La scienza svizzera cerca risposte al mistero climatico nel ghiaccio dell’Antartide

Il ricercatore Florian Krauss conserva il ghiaccio dell'Antartide in un locale a -50 °C all'Università di Berna. Luigi Jorio / SWI swissinfo

Un team di ricerca dell’Università di Berna stanno studiando alcuni dei più antichi campioni di ghiaccio del pianeta utilizzando una tecnica rivoluzionaria. Vuole fare luce su uno dei principali misteri del clima terrestre.

Florian Krauss cammina a passo spedito. Non ha tempo da perdere. In una borsa termica trasporta un frammento di ghiaccio grande quanto una saponetta, troppo prezioso per essere compromesso. È un campione di ghiaccio unico, risalente a oltre 1,2 milioni di anni fa. “Non ho diritto all’errore, ma è emozionante lavorare con del ghiaccio così speciale”, dice. 

Il ricercatore dell’Università di Berna ha prelevato il ghiaccio da una stanza mantenuta a -50 °C presso l’Istituto di fisica climatica e ambientale. Si tratta dell’unico locale a questa temperatura in Europa per conservare carote di ghiaccio antiche e particolarmente fragili. 

Lì è custodita una parte dei campioni estratti lo scorso gennaio in Antartide, a una profondità record di oltre 2’500 metri, nel quadro del progetto europeo Beyond EPICA – Oldest IceCollegamento esterno. L’obiettivo del progetto è analizzare il ghiaccio formatosi più di un milione di anni fa per comprendere meglio come è cambiato il clima e valutare con maggiore precisione l’impatto dell’essere umano. 

>> Il ghiaccio analizzato dall’Università di Berna è stato estratto in prossimità della stazione italo-francese Concordia in Antartide:

Florian Krauss ha ripulito il campione di ghiaccio da possibili contaminazioni e lo sta portando nel suo laboratorio. Vuole analizzare le minuscole bolle d’aria intrappolate al suo interno per misurare la concentrazione di anidride carbonica (CO₂) e di altri gas a effetto serra. Questo gli darà un’idea della composizione dell’atmosfera nel passato e soprattutto – è il suo auspicio – di risolvere uno dei grandi enigmi della paleoclimatologia, e cioè perché i cicli glaciali e interglaciali sono diventati più lunghi e intensi. 

La scienza ha ricostruito il clima degli ultimi 800’000 anni utilizzando una precedente carota di ghiaccio, spiega Krauss. “Non sappiamo invece perché, circa un milione di anni fa, il ritmo delle glaciazioni sulla Terra sia cambiato”. I nuovi campioni di ghiaccio potrebbero fornire indizi cruciali, contribuendo non solo a capire meglio il passato, ma anche a migliorare previsioni sul clima del futuro.

Il campione di ghiaccio estratto a una profondità di 2’492 metri in Antartide è pronto per l’analisi. Luigi Jorio / SWI swissinfo

Un laser per estrarre l’aria dal ghiaccio

Nel laboratorio, Florian Krauss colloca il ghiaccio in un contenitore cilindrico dorato al centro di un dispositivo in metallo collegato a decine di tubi e cavi. “È lì che avviene la magia”, dice.

All’interno del cilindro, mantenuto sottovuoto, un raggio a luce infrarossa irradia il campione di ghiaccio dall’alto al basso. Il laser trasforma il ghiaccio dallo stato solido a quello gassoso (vapore acqueo), senza passare dalla fase liquida. Questo processo, chiamato sublimazione, libera l’aria intrappolata nelle bolle microscopiche presenti nei campioni più antichi.

Rispetto ai metodi meccanici tradizionali, che prevedono la frantumazione o il taglio del ghiaccio in sottili sezioni, la sublimazione ha il vantaggio di ottenere un’efficienza di estrazione del 100%. “Recuperiamo tutta l’aria intrappolata nel ghiaccio, senza contaminarla con quella ambiente”, spiega Krauss. Inoltre, l’assenza di una fase liquida impedisce al CO₂ liberato di dissolversi nell’acqua, il che potrebbe alterare i risultati.

Una volta rilasciata, l’aria è immediatamente congelata a circa -258 °C. Questo permette di conservarla e di analizzarla successivamente con uno spettrometro per determinare la concentrazione di CO₂, metano (CH₄) e protossido di azoto (N₂O), oltre alla composizione isotopica dell’anidride carbonica, utile per ricostruire il clima del passato.

Tecnica di analisi rivoluzionaria per studiare il ghiaccio antico

L’Università di Berna è attiva nello studio delle carote di ghiaccio fino dagli anni Sessanta. Il suo nuovo metodo per l’analisi del ghiaccio dell’Antartide è rivoluzionario e unico al mondoCollegamento esterno. È stato sviluppato in collaborazione con il Laboratorio federale per la scienza e la tecnologia dei materiali (Empa) per analizzare con precisione i campioni più antichi.

Il ghiaccio risalente a oltre 1,2 milioni di anni fa è talmente compresso che le bolle d’aria non sono più visibili. Più di 10’000 anni di storia climatica sono concentrati in un solo metro di ghiaccio. Per poter analizzare le variazioni dei gas serra al suo interno, è necessaria una misurazione continua e ad alta risoluzione, che solo la nuova tecnica di sublimazione può garantire.

Un altro vantaggio di questo metodo è la possibilità di riutilizzare l’aria estratta per altre analisi. “È il riciclo perfetto”, afferma Hubertus Fischer, professore di fisica climatica sperimentale e responsabile del gruppo di ricerca. “Per una carota di ghiaccio ordinaria, un approccio così complesso non sarebbe giustificabile. Ma lo è quando si ha a disposizione una quantità molto limitata di ghiaccio antico”, dice.

Il diavolo è nei dettagli nella ricerca sul ghiaccio

Laboratori negli Stati Uniti e in Australia stanno cercando di sviluppare tecnologie simili, ma il gruppo di ricerca svizzero è pioniere in questa tecnica. “Non ho problemi a mostrarne il funzionamento ai colleghi”, dice Fischer, che ha lavorato sul dispositivo per oltre cinque anni. “Ma è un sistema molto complesso: il diavolo si nasconde nei dettagli”.

La sublimazione è una tecnica “estremamente complessa da realizzare”, ha affermatoCollegamento esterno in un’intervista nel 2023 Christo Buizert, responsabile dell’analisi del ghiaccio per COLDEX (Center for Oldest Ice Exploration), l’equivalente statunitense del progetto europeo Beyond EPICA. “Il fatto che siano riusciti a farla funzionare è davvero impressionante”, ha detto.

Il dispositivo di analisi del ghiaccio antico sviluppato all’Università di Berna è unico al mondo. Luigi Jorio / SWI swissinfo

L’Università di Berna ha sviluppato anche una seconda tecnicaCollegamento esterno per analizzare la quantità di gas nobili intrappolati nel ghiaccio. Questi gas, tra cui l’argon e il kripton, aiutano a determinare la temperatura degli oceani nel passato.

La storia del clima nel ghiaccio dell’Antartide

L’Università di Berna è uno dei 12 istituti di una decina di Paesi che partecipano al progetto Beyond EPICA, lanciato nel 2009. Ognuno ha la propria specializzazione.

L’ateneo elvetico è tra quelli che si occupano di analizzare i gas serra e i componenti chimici sciolti nel ghiaccio. Gruppi di ricerca in altri Paesi studiano, ad esempio, l’evoluzione della temperatura, le ceneri vulcaniche contenute nel ghiaccio o la sua struttura cristallografica.

L’obiettivo è di ricostruire la storia climatica della Terra attraverso l’analisi di carote di ghiaccio estratte in Antartide. In questa regione polare, la neve si accumula anno dopo anno, si compatta e forma strati di ghiaccio sempre più profondi e antichi. 

Dopo un precedente progetto di carotaggio che circa 20 anni fa ha recuperato ghiaccio vecchio di circa 800’000 anni, Beyond EPICA ha recentemente estratto del ghiaccio a una profondità di 2’500 metri, con l’obiettivo di estendere l’archivio climatico fino a 1,2–1,5 milioni di anni.

Veduta aerea del sito di perforazione Little Dome C, in Antartide, dove è stato estratto il ghiaccio nel quadro del progetto europeo Beyond EPICA. PNRA_IPEV

“Uno dei misteri più complessi delle scienza climatica”

Grazie a questi nuovi campioni, ricercatori e ricercatrici sperano di scoprire perché il sistema climatico è cambiato così profondamente nel Medio Pleistocene. Durante quel periodo compreso tra 900’000 e 1,2 milioni di anni fa, l’estensione delle calotte glaciali nell’emisfero nord subì variazioni drastiche, con un profondo impatto sul clima.

L’intervallo tra un periodo glaciale freddo e uno interglaciale caldo passò da circa 40’000 a 100’000 anni e la quantità di ghiaccio sulla Terra durante le glaciazioni aumentò fortemente. La ragione di questo cambiamento è secondo l’Università di Berna “uno dei misteri più complessi della scienza climatica”.

L’alternanza tra periodi glaciali e caldi è legata ai cicli orbitali della Terra attorno al Sole. Tuttavia, la variazione di questi parametri non è cambiata negli ultimi due milioni di anni. Il Sole non può quindi spiegare il cambiamento nella frequenza delle ere glaciali, spiega Hubertus Fischer. “Sospettiamo che all’origine ci siano variazioni nella concentrazione dei gas serra nell’atmosfera e l’unico modo per verificarlo è analizzare le bolle d’aria nel ghiaccio”.

Le carote di ghiaccio sono fondamentali anche per migliorare i modelli climatici e le previsioni sull’evoluzione futura del clima.

A livello internazionale c’è una sana competizione scientifica per estrarre i campioni di ghiaccio più antichi, dice Fischer. “Ma il progetto europeo è l’unico ad aver già perforato una carota di ghiaccio continua e completa, mentre gli istituti giapponesi e australiani hanno appena iniziato i loro programmi di perforazione pluriennali”.

La metà del CO₂ rispetto a oggi

Florian Krauss ha finora analizzato solo una piccola parte dei campioni di ghiaccio dall’Antartide. “È troppo presto per trarre conclusioni definitive”, dice.

Il ricercatore è però certo che le concentrazioni di anidride carbonica nelle bolle d’aria siano circa la metà rispetto ai livelli attuali rilevati nell’atmosfera, dove il CO₂ è fortemente aumentato a causa dell’uso di combustibili fossili e della deforestazione.

“Analizzando le carote di ghiaccio, l’impatto umano sull’atmosfera e il clima diventa evidente”, dice Krauss.

I primi risultati saranno pubblicati nella primavera del 2026.

A cura di Gabe Bullard/Vdv