Tectonically inherited shelf bathymetry mediates ice-ocean interaction in Lützow-Holm Bay, East Antarctica

Il fondale oceanico sotto le piattaforme di ghiaccio dell'Antartide non è una pianura piatta e priva di caratteristiche. È un paesaggio scolpito da forze antiche e rimodellato dal movimento del ghiaccio, ricco di fosse profonde e creste superficiali che fungono da guardiani per l'acqua che scorre sotto la calotta. Questa topografia sottomarina è critica perché controlla come l'acqua calda proveniente dall'oceano profondo raggiunga la base dei ghiacciai. Quando quest'acqua calda, nota come acqua Circumpolare Profonda modificata, fluisce nei canali profondi, scioglie il ghiaccio dal basso, causando l'assottigliamento delle piattaforme di ghiaccio e il ritiro dei ghiacciai. Tuttavia, per decenni, gli scienziati hanno lottato per vedere chiaramente questo paesaggio nascosto. La spessa e persistente banchisa ha impedito alle navi di navigare vicino ai fronti dei ghiacciai, lasciando grandi lacune nelle nostre mappe. Senza mappe accurate della profondità e della forma di questi canali sottomarini, è impossibile prevedere come l'oceano interagirà con il ghiaccio in futuro, o capire come le calotte glaciali si siano comportate durante i passati cambiamenti climatici.

Un team di ricercatori guidato da Masakazu Fujii e Yoshifumi Nogi dell'Istituto Nazionale per la Ricerca Polare del Giappone ha finalmente colmato alcune di queste lacune per una regione specifica chiamata Baia di Lützow-Holm, nell'Antartide Orientale. Sfruttando rare estati in cui il ghiaccio marino si è rotto abbastanza da permettere il passaggio di una nave, sono navigati vicino ai fronti dei ghiacciai e hanno utilizzato onde sonore per mappare il fondale con un'accuratezza posizionale migliorata. Il loro lavoro rivela una complessa rete di avvallamenti profondi e soglie superficiali che sono stati modellati dalla struttura rocciosa sottostante della crosta terrestre. Hanno scoperto che la profondità dei canali che conducono ai diversi ghiacciai varia significativamente, creando barriere naturali che possono permettere o bloccare il flusso di acqua calda. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che la direzione e la posizione di questi canali profondi si allineano con antiche crepe e confini nel basamento roccioso, suggerendo che la geologia del continente ha aiutato a guidare il percorso delle vie più profonde scavate dal ghiaccio milioni di anni fa.

I ricercatori hanno condotto la loro indagine durante tre estati separate tra il 2016 e il 2018, utilizzando la rompighiaccio giapponese Shirase per navigare nella baia. Hanno utilizzato un sistema acustico a singolo fascio ad alta risoluzione per ottenere misurazioni della profondità lungo le rotte della nave. Hanno raccolto oltre 900.000 misurazioni di profondità individuali, creando un'immagine dettagliata del fondale marino con una precisione posizionale superiore rispetto alle mappe precedenti. Per garantire la correttezza di queste misurazioni, hanno tenuto conto della velocità del suono nell'acqua, che cambia con la temperatura e la salinità. Combinando i loro nuovi dati con misurazioni più vecchie e meno precise effettuate dal ghiaccio marino in passato, hanno prodotto una mappa completa della geometria sottomarina della baia.

La nuova mappa mostra una differenza sorprendente nella profondità dei canali che conducono ai vari ghiacciai della baia. Il canale principale davanti al Ghiacciaio Shirase è profondo e largo, raggiungendo profondità superiori ai 1.000 metri e collegandosi direttamente all'oceano profondo attraverso un ingresso che è profondo circa 740 metri. Questa connessione profonda significa che l'acqua calda può fluire relativamente facilmente verso la base del Ghiacciaio Shirase. Al contrario, i canali che conducono ai ghiacciai Skallen, Telen e Honnør sono separati dal principale avvallamento profondo da creste sottomarine superficiali, o soglie. L'ingresso dei canali Skallen e Telen è bloccato da una soglia profonda circa 580 metri, mentre l'ingresso del canale Honnør è ancora più superficiale, a circa 480 metri. Queste creste superficiali agiscono come soglie; non fermano completamente l'acqua calda, ma rendono più difficile il raggiungimento dei fronti dei ghiacciai da parte degli strati d'acqua più profondi e caldi. Se l'acqua calda possa superare queste soglie dipende dalle condizioni oceaniche al momento, ma la forma fisica del fondale marino stabilisce la scena per queste interazioni.

Lo studio ha anche esplorato perché questi canali e creste esistono nelle loro posizioni specifiche. I ricercatori hanno confrontato la nuova mappa batimetrica con i dati sulle anomalie magnetiche nell'area, che rivelano la struttura dell'antico basamento roccioso nascosto sotto il ghiaccio e i sedimenti. Hanno scoperto che il segmento dell'avvallamento con andamento NW-SE è spazialmente allineato con un importante confine magnetico nella crosta terrestre. Questo confine è un residuo dell'antica attività tettonica avvenuta quando il supercontinente Gondwana si è frammentato. L'allineamento suggerisce che il ghiaccio non ha scavato questi canali casualmente; invece, i ghiacciai hanno seguito debolezze e fratture preesistenti nel basamento roccioso, approfondendole nel tempo. Ciò significa che la forma del paesaggio sottomarino odierno è il risultato sia della geologia antica del continente che del potere erosivo delle calotte glaciali che vi sono fluite sopra per migliaia di anni.

Queste scoperte hanno implicazioni importanti per la comprensione di come la calotta glaciale antartica risponda a un clima che si riscalda. La profondità delle soglie e l'allineamento dei canali determinano la facilità con cui l'acqua calda può raggiungere il ghiaccio. Se l'acqua è abbastanza profonda da scavalcare le soglie, può accelerare la fusione e destabilizzare le piattaforme di ghiaccio. I ricercatori suggeriscono che la natura segmentata dei canali, con le loro diverse profondità e connessioni, crea un sistema complesso in cui i diversi ghiacciai possono reagire diversamente alle stesse condizioni oceaniche. Il Ghiacciaio Shirase ha un percorso potenziale più profondo e continuo per l'accesso all'acqua calda, mentre le soglie più superficiali possono limitare l'accesso ai canali dei fronti dei ghiacciai Skallen, Telen e Honnør. L'effettiva efficacia di questi percorsi dipende dalle condizioni oceanografiche variabili nel tempo.

L'articolo non sostiene di aver risolto l'intero enigma dell'interazione ghiaccio-oceano, né fornisce una previsione definitiva dei futuri tassi di fusione. Invece, offre un quadro geometrico cruciale che gli scienziati possono ora utilizzare per costruire migliori modelli informatici. Sapendo esattamente dove si trovano i canali profondi e quanto sono profonde le barriere superficiali, i ricercatori possono simulare il flusso di acqua calda con maggiore accuratezza. Lo studio sottolinea inoltre che la storia della crosta terrestre non è solo un record del passato remoto; essa modella attivamente il sistema climatico attuale controllando i percorsi dell'oceano. Il lavoro evidenzia il valore di rare opportunità per raccogliere dati in regioni remote e coperte dai ghiacci, dimostrando che anche piccoli miglioramenti nella nostra conoscenza del fondale marino possono portare a una comprensione molto più chiara delle forze che guidano il cambiamento in Antartide.