Dall’Antartide alla Groenlandia per lo studio delle fratture nelle rocce e nei ghiacci: geologhe UniGe in campo

Nella metà del diciottesimo secolo James Hutton, noto come "padre della geologia", suggeriva che oggi sulla Terra operino gli stessi processi che si verificavano milioni di anni fa, nel passato geologico. Questo concetto, sintetizzato dalla nota espressione “il presente è la chiave del passato”, viene utilizzato dagli scienziati per meglio comprendere i complessi fenomeni fisici che governano eventi potenzialmente rischiosi per l’uomo come cambiamenti climatici, terremoti, eruzioni vulcaniche e alluvioni. La capacità dei geologi di saper leggere nelle rocce la storia di antichi continenti e oceani scomparsi, ere glaciali, fasi di sviluppo della biodiversità o estinzioni, consente di acquisire una maggiore conoscenza dei processi naturali ora attivi e offre l'opportunità di sviluppare le strategie più efficaci per mitigare rischi, tutelare l’ambiente e promuovere uno sviluppo sostenibile delle risorse.

Le regioni polari rappresentano un laboratorio naturale unico e ancora parzialmente incontaminato dall'uomo, perfetto per studiare le interazioni tra litosfera, idrosfera e atmosfera e monitorare cause ed effetti dei cambiamenti climatici, presenti e passati. Per questo motivo, la comunità scientifica internazionale è particolarmente dedita allo studio delle aree polari, ambienti estremi e particolarmente vulnerabili.

Ricercatrici e ricercatori di Geologia dell'Università di Genova studiano l'analisi delle fratture e dei sistemi di faglie che sono presenti e si sviluppano nelle rocce, nella litosfera terrestre ma anche nei ghiacciai, con l’obiettivo di capire l'interazione tra i movimenti tettonici e l'evoluzione delle calotte glaciali nonché le relazioni con i cambiamenti climatici.

Altro obiettivo legato allo studio delle deformazioni dei ghiacci riguarda la Geologia extraterrestre: i ghiacci polari costituiscono un analogo di particolari superfici planetarie (come i satelliti di Giove, Europa e Ganymede, o il satellite di Saturno, Encelado) esternamente costituite da un involucro di ghiaccio, oltre alle aree polari marziane. Anche in questo caso le aree polari rappresentano un campo perfetto per studi diretti.

Da molti anni ricercatrici e ricercatori di Geologia e di Geofisica del DISTAV – Dipartimento di Scienze della Terra, dell'ambiente e della vita dell'Università di Genova dedicano le loro attività al continente antartico nell'ambito di spedizioni e progetti scientifici finanziati dal PNRA-MIUR e di collaborazioni nazionali e internazionali.

Negli ultimi 5 anni, 3 ricercatrici UniGe sono a capo di progetti PNRA Programma Nazionale di Ricerche in Antartide su tematiche di geologia strutturale e geodinamica:

• Paola Cianfarra, coordinatrice di G-IDEA Geodynamics and Ice Dynamics in East Antarctica
• Laura Crispini, coordinatrice di REGGAE e di BOOST
• Laura Federico, coordinatrice locale di LARK

A ottobre 2021 Paola Cianfarra prenderà parte alla XXXVII Spedizione Scientifica Italiana in Antartide durante la quale svolgerà indagini nella Terra Vittoria Settentrionale, nell'ambito del progetto PNRA LARK. La sua attività scientifica, in collaborazione con ricercatori dell'Università di Roma Tre, l'Università di Brema e il centro di ricerca BGR di Hannover, si svolgerà sia a partire da un campo remoto che verrà allestito nel ghiacciaio del Rennick sia dalla base italiana Mario Zucchelli che si affaccia sul Mare di Ross.

La Terra Vittoria è una zona del continente antartico confinata a un'estremità dell’Antartide orientale, tra il Mare di Ross e l’Oceano Pacifico Meridionale. Questa regione geologicamente rappresenta un frammento del margine paleopacifico del continente di Gondwana ed è attraversata da allineamenti di faglie chilometriche.

Durante la spedizione, il lavoro del team scientifico del progetto LARK sarà volto all’acquisizione di nuovi dati che consentano di comprendere meglio il comportamento e l'attività di queste faglie, definirne il loro ruolo nell'evoluzione geodinamica del continente antartico e le relazioni con l'evoluzione delle calotte glaciali. Queste faglie sono state attive sin dal Paleozoico e hanno svolto un ruolo fondamentale nella frammentazione del super-continente Gondwana guidando la separazione dell’Antartide dall’Australia. L’allontanamento tra questi due continenti e la progressiva migrazione dell’Antartide verso la sua attuale posizione polare, ha consentito l’instaurarsi della corrente circum-Antartica, responsabile del progressivo isolamento termico dell’Antartide e della formazione, circa 38 milioni di anni fa, della calotta polare che attualmente copre il 99% del continente. Questo rappresenta un esempio di come anche i processi geodinamici possano influenzare l'evoluzione climatica dei continenti. Resta da scoprire quanto queste faglie siano attive attualmente, considerando le relazioni con la sismicità e con le zone di fratturazione dell'Oceano Pacifico meridionale come le Balleny e Tasman Fracture Zones.

Come detto, lo studio del comportamento e delle mutazioni dei ghiacciai e del ghiaccio è un aspetto molto importante della ricerca polare; oltre che in Antartide, i geologi UniGe svolgono questi studi in Groenlandia. Paola Cianfarra ha infatti recentemente partecipato a una campagna geologica in Groenlandia per studiare i pattern di fratturazione ai margini della calotta glaciale che verranno confrontati da Evandro Balbi (PhD DISTAV) con le osservazione e le mappature delle superfici planetarie nell'ambito della sua tesi di dottorato svolta in collaborazione con ORSA – Observations and Research in Astronomical Sciences e Silvano Tosi, docente UniGe di Fisica sperimentale.

Lo studio del ruolo dei processi geologici nell'evoluzione di pianeti ed esopianeti è fondamentale anche per comprendere come le fratture che connettono l’interno con l’esterno del pianeta concorrano allo sviluppo di condizioni idonee ad accogliere forme di vita. Le osservazioni e misurazioni dirette sul campo consentono poi di comprendere meglio le forme e geometrie tridimensionali delle strutture visualizzate indirettamente sulle altre superfici planetarie con il telerilevamento.

Le immagini acquisite dalle missioni Cassini, Voyager, Galileo rivelano che la superficie di satelliti ghiacciati presenti nel Sistema Solare (per esempio Encelado, Ganymede, Europa) è decorata da intricati sistemi di faglie e fratture. Da queste discontinuità vengono sprigionati getti di fluidi intrappolati all’interno del pianeta attraverso vere e proprie manifestazioni vulcaniche (criovulcanismo). Esistono oceani di acqua liquida sotto la superficie ghiacciata di quelle lune! Per questa ragione moderne e future missioni spaziali (Juice, Orbilander) dirette verso tali corpi hanno anche lo scopo di cercare tracce di vita extraterrestre.

Le misure effettuate in Groenlandia hanno messo in evidenza il fondamentale ruolo delle fratture nel ghiaccio. Tali discontinuità meccaniche, sviluppate secondo geometrie diverse, rappresentano corridoi di aumentata permeabilità lungo i quali i fluidi (e i  sedimenti) intrappolati alla base della calotta “migrano” in superficie per entrare poi in atmosfera.

Studiare la deformazione tettonica del ghiaccio terrestre permette di comprendere meglio come siano evolute le atmosfere di altri mondi in cui i processi geodinamici sono attivi e vigorosi; l’incrementata capacità di interpretare dati remoti delle superfici planetarie consentirà di individuare siti ottimali per la ricerca di tracce di vita.