Salvaguardare il permafrost, come la Russia monitora le proprie peculiarità geologiche

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Approfondimento
Il permafrost, detto anche “permagelo”, si sta sciogliendo sempre più rapidamente negli ultimi decenni. Per capire come questo fenomeno sia collegato al cambiamento climatico e quali conseguenze possa avere, la Russia sta creando un sistema di monitoraggio statale.
In questo approfondimento, Sputnik ripercorre la storia e le caratteristiche del progetto.

Il permafrost è una questione seria

Più del 60% della Russia è costituito dal permafrost. In quest’area vivono più di 15 milioni di persone, trovano luogo imprese, città, strade e condutture. In nessun altro luogo al mondo si trovano infrastrutture simili sul permafrost. Per questo motivo la Russia ha da sempre dedicato grande attenzione allo studio di questo terreno.
Negli anni '20 nacque una branca a sé stante che mutua conoscenze di geologia, geografia, geofisica e tecnica ingegneristica: si tratta della geocriologia. Nel 1929, presso l'Accademia delle Scienze dell'URSS, fu istituita la Commissione per lo studio del permafrost. Nel 1939 l’Accademia prese il nome di Istituto di ricerca sul permafrost. Nel 1953 fu inaugurata presso la Università statale di Mosca (MGU) la prima cattedra al mondo di geocriologia.
Oggi, il permafrost è oggetto di studio presso da due istituti della Accademia nazionale russa delle Scienze dislocati a Yakutsk e Tyumen. Questi enti studiano l'evoluzione dell’area di permafrost in base a fattori naturali e antropogenici. E in questo senso la Russia vanta la maggiore esperienza a livello globale.
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I servizi comunali delle città più a nord del Paese e le maggiori società del settore estrattivo, impegnate nella regione artica, vantano solitamente proprie divisioni ingeneristico-geologiche.
In questo contesto, gli esperti effettuano una stima del rischio all’integrità del permafrost per edifici e impianti, nonché i rischi legati alla eventuale liberazione di pericolosi agenti patogeni nella fase di apertura di scioglimento di resti di animali congelati. Un altro rischio è rappresentato dalle fughe di metano, prodotte durante lo scioglimento dei clatrati idrati dislocati sotto il permafrost. Queste fughe sono spesso accompagnate da esplosioni e dalla formazione di profondi crateri.
Questo complesso di ricerche scientifiche e indagini ingegneristiche viene definito monitoraggio geotecnico.
Esiste anche il cosiddetto monitoraggio di fondo, il cui compito è l'osservazione regolare dello stato generale del permafrost, la misurazione della sua temperatura e la profondità del fenomeno di scongelamento stagionale e generale.
Il Servizio federale russo di monitoraggio ambientale (Rosgidromet), che vanta una rete di stazioni meteorologiche in tutto il Paese, sta lavorando proprio in questa direzione. In corrispondenza di 146 di queste stazioni nella regione del permafrost sono state perforati dei pozzi e collocati a una profondità di 3,2 metri diversi sensori. Negli archivi sono conservate informazioni relative a un periodo superiore ai 100 anni.

Monitoraggio globale del permafrost

Gli scienziati osservano che l'Artico si sta riscaldando più velocemente di qualsiasi altra regione del pianeta. In 40 anni le temperature medie annuali sono aumentate di 0,5-0,9 gradi Celsius, da tre a quattro volte la media globale. Il permafrost si è riscaldato in media di 0,39 gradi Celsius e in alcuni luoghi la temperatura sta aumentando al ritmo di 0,1 gradi Celsius all'anno.
Molti Paesi sono dotati di servizi impegnati nel monitoraggio geocriologico.
Negli Stati Uniti e in Canada questa attività è portata avanti dai servizi geologici nazionali, in Svizzera e Norvegia dalle università nell'ambito dei programmi statali e in Cina dall'Accademia delle Scienze, in collaborazione con le imprese industriali. I metodi differiscono leggermente, ma in generale il principio è comune: si misurano le temperature nei pozzi e si raccolgono dati geotermici, climatici, geofisici e biologici in apposite piattaforme.
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Dagli anni '90 viene alimentata la Rete globale di monitoraggio del permafrost (GTN-P), sotto l’egida dell'Organizzazione meteorologica mondiale e dell'Associazione internazionale del permafrost (IPA). La risposta del permafrost al cambiamento climatico è valutata utilizzando 2 parametri: lo stato termico del permafrost (programma TSP) e lo spessore dello strato attivo del permafrost (programma CALM). La rete TSP comprende circa 1.650 pozzi di varie profondità, 384 dei quali si trovano in Russia. In Russia si trovano anche 68 siti del programma CALM.

Necessario un sistema di monitoraggio proprietario

Anche se i programmi internazionali utilizzano schemi e protocolli di misurazione standardizzati, non possono essere considerati una fonte di dati affidabili sul permafrost, perché hanno obiettivi puramente scientifici. I pozzi e i siti sono distribuiti in modo non uniforme, almeno in Russia. Parte dei progetti sono finanziati dalla US National Science Foundation, mentre molti operano su base volontaria.
Le osservazioni regolari di Rosgidromet sul permafrost, invece, non sono più in linea con gli standard attuali. Ecco perché, a livello governativo, in Russia si è deciso di creare un sistema nazionale di monitoraggio del permafrost, come si legge nel decreto presidenziale Pr-1971 del 16 ottobre 2021. Il progetto sarà finanziato con 1,7 miliardi di rubli del bilancio federale. Il progetto è stato sviluppato dall'Arctic and Antarctic Research Institute (AARI).
Secondo il progetto, nel periodo 2023-2025 saranno perforati pozzi di 25 metri e installati sensori in 140 stazioni già esistenti della rete Rosgidromet. Queste saranno stazioni per il monitoraggio di fondo. Si studieranno le proprietà dello strato roccioso del permafrost sulla base dei carotaggi estratti dai pozzi. Inoltre, saranno allestiti siti di osservazione in 20 stazioni meteorologiche, al fine di monitorare la dinamica dello strato attivo che si scongela durante la stagione calda. A seconda della latitudine geografica, la sua profondità può variare da decine di centimetri a due o tre metri.
In maniera analoga (ossia con l’interazione di pozzi 2 siti), è in corso la creazione di una rete internazionale di monitoraggio della criolitozona GTN-P, in cui sono coinvolti anche scienziati dell'Accademia nazionale russa delle Scienze. Un database comune rende possibile l’effettuazione di previsioni sulle condizioni del permafrost su qualsiasi scala, nonché l’integrazione dei risultati con i modelli climatici globali.
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Il sistema di monitoraggio nazionale sarà organizzato secondo le norme internazionali e nazionali e i suoi dati saranno messi a disposizione di tutte le parti interessate, comunica Rosgidromet.
"Questo include sia gli standard TSP e CALM che i documenti normativi russi (GOST, RD). I risultati e le relative informazioni saranno inviati all'Osservatorio, poi al Centro russo di ricerca dell’Istituto di raccolta dati idrometeorologici in seno a Roshydromet. L’accesso sarà libero per esperti, comunità scientifica e agenzie governative", spiega il portavoce dell'agenzia.
Si prevede anche di utilizzare i dati di varie organizzazioni scientifiche e produttive coinvolte nella criolitozona.

Dal pozzo di Shergin ai poligoni geocriologici

Nel 1828 il mercante Fyodor Shergin decise di scavare un pozzo profondo nel cortile della sua casa a Yakutsk, per raggiungere la falda acquifera. Questa è considerata la data di nascita della geocriologia russa. Qualche anno dopo, quando riuscì a scavare per 30 metri, la temperatura del suolo misurata era ancora sotto zero.
Il mercante stava per fermare il lavoro, ma nel 1831 l'ammiraglio F.P. Wrangel si recò a Yakutsk. Infatti, era interessato al progetto e promise di aiutare. Allora, per i successivi 5 anni, il pozzo venne scavato con il finanziamento erogato dalla Compagnia russo-americana. Ci si fermò a una profondità di 116,4 metri per "apparente inutilità". Solo negli anni '30 si riuscì a stabilire che lo strato ghiacciato in quel punto termina effettivamente a 189 metri.
Anche se il pozzo di Shergin non raggiunse mai l'acqua, si trattò di una vera svolta scientifica nello studio del permafrost. Prima di allora, lo stato di congelamento in profondità del suolo siberiano era messo ampiamente in dubbio. Nel pozzo si misurava regolarmente la temperatura a varie profondità e vennero stabiliti alcuni elementi di regolarità. Ad esempio, impararono a prevedere lo spessore dello strato ghiacciato in base al rapporto tra variazione della temperatura e di profondità.
"Osservare solo lo strato superiore del permafrost in un contesto di riscaldamento globale non è sufficiente", sostiene Dmitry Drozdov, vicedirettore dell'Istituto per lo studio della criosfera terrestre presso il Centro scientifico di Tyumen, afferente al Distaccamento siberiano dell'Accademia nazionale russa delle scienze, nonché dottore in Scienze geologiche e mineralogiche. “È necessario perforare pozzi più profondi e misurare le temperature su tutti o sulla maggior parte degli strati di permafrost, analogamente a quanto fatto con il pozzo di Shergin. Senza queste attività, qualsiasi previsione geocriologica a lungo termine è insostenibile”.
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"Sono pochi i dati che otteniamo dai singoli pozzi delle 140 stazioni meteorologiche”, sostiene Vladimir Dubrovin, esperto dell’Ente federale russo FSBI Gidrospetsgeologiya. “È necessario sviluppare una rete di poligoni regionali per monitorare un gran numero di parametri relativi al permafrost".
"C'è anche bisogno di valutare le condizioni della neve e della copertura vegetale, le rocce dello strato superiore e il drenaggio superficiale. E questi dati sono necessari per valutare sia le aree incontaminate sia quelle con attività antropiche. Prevedere lo stato del permafrost richiede competenze di alto livello, quindi non c'è modo di aggirare il problema", aggiunge Anatoly Brushkov, capo del Dipartimento di geocriologia presso la Facoltà di geologia dell'Università statale Lomonosov di Mosca, nonché dottore in Scienze geologiche e mineralogiche.
Oltre al sistema di monitoraggio del clima, gli scienziati propongono di creare 15 poligoni geocriologici in tutto l'Artico, dal nord europeo alla Chukotka, in ogni area climatica e su ogni tipologia di permafrost. Secondo gli esperti, queste aree organizzate secondo uno standard unificato e con una propria rete di osservazione di pozzi e piattaforme che coprono decine di migliaia di chilometri quadrati saranno la chiave per raccogliere e aggregare le informazioni sul permafrost e su processi criogenici potenzialmente pericolosi.
Con questo approccio, sarà possibile capire in che modo il permafrost si comporta in diverse condizioni paesaggistiche e alla luce dell’impatto di determinate infrastrutture, cercando poi di dedurre conclusioni applicabili all'intera regione. E una banca dati unificata sarà utile sia per scopi scientifici che pratici, per le previsioni geocriologiche e lo sviluppo di misure atte a prevenire disastri ambientali.
L'esperienza della Yakutia aiuterà, sostiene Mikhail Zheleznyak, direttore dell'Istituto Melnikov per lo studio del permafrost del Distaccamento siberiano dell'Accademia nazionale russa delle Scienze a Yakutsk, nonché dottore in Scienze geologiche e mineralogiche.
"Negli ultimi anni, la Repubblica della Yakutia ha prestato grande attenzione al problema del cambiamento climatico e del deterioramento degli strati di permafrost, ma il lavoro è ostacolato dalla mancanza di un programma approvato e finanziato", sottolinea lo scienziato.
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La Yakutia è la regione più grande del Paese e quasi tutta la sua superficie (il 96%) è costituita dal permafrost. Qui, da molti anni, monitoriamo lo stato del permafrost in 35 siti con le nostre risorse, cercando di sistematizzare le informazioni raccolte e creare con esse delle banche dati. Nel 2018 è stata approvata una legge regionale "Sulla protezione del permafrost nella Repubblica di Sakha (Yakutia)". Gli esperti di geocriologia invitano il governo federale russo a valutare la possibilità di approvare una legge analoga a livello federale.
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