ThoulaLab - Primi risultati della ricerca applicata

ThoulaLab - Un mondo dinamico: da ghiaccio ad acqua

ThoulaLab

A cura del dott. geol. M. Frasca (consulente tecnico della Fondazione Montagna sicura - Montagne sûre) e del dott. F. Troilo (Coordinatore Area tecnica alta montagna rischi e ghiacciai della Fondazione Montagna sicura - Montagne sûre)

Attività realizzate e primi risultati della ricerca applicata

Le attività di ricerca applicata avviate dalla Fondazione Montagna sicura - Montagne sûre sul Gh. del Thoula (Massiccio del Monte Bianco) per il triennio 2019-2022 nell'ambito del ThoulaLab (progetto Interreg IT-CH RESERVAQUA) sono mirate ad indagare la risorsa idrica stagionalmente disponibile sottoforma di acqua di fusione del ghiaccio quale contributo (input) al ciclo dell'acqua montano e quella potenzialmente ancora immagazzinata sottoforma di ghiaccio, attraverso la ricostruzione storica dell'evoluzione “recente” dell'apparato glaciale.

Di seguito vengono presentate le principali attività svolte nel periodo 2019-2020 che trattano dell'analisi dei principali indicatori dell'evoluzione e dello “stato di salute” del ghiacciaio.

Ricostruzione dell'evoluzione morfologica storica del ghiacciaio nell'intervallo 1988-2020

Tra i principali indicatori dell'evoluzione nel tempo dei ghiacciai vi è la morfologia, riferendosi con questo termine in particolare alla sua “forma” ed alla sua superficie. L'evoluzione morfologica più recente del Gh. del Thoula, per l'intervallo temporale 1988-2020, è stata ricostruita in ambiente informatico GIS (Global Information System) sulla base dell'analisi delle ortofoto dei voli aerei storici disponibili, delle immagini satellitari d'archivio disponibili e dei recenti rilievi aerofotogrammetrici appositamente realizzati dalla Fondazione.

I dati emersi dall'analisi condotta sono piuttosto significativi ed emblematici: nell'arco temporale di 22 anni, risulta infatti che la fronte del Gh. del Thoula è arretrata planimetricamente di circa 600 m (Figura 1), corrispondente ad un arretramento medio pari a circa 27,7 m/anno.

Per quanto riguarda invece la sua superficie per il medesimo intervallo temporale, questa si è ridotta di circa 1/3 (33,5 %), passando da 0,818 km2 a 0,544 km2, riducendosi di circa 0,274 km2 (Figura 2), corrispondente ad una riduzione media annua pari a circa 0,274 km2.


Ricostruzione storica del bilancio di massa del ghiacciaio per l'intervallo 1991-2020

Il bilancio di massa annuale di un ghiacciaio è un altro importante indicatore del suo stato di salute in quanto rappresenta la differenza tra l'accumulo e le perdite per ablazione (fusione di neve e ghiaccio), espressa come volume equivalente di acqua (mm w.e.), in un anno idrologico.

Applicando la metodologia classica, l'accumulo della neve e l'ablazione della neve e del ghiaccio stimati in diversi punti del ghiacciaio, rispettivamente in primavera ed estate, vengono misurati in sito dagli operatori mediante la realizzazione di specifiche campagne di rilievo. I valori puntuali rilevati sono estesi all'intera superficie del ghiacciaio e consentono di ottenere il volume totale di acqua che il ghiacciaio ha guadagnato o perso in un anno idrologico e il bilancio specifico netto.

Oggi con le nuove tecnologie commerciali disponibili, che comprendono tra le altre la possibilità di acquisire immagini satellitari ad altissima risoluzione VHR (Very High Resolution, ad es. 30 cm/pixel) da molteplici provider, sono state sviluppate metodologie innovative di studio e monitoraggio (quasi in tempo reale) dello stato dell'ambiente.

Nell'ambito del ThoulaLab, la Fondazione ha condotto un'attività sperimentale per la stima del bilancio di massa geodetico del Gh. del Thoula basata sull'elaborazione di modelli digitali del terreno (DEM - Digital Elevation Model) a partire da stereocoppie di immagini satellitari VHR e da acquisizioni aerofotogrammetriche realizzate all'uopo.

La ricostruzione storica del bilancio di massa del ghiacciaio è stata realizzata impiegando la metodologia della DEM difference (letteralmente “differenza tra DEM” basata sulla sottrazione in ambiente informatico GIS dei modelli digitali del terreno del Thoula disponibili per l'intervallo 1991-2020, ed in particolare per i seguenti sotto-intervalli: 1991-2008 (Figura 3); 2000-2008; 2008-2012 e 2008-2020 (Figura 4).

Il modello digitale del terreno del 2020 (25 cm/pixel) utilizzato è stato elaborato internamente dai tecnici della Fondazione a partire dal rilievo aereofotogrammetrico condotto nel mese di Settembre, ed ha inoltre consentito di validare il modello basato sull'elaborazione delle immagini satellitari VHR Pléiades Stereo anch'esse acquisite nello stesso periodo. Tale validazione circa l'accuratezza delle restituzioni consentirà pertanto negli anni a venire l'impiego delle immagini satellitari quale strumento di monitoraggio dell'evoluzione del ghiacciaio nelle tre dimensioni. 

Dall'indagine condotta per il periodo 1991-2020, l'abbassamento medio stimato della superficie del ghiacciaio è stato pari a circa -15,86 m, corrispondente ad una perdita di volume di ghiaccio pari a circa 11.427.299,40 m3 equivalenti a circa 10.284.569.460 l di acqua di fusione del ghiaccio.

In dettaglio, nella seguente tabella vengono riportati i valori calcolati del bilancio di massa da DEM difference del Gh. del Thoula per diversi intervalli temporali:


intervallo

Bilancio di massa totale [mm w.e.]

Bilancio di massa annuale medio [mm w.e. a-1]

1991-2008

-6.678

-392,8

2008-2012

-2.178

-544,5

2008-2020

-7.596

-633,0

Tabella 1 - Valori del bilancio di massa del Gh. del Thoula per gli intervalli considerati.

Il bilancio di massa cumulato calcolato per l'intervallo temporale 1991-2020 (29 anni) è pari a circa -14.274 mm w.e. corrispondente ad un bilancio netto medio annuo pari a circa -492 mm w.e.

Ai fini del progetto RESERVAQUA, la perdita complessiva d'acqua di fusione stimata per il periodo indagato rappresenta un dato di particolare rilevanza in quanto consente di fornire una prima stima del contributo idrico medio stagionale del Gh. del Thoula al ciclo idrologico locale (dato di input).

Considerando infatti che la durata del periodo di ablazione del ghiacciaio è stata stimata a circa 2 mesi sulla base dell'analisi delle immagini satellitari ad alta risoluzione, per il periodo 1991-2020 il contributo idrico medio stagionale delle acque di fusione del Gh. del Thoula al ciclo idrologico locale è pari a circa 67 l/s.

Confronto del bilancio di massa cumulato del Gh. del Thoula con alcuni ghiacciai di riferimento per l'intervallo 1992-2020

Al fine di effettuare una validazione della stima del bilancio di massa derivante dal metodo geodetico della DEM Difference si è proceduto ad un confronto diretto, per l'intervallo temporale 1992-2019 (28 anni), con i bilanci di massa cumulati basati su dati di terreno rilevati con il metodo classico relativi ad alcuni World Reference Glacier (Glacier Mass Balance Bulletin, WGMS) per l'Europa centrale.

Dal confronto (Figura 5) è emerso che il bilancio di massa cumulato stimato del Gh. del Thoula, pari a -14.274 mm w.e., risulta coerente con quello del Kesselwandferner (Austria) pari a -11.292 mm w.e., del Gh. dell'Allalin e del Gh. del Giétro (Svizzera) rispettivamente pari a -12.356 mm w.e. e -17.939 mm w.e., ottenuti da campagne di misurazione in sito, che tra i reference glacier risultano essere quelli con andamento generale meno negativo.

Stima dello spessore del ghiacciaio da indagini geofisiche

Nell'inverno 2020 è stata realizzata in collaborazione con il Politecnico di Torino - DIATI (Dip. di Ingegneria dell'Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture) una campagna georadar sperimentale con dispositivo (antenna 40 MHz) elitrasportato collegato al gancio baricentrico (Figura 6) per indagare lo spessore del ghiacciaio; in particolare sono state realizzate n.3 acquisizioni (Figura 7). 

Le sezioni elaborate ed interpretate non hanno mostrato marcate perturbazioni dovute alla presenza di discontinuità, fratture e crepacci; tuttavia, fenomeni di clutter in profondità non hanno consentito l'individuazione netta e continua del substrato roccioso.

In particolare, nella sezione della traccia T1, il substrato roccioso viene individuato (interpretato) solo una volta superata l'ampia zona intermedia di passaggio dell'antenna sopra la seraccata ad una profondità stimata di circa 26-40 m. Anche nel caso della traccia T3 (Figura 8), l'effetto di riflessione del segnale radar dovuto al substrato roccioso non è determinabile, probabilmente a seguito della marcata attenuazione dell'energia elettromagnetica in corrispondenza della zona di transizione neve stagionale/firn/ghiaccio. Tuttavia per il settore in oggetto è possibile ipotizzare uno spessore di circa 14-20 m.






Figura 1 - Evoluzione dell'arretramento della fronte del Gh. del Thoula dal 1988 (in blu) al 2020 (in fucsia)

Figura 2 - Confronto tra la superficie del Gh. del Thoula relativa al 1988 (in blu) e a quella attuale 2020 (in fucsia) su ortofoto in bianco e nero del territorio nazionale 1988.

Figura 3 - Output grafico della DEM difference per l'intervallo temporale 1991-2008.



Figura 4 - Output grafico della DEM difference per l'intervallo temporale 2008-2020 su ortofoto RAVA (volo 2005).



Figura 5 - Confronto tra i bilanci di massa dei reference glacier dell'Europa centrale (WGMS) e del Gh. del Thoula per l'intervallo temporale 1992-2020.


Figura 6 - Prototipo di dispositivo di supporto delle antenne georadar a bassa frequenza per acquisizione elitrasportata.



Figura 7 - Tracce  dei profili GPR (Gh. del Thoula); i simboli T1…T3 identificano il punto iniziale di ciascun profilo.



Figura 8- Sezione georadar Profilo 3 (acquisizione con antenna 40MHz).


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