Turbinii di ghiaccio che svelano i segreti degli oceani

È uno spettacolare balletto di ghiaccio quello che il dottorando in oceanografia Jérôme Lemelin è riuscito a catturare, in un'immagine che riassume l'essenza dinamica del fiordo di Saguenay.

Per questa immagine, lo studente dell'Università del Quebec a Rimouski (UQAR) ha vinto il premio della giuria nel concorso Proof through Image, sponsorizzato dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. Nello stesso concorso ha vinto anche il premio del pubblico Discovery.

Grazie ad un meticoloso assemblaggio effettuato utilizzando più di 250 foto scattate dal drone, il signor Lemelin ha rivelato come i pezzi di ghiaccio – i banchi – volteggiano in due grandi cerchi ruotando in direzioni opposte. Questo lavoro non è solo artistico: è anche fondamentalmente scientifico.

Il suo obiettivo è comprendere con precisione le correnti superficiali. Le informazioni che raccoglie con il suo drone permettono di calcolare la dimensione e la velocità della tromba d'aria.

Facendo video, di immagine in immagine, sapendo quanti secondi ci sono tra ogni immagine, sappiamo che i pezzi di ghiaccio si saranno spostati di un metro da una foto all'altra. Con questo siamo in grado di misurare la velocità delle correnti superficialispiega il dottorando in oceanografia fisica, Jérôme Lemelin.

Nel marzo 2024, la Guardia costiera ha distrutto il ghiaccio del Saguenay per facilitare la navigazione. Ne ha poi approfittato il team scientifico. Abbiamo ipotizzato che i lastroni, i pezzi di ghiaccio, seguissero perfettamente le correnti sulla superficie dell'acqua.riferisce il signor Lemelin. Il che si è rivelato corretto.

La prova è perfettamente svelata grazie all'immagine.

Non dobbiamo porci domande, vediamo che con l'immagine le cose funzionano.

Si produce nelle profondità di Saguenay

Le correnti superficiali rivelano in parte ciò che accade più in basso, nelle profondità.

Il fiordo di Saguenay si rivela un'importante area di studio a portata di mano. È un po' come un laboratorio naturale.sottolinea il signor Lemelin.

Il fiordo ha tre montagne sottomarine, una delle quali sorge a più di 20 metri sotto la superficie, al largo della costa di Tadoussac. Queste montagne e le maree all'interno del fiume offrono le condizioni ideali per la creazione di vortici e onde sottomarine.

Quando si superano queste montagne, l'acqua in superficie si scontra con masse di acqua densa e salata in profondità.

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Lì si generano molte onde sottomarineconsiglia il ricercatore di oceanografia fisica presso l'Istituto di scienze marine (ISMER) dell'UQAR, Cédric Chavanne. È anche co-direttore del dottorato di Jérôme Lemelin.

Successivamente queste onde dovranno interagire con i vortici vicini alla superficie dell'acqua, che si creano dal cambio di direzione delle correnti quando la marea sale, e che rimescolano le acque superficiali, come un mixer da cucinaprecisa il signor Chavanne.

La turbolenza generata dai vortici e dalle onde sottomarine costringe le masse d'acqua a muoversi, a sfregarsi le une contro le altre. Parte della colonna d'acqua risulta così ben miscelata.

È davvero una bella opportunità osservare queste due cose allo stesso tempo e vedere come interagiscono.

In che modo il fiordo di Saguenay trae vantaggio dal mescolamento delle acque?

Le onde e i vortici sottomarini sono fenomeni importanti da comprendere poiché svolgono un ruolo cruciale nel mescolare le proprietà delle due masse d'acqua distintive, l'acqua dolce del Saguenay e quella del fiume San Lorenzo, che è, a sua volta, salata.

Il fiume Saguenay e il fiume San Lorenzo si scambiano regolarmente acqua durante ogni ciclo di marea, sebbene il mescolamento non avvenga così spesso.

Ad una profondità di 250 metri, le acque salate molto dense del San Lorenzo costeggiano il bacino interno del fiume Saguenay. Secondo i ricercatori, se nel fiordo non comparissero onde sottomarine o vortici, queste acque verrebbero rinnovate solo una volta all'anno, durante le maree più alte.

Attualmente vengono rinnovati più volte all'anno, osserva Chavanne, evitando così che l'ossigeno venga completamente consumato dalla vita sottomarina.

Al contrario, sul fondo del canale Laurenziano, in prossimità della testata del canale, si riscontrano livelli di ossigeno molto bassi. Queste condizioni non si trovano nel fiordo di Saguenay a causa della forte mescolanza che si verifica lì.

Il mescolamento delle masse d'acqua fa sì che l'acqua venga poi trasformata in modo irreversibile. Un po’ come mettere il latte nel caffèillustra Jérôme Lemelin.

Questo processo modifica le proprietà fisiche delle masse d'acqua, ovvero la temperatura, la salinità o la densità. Ma non capiamo ancora come esattamenteaggiunge.

Qual è la responsabilità delle onde sottomarine e dei vortici nelle acque di miscelazione? I vortici si verificano solo nello strato idrico superficiale? Quando un'onda sottomarina attraversa un vortice, viene amplificata o ridotta? Il turbine verrà allora interrotto? Questo tipo di domande tormentano ancora i ricercatori che studiano il fiordo.

L'ecosistema in cui si verifica questa miscela non è banale: è il luogo preferito dai mammiferi marini in cerca di cibo. La miscelazione delle due masse d'acqua è quindi fondamentale per le diverse specie che vi abitano.

Una migliore comprensione di questi vortici ci permetterà di approfondire la conoscenza dei processi di rinnovamento dell'acqua nel fiordo.precisa il giovane ricercatore.

E poiché il fenomeno non è esclusivo di Saguenay, aiuterà i ricercatori a comprendere meglio cosa sta accadendo su scala più ampia, come nell’oceano.

La sfida del secolo, il cambiamento climatico

A causa dei cambiamenti climatici e dello scioglimento dei ghiacciai, negli ultimi anni gli oceanologi hanno osservato un rallentamento delle correnti oceaniche. Questo rallentamento potrebbe intrappolare più calore a sud, il che avrebbe un grande effetto sulla temperatura, sui livelli dell’acqua o sulle tempeste tropicali.

In definitiva, questi cambiamenti, dicono gli scienziati, potrebbero alterare il modo in cui gli oceani riciclano l’ossigeno e i nutrienti e avere un impatto sulla vita marina.

L'anno 2024 ha registrato la copertura di ghiaccio più bassa mai osservata nel fiume San Lorenzo. Solo sei km3 di ghiaccio coprivano il fiume e il golfo, a causa, tra l'altro, delle temperature dell'aria calda osservate durante i mesi invernali e delle temperature più elevate nelle acque profonde.

Tuttavia, il ghiaccio è essenziale in questo fragile ecosistema. Forma lo strato intermedio freddo nell'estuario e vi rimane per tutta l'estate. Quest'acqua fredda entra nel fiordo di Saguenay per mescolarsi con l'acqua superficiale. È questo che determina la circolazione delle masse d'acqua nel Saguenay, spiega il dottorando in oceanografia fisica Jérôme Lemelin. Se non c'è più ghiaccio, questo strato d'acqua non esiste più, questo cambia molti parametri come l'apporto di ossigeno nel fiordodice.

In questo contesto sembra importante comprendere le dinamiche del fiordo dove potrebbero verificarsi notevoli perturbazioni. Sulla scala di un fiordo, questo non era mai stato osservato primadice il signor Lemelin.

E comprendere l’interazione ci permette di comprendere il fenomeno su scala più ampiacommenta dal canto suo il ricercatore Cédric Chavanne, il quale ricorda che gli oceani sono grandi serbatoi di calore.

Senza gli oceani l’aumento della temperatura atmosferica sarebbe maggiore. Gli oceani assorbono il calore in eccesso, sequestrandolo nelle sue profondità.

Lo studio del Saguenay migliora la nostra comprensione di ciò che sta accadendo nell'oceano.

Per sviluppare previsioni climatiche su scala planetaria, gli scienziati utilizzano modelli, di cui è necessario determinare alcuni parametri. Qui puoi immaginare un software complesso che rappresenta le principali interazioni fisiche tra atmosfera, oceano, ghiaccio e superficie terrestre.

Queste interazioni sono modellate da equazioni matematiche basate sulle leggi fisiche della meccanica dei fluidi.

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Tuttavia, l’interazione tra le onde sottomarine e i vortici nell’oceano complica i modelli climatici. Secondo Chavanne, le leggi di parametrizzazione, utilizzate per includere le onde sottomarine in un modello, dovrebbero essere più complicate di quanto lo siano attualmente.

Per prevedere il cambiamento climatico, dobbiamo comprendere l’oceano e per questo abbiamo bisogno di modelli più affidabili in grado di prevedere come si evolverà la circolazione oceanica in futuro con il riscaldamento globale.conclude Cédric Chavanne.

Uno studio che trasforma un semplice balletto sul ghiaccio in una sinfonia di conoscenza oceanografica.