Questa estate, Alex Anesio trascorrerà tre settimane circondati da migliaia di buche in una calotta glaciale artica. Lui e la sua squadra si accamperanno a miglia di distanza dall'insediamento più vicino, circondati da un paesaggio squarciato da enormi crepacci instabili. L'unico modo per entrare o uscire è in elicottero. Il panorama sonoro degli scienziati si ridurrà allo scricchiolio dei ramponi attraverso il ghiaccio, alla corsa delle correnti glaciali e al gemito occasionale di una massiccia calotta di ghiaccio che si riorganizza.
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"È come essere su un altro pianeta", afferma Anesio, un biogeochimico dell'Università di Bristol, in Inghilterra, che ha lavorato nell'Artico per circa 15 anni. "L'unica cosa che vedi intorno a te è il ghiaccio."
Lui e il suo team trascorreranno settimane su questa zona isolata della calotta glaciale della Groenlandia al fine di monitorare le pozzanghere che potrebbero avere il potere di manipolare il clima terrestre.
I diametri dei fori della cocononite variano nelle dimensioni da circa la larghezza di una matita a quella del coperchio di un bidone della spazzatura. (Joseph Cook) La capacità di armeggiare con il clima del nostro pianeta non è isolata dalle pozzanghere artiche. I microbi all'interno di queste piccole pozze e immersi in sedimenti lacustri sepolti miglia sotto la calotta glaciale dell'Antartico, potrebbero ospitare la capacità di alterare seriamente il ciclo globale del carbonio, nonché il clima. E i ricercatori hanno iniziato solo recentemente a esplorare questi mondi minuscoli.
Le pozzanghere che Anesio studia sono chiamate buchi di crioconite: "crio" che significa ghiaccio e "conite" che significa "polvere". Si sviluppano quando mucchi di detriti soffiati dal vento si depositano sulla superficie bianca e riflettente di un ghiacciaio o di una calotta glaciale. Più scuri della neve e del ghiaccio, questi detriti assorbono più calore dal sole dei suoi dintorni e fanno sì che il ghiaccio sottostante si sciolga in buchi cilindrici fino a circa un piede di profondità.
Gli scienziati una volta pensavano che questi buchi fossero privi di vita. Ma i ricercatori stanno ora scoprendo che in realtà contengono ecosistemi complessi di microbi come batteri, alghe e virus.
Milioni di questi buchi, che vanno generalmente dalla larghezza di una matita alla larghezza di un coperchio di un bidone della spazzatura, segnano le lastre di ghiaccio in un modello simile a un formaggio svizzero in tutto il mondo. Il team di Anesio ha stimato che, a livello globale, la superficie di questi fori ammonta a circa 9.000 miglia quadrate. È un po 'più piccolo dello stato del New Hampshire.
Man mano che questi ecosistemi oscuri e burrascosi si espandono attraverso il ghiaccio, possono far sì che quella che altrimenti sarebbe una superficie riflettente e rinfrescante assorba sempre più calore dal sole. Ciò potrebbe potenzialmente accelerare lo scioglimento della calotta glaciale della Groenlandia, il team ha riferito a marzo sulla rivista Geochemical Perspective Letters .
Ma il team di Anesio ha anche scoperto che gli organismi in questi buchi possono avere un effetto di raffreddamento sul pianeta succhiando attivamente anidride carbonica dall'atmosfera attraverso la fotosintesi. Infatti, quando i microrganismi prendono abbastanza di questo gas serra dall'atmosfera, i fori si comportano come pozzi di carbonio.
Resta da vedere se questi buchi aiutano a raffreddare o riscaldare il pianeta. Ma quando un clima più caldo crea più buchi, l'equilibrio sembra inclinare verso un riscaldamento netto piuttosto che un effetto di raffreddamento sull'atmosfera.
Anesio e il suo team lavoreranno quest'estate per monitorare le proprietà chimiche e fisiche di questi buchi in dettagli lancinanti per capire meglio come possono avere un impatto sui comportamenti glaciali e sul clima mutevole della Terra.
Quando una quantità sufficiente di polvere si accumula su una calotta glaciale, i fori per la crioconite si fondono e si trasformano in laghi, come questo in Groenlandia. (Joseph Cook) L'idea che i microrganismi possano vivere su ghiacciai e calotte glaciali - per non parlare del prosperare su scale significative a livello globale - è ancora relativamente nuova per la scienza. Fino alla fine degli anni '90, i ricercatori generalmente consideravano il ghiaccio su entrambi i poli come ambienti più o meno sterili.
"Quando guardi un ghiacciaio o una calotta glaciale, non vedi nulla che possa darti indizi sulla presenza della vita", afferma Jemma Wadham, collega di Anesio all'Università di Bristol. I biologi non avevano davvero studiato gli ambienti glaciali fino alla fine degli anni '90, quando apparvero le prime prove della vita microbica.
La precedente mancanza di interesse non era dovuta a limiti tecnologici, spiega Wadham. Tutto ciò che ci sarebbe voluto per trovare la vita sarebbe stato raccogliere l'acqua di fusione da davanti a un ghiacciaio e cercare segni di microrganismi attivi. "Nessuno l'aveva fatto", dice Wadham. "Il che suona un po 'pazzo, ma immagino che a volte le cose si evolvano."
Dagli anni '90, c'è stata un'ondata di ricerche che esplorano i microbi che vivono sulla superficie di o sotto i ghiacciai e le calotte glaciali. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno scoperto che questi microbi sono tutt'altro che dormienti. In effetti, il team di Anesio ha riferito in uno studio del 2009 che i microbi in alcuni fori di crioconite sono biologicamente attivi come quelli che si trovano in terreni più caldi fino a sud del Mediterraneo.
"È stato davvero sorprendente data la bassa temperatura e le basse condizioni nutritive [dell'ambiente]", afferma Joseph Cook, un ricercatore di fori per crioconite presso l'Università di Sheffield, che non è stato coinvolto in quello studio.
Nel corso di un anno, questa attività potrebbe assorbire cumulativamente fino a circa 63.000 tonnellate imperiali di anidride carbonica, secondo il team di Anesio nel documento del 2009. È paragonabile alle emissioni di circa 13.500 auto in un determinato anno, dice.
"[Lo studio di Anesio] è stato davvero il primo tentativo di quantificare la quantità di carbonio che entrava e usciva da questi sistemi, il che è stato un grande passo e molto importante", afferma Cook.
Alex Anesio e il suo team dormono in tende sul ghiaccio durante gli studi sul campo. Parte del ghiaccio sotto la tenda si scioglie, ma la tenda si comporta come un isolante e mantiene la maggior parte della base congelata, dice Anesio. (Chris Bellas) Le scoperte di Anesio non erano necessariamente quelle che ti aspetteresti da un corpo di acqua dolce. La maggior parte degli stagni e dei laghi generalmente rilasciano più anidride carbonica nell'atmosfera attraverso la decomposizione di materiale organico di quanto assorbano attraverso la fotosintesi.
Questo perché la maggior parte degli stagni e dei laghi si trovano nelle foreste e ricevono un flusso costante di resti di animali e piante da quelle foreste attraverso le acque sotterranee. Di conseguenza, stagni e laghi contengono spesso molto materiale decomposibile e la decomposizione si verifica spesso più frequentemente rispetto alla fotosintesi, spiega Anesio.
I fori per la crioconite, d'altra parte, sono isolati dalle foreste - a volte per decine di centinaia di miglia - e ricevono la maggior parte del loro materiale organico attraverso macchie di detriti dispersi nell'aria. Non c'è molto materiale da abbattere, quindi gli organismi fotosintetizzanti tendono a dominare, afferma Anesio.
Tuttavia, non ci vuole molto per capovolgere quello scenario. Se il sedimento all'interno dei fori diventa troppo spesso, la luce solare non può raggiungere il fondo. Ciò limita la fotosintesi e il tasso di decomposizione inizia a prendere il sopravvento.
"Tutte queste dinamiche dipendono molto dal movimento del ghiaccio e dal sollievo del ghiaccio", afferma Anesio. Questo può cambiare giorno per giorno e da stagione a stagione. "A volte hai molta fusione e ridistribuisci i granuli in strati più sottili, oppure a volte si accumulano in alcune parti del ghiacciaio."
Il team di Anesio cercherà di affrontare la questione di come queste buche cambiano nel tempo dormendo accanto a loro e monitorando la loro attività giorno dopo giorno quest'estate.
I suoni di ramponi e acqua corrente sono tra i soli rumori che sentirai in questo ambiente, dice Anesio. (Chris Bellas) Viaggia verso l'estremità opposta del mondo dal sito del campo di Anesio e troverai un'altra caratteristica dei ghiacciai che potrebbero svolgere un ruolo importante nel clima della Terra: laghi enormi, sepolti sotto fino a 4 km di ghiaccio antartico.
Questi laghi nascosti, alcuni di dimensioni paragonabili ai Grandi Laghi del Nord America, hanno attirato l'attenzione di ricercatori come Anesio e Wadham negli ultimi anni per diversi motivi. Per uno, questi laghi contengono acqua che è stata intrappolata per milioni di anni, ospitando una vita estrema che non è mai stata esposta a influenze umane.
I laghi possono anche immagazzinare grandi volumi del potente metano di gas serra, congelato in una forma chiamata idrati di metano. Se le calotte glaciali dell'Antartide crollassero, esporranno questi idrati, inondandoli di acqua di mare mentre l'oceano si riversava su porzioni del continente. Gli idrati destabilizzati si trasformerebbero in bolle di gas metano e riscalderebbero l'atmosfera, secondo Wadham e colleghi in uno studio pubblicato su Nature nel 2012.
Usando il radar aereo e l'imaging satellitare, i ricercatori hanno localizzato più di 400 di questi cosiddetti laghi subglaciali sotto la calotta glaciale dell'Antartico negli ultimi 50 anni. Ma non è stato fino al 2013 che un ambizioso team internazionale di ricercatori ha perforato con successo un pozzo trivellato attraverso quasi mezzo miglio di ghiaccio sulla superficie di uno di questi laghi per la prima volta.
Hanno perforato nuovamente con successo nel 2015 in una posizione vicina, raggiungendo la zona di messa a terra di una calotta glaciale per la prima volta in assoluto. La zona di messa a terra è un'area in cui una calotta glaciale perde il contatto con la terra e galleggia nel mare.
I ricercatori che hanno raccolto campioni di sedimenti e di acqua raccolti dalla zona di messa a terra forniranno al team nuove informazioni sulla stabilità della calotta glaciale dell'Antartico occidentale e sul suo potenziale per aumentare il livello globale del mare in caso di collasso. Il team misurerà anche l'attività microbica in questi sedimenti per comprendere meglio il ruolo di questi microbi sepolti nel ciclo globale del carbonio.
Slawek Tulaczyk, un ricercatore dell'Università della California, a Santa Cruz, che è stato uno dei principali scienziati in questi traguardi raggiunti, descrive la tensione di attesa che le loro attrezzature arrivino al loro sito di perforazione nel 2013, dopo oltre cinque anni di pianificazione con circa 50 collaboratori internazionali.
I ricercatori hanno organizzato il loro equipaggiamento, che pesa complessivamente circa 300.000 libbre, per viaggiare all'interno di 12 container attraverso 800 miglia di calotta glaciale per raggiungere il lago subglaciale Whillans nel sud-ovest dell'Antartide. Poco più profondo di altri laghi subglaciali, Whillans ha fornito ai ricercatori una discreta possibilità di successo grazie alla sua relativa accessibilità rispetto ad altri laghi sepolti sotto miglia di ghiaccio.
I camionisti impiegarono due settimane a trasportare l'attrezzatura, in parte estremamente delicata, sul sito di perforazione. Tutto ciò che gli scienziati hanno potuto fare è stato di attendere alla McMurdo Research Station e ascoltare gli operatori del camion che chiamavano con i loro rapporti.
"Abbiamo ascoltato alcune storie dell'orrore", dice Tulaczyk, spiegando che i conducenti hanno chiamato per segnalare gli articoli rotti e richiedere ulteriori forniture di saldatura. Fortunatamente, gran parte del danno è stato isolato nei container e non nel loro contenuto.
"Quando siamo entrati, ciò che era all'interno dei container è sopravvissuto abbastanza bene da consentirci di usarlo, ma i container stessi erano piuttosto malconci e sembravano aver attraversato molto", dice Tulaczyk.
Tulaczyk e colleghi hanno inventato qualcosa chiamato trapano ad acqua calda per accedere al lago Whillans. Nel corso di 24 ore, i ricercatori hanno annoiato un buco di circa un piede di diametro pompando acqua calda con forza verso il basso e facendola circolare in modo che, man mano che si approfondiva, il buco non si congelasse su se stesso.
Una volta raggiunta con successo la superficie del lago, i ricercatori hanno inviato sonde nel buco per raccogliere dati e campioni. Ma hanno dovuto farlo con cura e in modo pulito. Se contaminassero qualcuna delle loro apparecchiature, correvano il rischio di raccogliere microbi moderni che avrebbero confuso le loro scoperte e avrebbero rovinato un habitat altrimenti incontaminato.
Con loro entusiasmo e sollievo, il team ha trovato prove di microbi che vivono nell'acqua, dice Tulaczyk. Ci sono stati dei momenti in cui il team si è preoccupato di aver attraversato anni di pianificazione e ha speso milioni di dollari nel tentativo di raggiungere un vuoto senza vita.
Le loro scoperte aiutano a sostenere l'idea che grandi volumi di idrati di metano derivati microbicamente potrebbero trovarsi sotto la calotta glaciale dell'Antartico. I microbi potrebbero produrre questo metano decomponendo antiche foreste e altro materiale organico sotto il ghiaccio, Wadham, Anesio, Tulaczyk e colleghi proposti nel loro rapporto sulla natura del 2012.
I ricercatori che studiano i fori per la crioconite a volte devono indossare tute pulite per prevenire la contaminazione dei loro campioni microbici. (Alex Anesio) Utilizzando stime basate su misurazioni da sedimenti raccolti sotto la calotta glaciale della Groenlandia - un analogo comparabile ma molto più sottile della calotta glaciale dell'Antartico - il team ha calcolato che potrebbero esserci fino a 3, 9 milioni di tonnellate di metano imperiali nascoste sotto il ghiaccio dell'Antartico.
Data la potenza del metano come gas serra, questo potrebbe essere un problema per l'atmosfera terrestre se una gran parte della calotta glaciale dovesse sciogliersi. E, secondo le stime dei ricercatori dell'Università del Massachusetts, Amherst e Pennsylvania State University, ciò potrebbe accadere entro la fine del secolo.
Martin Siegert, un glaciologo dell'Imperial College di Londra, faceva parte del team che descrisse per la prima volta un lago subglaciale nel 1996. Dice che le stime di quanto metano si trova sotto il ghiaccio antartico sono teoricamente plausibili.
Tuttavia, i ricercatori dovrebbero misurare l'attività microbica nei sedimenti umidi sotto le calotte glaciali per consolidare la loro ipotesi, afferma Siegert. "È piuttosto semplice, il tipo di scienza che devi fare, la difficoltà è arrivare laggiù e la perforazione dell'acqua calda."
Anche se le stime sulla caduta della calotta glaciale entro la fine del secolo fossero corrette, tuttavia, probabilmente ci vorrebbe molto più tempo di quello per rendere rilevabile nell'atmosfera l'effetto degli idrati di metano, afferma Alexey Portnov, ricercatore nell'Artico Università di Tromsø in Norvegia. Portnov studia i resti di idrati di metano esposti alla fine dell'ultima era glaciale nell'Artico, così come gli idrati di metano che attualmente si scongelano dal permafrost artico oggi. Dice che anche se gli idrati di metano riposassero sotto la calotta glaciale dell'Antartide, e si destabilizzassero e iniziassero a far gorgogliare il metano attraverso l'acqua del mare in superficie, ci vorrebbero centinaia di anni perché queste riserve di metano abbiano un impatto rilevabile sul clima globale.
"Le calotte polari stanno collassando sempre più velocemente negli ultimi anni", afferma Portnov. "Tuttavia, per ottenere la quantità di metano da quegli idrati di gas per cambiare in qualche modo il clima, ci vorrà del tempo."
Nel frattempo, il metano idrata che si scongela dal permafrost e lungo le dorsali dei fondali marini poco profondi stanno già rilasciando questo gas serra nell'atmosfera a ritmi significativi, afferma Portnov. Le calotte glaciali sono solo uno dei tanti negozi di metano congelati che si stanno scongelando.
Il prossimo passo per il lavoro subglaciale con idrato di metano sarà quello di ottenere maggiori finanziamenti per intraprendere un'altra spedizione di perforazione in un lago più profondo. Gli sforzi precedenti - come quello multimilionario per perforare il Lago Ellsworth nel 2012 - sono falliti. Quindi, prima di provare ad accedere a laghi più profondi con attrezzature esistenti, i ricercatori e gli ingegneri devono collaborare per sviluppare nuove tecniche per progetti più profondi.
"Dobbiamo solo arrivarci e ottenere i campioni", afferma Wadham. "Questa è una delle sfide dei prossimi due decenni."
Grandi distese di crioconite - o polvere di ghiaccio - coprono la calotta glaciale della Groenlandia e altri ghiacciai di tutto il mondo, oscurando le loro superfici e inducendoli ad assorbire il calore del sole. (Joseph Cook) Mentre i ghiacciai e le calotte glaciali possono tappare fisicamente grandi depositi di idrati di metano sepolti o estrarre l'anidride carbonica dall'atmosfera attraverso milioni di piccoli fori, i loro impatti raggiungono molto più della loro impronta fisica.
Ad esempio, quando i buchi di crioconite si fondono abbastanza in profondità da drenare il fondo di un ghiacciaio, il loro contenuto può eventualmente raggiungere l'oceano, assorbendo i nutrienti nell'ecosistema marino. Ciò può causare fioriture di alghe su larga scala che potrebbero estrarre l'anidride carbonica dall'atmosfera in proporzioni significativamente maggiori di qualsiasi cosa i microbi in quei buchi potrebbero abbattere, afferma Anesio.
"Ciò avrebbe un impatto globale molto più forte perché la fissazione del carbonio nell'oceano ha un impatto enorme sul ciclo globale del carbonio", afferma.
Anche se un quadro completo di come i microbi del ghiacciaio influenzano il clima terrestre è lontano anni, Anesio e i suoi colleghi ricercatori polari avanzano. Affrontare questioni tecnologiche e ambienti difficili significa spesso che le loro scoperte si susseguono. Ma sono le sfide, sia intellettuali che fisiche, che attirano gli scienziati in questi paesaggi ghiacciati.
"È così bello essere lì, è incredibile", dice Anesio. “Le dimensioni e la scala delle cose sono così grandi, i fiumi e l'acqua e la forma del ghiaccio. Non vedo davvero l'ora di andarci. ”
Cook, all'università di Sheffield, è d'accordo. Trova campi di buchi di criooconite a perdita d'occhio per essere un'immagine piuttosto sorprendente.
"Guardare nei fori della criooconite è stranamente bello", afferma Cook. “È molto sereno ed è incredibile vedere qualcosa di così semplice in faccia che smentisce l'incredibile complessità di ciò che sta accadendo. È una specie di ipnotico. "
Il pozzo sul lago Whillans, che ha richiesto il coordinamento tra circa 50 collaboratori da tutto il mondo. (JT Thomas)
