DOTTORATO NAZIONALE IN OSSERVAZIONE DELLA TERRA

Titolo della tesi: Spatio-temporal variability of thermohaline properties and circulation of water masses along the Ross Ice Shelf

Il Ross Ice Shelf (RIS) è la più grande piattaforma di ghiaccio della Terra. Situato nel Mare di Ross, in Antartide, funge da sostegno per la calotta glaciale antartica, regolando il flusso dei ghiacciai interni. La sua stabilità esercita quindi un controllo indiretto ma cruciale sul possibile contributo del ghiaccio antartico all’innalzamento globale del livello del mare. Sebbene attualmente considerato stabile, il RIS potrebbe essere soggetto a una rapida disintegrazione. È quindi necessario comprendere la sua stabilità a lungo termine in un clima in cambiamento e la sua dinamica in relazione alle principali masse d’acqua interagenti, poiché la sua fusione basale dipende dalla circolazione oceanica lungo il suo fronte e sotto la piattaforma. Questo studio presenta la più dettagliata serie temporale idrografica multi-decennale lungo il RIS, dal 1995 al 2025. Integrando profili CTD, misurazioni LADCP e dati recenti Argo floats, forniamo una visione completa dell’evoluzione spazio-temporale delle principali masse d’acqua e della loro circolazione. L’analisi dei dati CTD lungo la zona frontale del RIS ha rivelato cambiamenti significativi a lungo termine nella High Salinity Shelf Water (HSSW), massa d’acqua precorritrice dell’Antarctic Bottom Water, che contribuisce alla circolazione termoalina globale. La salinità della HSSW è diminuita tra il 1995 e il 2011, seguita da un recupero che è persistito fino al 2025. L’Ice Shelf Water (ISW), la massa d’acqua più fredda al mondo, che si forma quando la HSSW interagisce con la base del RIS, ha seguito questo trend, ad indicare che i cambiamenti nelle caratteristiche e nella formazione della HSSW influenzano direttamente le proprietà dell’ISW sotto il RIS. Abbiamo quantificato la variabilità interannuale del contenuto di calore oceanico e dello strato superficiale di Antarctic Surface Water (AASW). I valori massimi di contenuto di calore oceanico nel 2012, legati a temperature superficiali elevate e maggiore spessore dello strato superficiale, indicano che l’AASW potrebbe aver trasportato fino a 4,7 × 10¹⁹ J di calore verso la base della piattaforma, evidenziando il suo potenziale ruolo nella modulazione della fusione basale. Inoltre, è stata applicata una Optimum Multi Parameter mixing analysis sui dati idrografici per comprendere il contributo delle principali masse d’acqua alla composizione della colonna d’acqua lungo il RIS, e come questi contributi siano cambiati nel tempo. I dati LADCP di sei campagne estive tra il 2006 e il 2025 hanno permesso di stimare i flussi di calore attraverso la piattaforma e di rivelare i trasporti delle masse d’acqua verso e fuori la cavità del RIS. L’analisi della circolazione ha confermato caratteristiche note, come il flusso verso ovest dell’AASW lungo il RIS, l’outflow dell’ISW nel settore centrale e orientale del RIS, e l’intrusione sotto al RIS di HSSW vicino Ross Island. Tuttavia, ha anche rivelato una maggiore complessità della circolazione delle masse d’acqua in analisi, inclusi comportamenti intermittenti di inflow/outflow, che indicano un regime di circolazione più dinamico di quanto precedentemente ipotizzato. Infine, le osservazioni da 13 Argo floats, distribuiti in aree chiave lungo il fronte del RIS tra il 2020 e il 2024, hanno colmato una lacuna critica nelle osservazioni invernali. Questo dataset unico ha permesso di osservare direttamente l’evoluzione della colonna d’acqua durante tutto l'anno, e in particolare la formazione di HSSW nella polynya del RIS durante l’inverno australe, un processo precedentemente solo ipotizzato. Un evento di intrusione di AASW sotto il RIS nel 2021 ha permesso di quantificare il calore trasportato nella cavità subglaciale (~1,8 × 10¹⁹ J) e di stimare un tasso di fusione basale localizzato di ~0,65 m/anno. Uno strato caldo di modified Circumpolar Deep Water (mCDW), di origine oceanica e con temperatura e salinità elevate, è stato osservato in inverno nel Mare di Ross orientale nel 2024, sollevando interrogativi critici sui suoi percorsi di ingresso e sul suo potenziale impatto sulla fusione basale se a contatto diretto con la base del RIS, sfidando la nostra attuale comprensione della stabilità del RIS. Un’analisi focalizzata della polynya del RIS ha fornito stime quantitative del tasso di produzione di HSSW per il 2021 e il 2022 (~0,22 e 0,43 Sv, rispettivamente), derivate da profili settimanali di salinità da dati Argo floats e dall’estensione della polynya rilevata da satellite. Questa produzione è risultata spazialmente limitata, con solo settori specifici della polynya attivamente coinvolti nella formazione di acqua densa. Inoltre, l’analisi ha collegato direttamente l’espansione della polynya a un regime di venti specifico, rivelando che eventi sinottici frequenti, piuttosto che intensi, sono il principale motore della sua efficienza e della conseguente formazione di acqua densa. Queste osservazioni migliorano la nostra comprensione della variabilità delle proprietà delle masse d’acqua lungo il RIS, e forniscono un punto di partenza per comprendere i complessi processi che governano la stabilità del RIS in un clima in cambiamento.