all’inizio della stagione di ablazione la neve invernale è praticamente assente risulta possibile solamente ridurre la perdita di massa indotta della fusione del ghiaccio, senza tuttavia ottenere alcun guadagno di massa.


Autore : A cura dell'AINEVA, adattamento e sintesi di Alessio Grosso

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