Antartide

La situazione geografica dell’Antartide (figura 1.1), confinata oltre il 60° parallelo di latitudine sud e coperta totalmente di ghiacci, è conseguenza di una lunga e complessa evoluzione geologica.  Sino al Giurassico (140 milioni di anni fa) l’Antartide occupava latitudini temperate e faceva parte del super continente Gondwana (Africa, Arabia, India, Ceylon, Australia, Nuova Zelanda e Sud America).
Durante il Terziario (circa 20 milioni di anni fa), dopo lo smembramento del gondwana avvenuto alla fine del Giurassico, si ha il definitivo distacco dell antardite  dall’America Meridionale. 

Intorno al continente antartico, rimasto dunque isolato, si è sviluppata una corrente  oceanica alimentata dai moti convettivi tra le masse d’acqua di diversa  temperatura, favorita dalla circolazione atmosferica di tipo ciclonico e influenzata dalla rotazione terrestre. Questa corrente circumpolare antartica  ostacola la commistione diretta delle acque provenienti da zone più temperate con quelle fredde continentali; ha così avuto inizio il progressivo raffreddamento del continente antartico in concomitanza dei seguenti fattori:
– la posizione geografica;
– la grande estensione continentale e l’altitudine media elevata;
– la forte riflessione dei raggi solari da parte della superficie innevata.
Tutte queste condizioni hanno portato nel tempo al lento accumulo della coltre di ghiaccio formatasi a spese dell’umidità atmosferica proveniente dai settori più temperati degli oceani circostanti L’Antartide è il più alto, il più secco, il più freddo ed il più ventoso continente del pianeta. Oltre il 97 % della sua superficie è coperta dal più grande complesso glaciale della Terra, il 91 % dei ghiacci presenti sul nostro pianeta. Circondata dai tre oceani dell’emisfero meridionale Atlantico, Pacifico e Indiano, l’Antartide ha una forma vagamente circolare, interrotta da un’appendice, la Penisola antartica, rivolta verso l’America meridionale e due insenature: una nel settore Pacifico in corrispondenza della Piattaforma di Ross e del Mare di Ross, l’altra nel settoreAtlantico in corrispondenza del Mare di Weddell.
Le sue coste si trovano a 950 Km dal Sud America, 2300 Km dalla Tasmania, 2300 Km dalla Nuova Zelanda e 3500 Km dall’Africa. Il centro del continente antartico corrisponde quasi col polo sud geografico; mentre il punto più interno e lontano dalle coste, denominato “Polo dell’Inaccessibilità”, si trova a 83° S e 53° E, al centro dell’Antartide Orientale.
L’intera regione antartica, compreso il suo oceano, ha un’estensione di circa 40 milioni di Km2, di cui 13,9 (una volta e mezzo l’Europa) occupati dal continente e dalle sue isole. Quest’ultime si possono distinguere in:
 isole antartiche, ovvero quelle a ridosso del continente, comprese nella
convergenza antartica e unite ad esso dal ghiaccio;
 isole sub-antartiche, nei pressi o esternamente alla convergenza e unite al
continente dalla banchisa solo nei mesi invernali.
La calotta glaciale ricopre il territorio per il 97,6 %, il restante 2,4 % è rappresentato dalle aree deglaciate. Queste sono situate prevalentemente nella fascia costiera, dove si formano laghi per lo più di acqua dolce; laghi di acqua salata possono originarsi solo dal sollevamento dei margini della calotta glaciale e quindi dal conseguente isolamento dell’acqua di mare nelle depressioni, oppure dall’evaporazione dell’acqua e conseguente precipitazione dei sali in essa contenuti. 

La calotta antartica costituisce l’80 % della riserva idrica di acqua dolce del nostro pianeta.Il volume dei ghiacci, sulla base di nuovi rilevamenti altimetrici da satellite, è stimato in circa 26,6 milioni di km3. La presenza della calotta glaciale fa sì che l’elevazione media dell’Antartide sia di 2500 m (con punte di oltre 4700 m), risultando perciò di 1500 m circa maggiore di quella media degli altri continenti.
Apparentemente unitaria, la massa glaciale che ricopre l’Antartide è in realtà costituita da diversi corpi glaciali. La maggior parte del volume totale è accumulato nelle due enormi calotte coalescenti che ricoprono l’Antartide, la calotta orientale e quella occidentale. Ai margini delle calotte si sviluppano grandi piattaforme e lingue di ghiaccio galleggianti, alimentate da veri e propri fiumi di ghiaccio (ice stream). Le piattaforme più estese, note anche come “barriere” o “tavolati”, si sviluppano prevalentemente all’interno di insenature o in prossimità di isole costiere, alle quali sono ancorate. Presentano una superficie piatta e sono generalmente delimitate da
una falesia di ghiaccio (barriera) che si sviluppa per alcune decine di metri al di sopra del livello del mare; la parte sommersa risulta comunque essere molto più di quella emersa. 

L’area totale delle piattaforme antartiche è di oltre 1,7 milioni di km2. Circa il 30 % delle coste antartiche è definito dai margini delle piattaforme, che riversano in mare i caratteristici iceberg tabulari, di dimensioni talora enormi. In prossimità delle coste il ghiaccio diventa più sottile e si estende sull’oceano, per 1,4 milioni di km2 in piattaforme di ghiaccio parzialmente fluttuanti spesse anche centinaia di metri.
L’Antartide è circondata da una piattaforma continentale, che si sviluppa fino a 500 – 900 m di profondità . Nei sedimenti e nell’assetto strutturale della piattaforma continentale è documentata la storia sedimentaria, tettonica e glaciale degli ultimi 40 milioni di anni. A differenza delle piattaforme degli altri continenti, quella antartica si trova a profondità più elevate (anche oltre 1000 m) ed è solcata da ampie incisioni. Queste anomalie devono la loro origine alla presenza della calotta glaciale che, con il suo peso, deprime il continente e con le sue ripetute fasi di avanzamento e arretramento, causa l’erosione o la deposizione di sedimenti glacio – marini della piattaforma .

La copertura glaciale antartica è costituita da due elementi principali, la calotta orientale e la calotta occidentale, separati dall’imponente sistema montuoso della Catena Transantartica

La calotta orientale copre un’area di 9,86 milioni di km2 (senza le piattaforme  galleggianti), ha uno spessore medio di oltre 2500 m ed un volume totale di oltre 22 milioni di km3. Si presenta di forma vagamente ellittica e, ai margini, ha un profilo convesso; la superficie è un’ininterrotta distesa di altopiani glaciali con brevi tratti di terreno scoperto lungo le coste. I rilievi emergenti dal ghiaccio (nunatak) e le aree costiere prive di copertura glaciale coronano la calotta nella fascia più esterna. La porzione sommitale della  calotta plateau costituisce un altopiano con alcune ampie culminazioni, le cupole glaciali.

Tra queste, la più elevata è la culminazione Argos (Dome A, oltre 4200 m), ubicata in corrispondenza dei Monti subglaciali Gamburstev che, pur rimanendo sepolti dalla coltre glaciale, si innalzano fino a 3000 m sul livello del mare.
 Lungo il margine occidentale della calotta orientale sorgono alcuni  vulcani tra i quali si ricordano l’Erebus, attivo, e il Terror, spento. La calotta orientale è di tipo continentale, poggia su un substrato roccioso ubicato prevalentemente    al di sopra del livello marino.
• La calotta occidentale, situata ad ovest rispetto al meridiano fondamentale di Greenwich, ha dimensioni molto minori rispetto a quella orientale (2,23 milioni di km2) ed uno spessore medio del manto glaciale di circa 1700 m.
Può essere suddivisa in diversi blocchi:

Terra di Marie Byrd, Terra di Ellsworth e la Penisola antartica, suddivisa a sua volta in Terra di Rolman e  Terra di Graham. Al di sotto il ghiaccio che la copre, presenta un complesso arcipelago con elevati rilievi (Vinson 5140 m). Infatti la calotta occidentale è di tipo marino, e poggia su fondali ancorati ad una serie di isole ed arcipelaghi .

Le catene montuose più importanti del continente antartico sono: • la Catena Transantartica, che si estende per 4000 km dalla Terra Vittoria del Nord alla Piattaforma di Filchner e raggiunge i 4528 m di altezza con il Monte Kirkpatrick; • i Monti di Ellsworth, situati alla base della Penisola antartica, con il Monte Vinson, “tetto del continente”, che arriva a 5140 m.
I principali vulcani sono:
• l’Erebus, di 3784 m, situato sull’isola di Ross; • il Melbourne, di 2733 m, situato tra la Baia Terra Nova e la Baia di Wood. 

Il clima
L’Antartide ha il clima più freddo e più secco della terra, caratteristica questa intimamente  connessa con la sua posizione geografica; infatti la regione antartica , riceve soltanto una piccola quantità di radiazione solare diretta a causa della bassa incidenza con cui i raggi del sole colpiscono la Terra alle latitudini polari.

Durante il periodo estivo le regioni polari assorbono circa il 30 % dell’energia pervenuta all’equatore, mentre durante il periodo invernale non arriva nessuna  radiazione: in  definitiva l’Antartide ottiene annualmente circa il 15 % dell’energia solare che riceve l’equatore.

Inoltre, la differente distribuzione fra terre emerse e mari che si riscontra fra l’emisfero australe e l’emisfero boreale fa sì che la regione antartica sia molto più fredda anche rispetto a quella artica; di fatto, il bacino Artico è un area oceanica  quasi completamente circoscritta da masse continentali in cui l’oceano si comporta come fonte di calore per le aree continentali circostanti, mentre all’opposto l’Antartide è un continente isolato, circondato esclusivamente   dall’ Oceano Meridionale.

Alla scarsa radiazione solare ed all’isolamento del continente va aggiunta anche l’influenza dell’elevata altitudine che caratterizza la calotta nevosa che ricopre il continente antartico

A tali quote, gran parte della radiazione ricevuta in estate viene restituita all atmosfera per effetto dell’albedo.

Come accennato precedentemente, il soleggiamento del continente non è molto abbondante: ai mesi caratterizzati dalla lunga notte polare seguono i mesi primaverili ed estivi in cui il sole è spesso schermato dalle nubi. Ricordando che la neve e il ghiaccio riflettono gran parte delle  radiazioni solari che giungono al suolo (albedo), in inverno l’assenza di raggi solari determina un ulteriore raffreddamento del continente.

Questa ulteriore perdita di calore causa un notevole raffreddamento e l’istaurarsi, in prossimità della superficie, di uno spesso strato di aria fredda, denominato strato d’inversione.
Durante il periodo invernale, la differenza di temperatura tra quella al suolo e quella atmosferica (a 1000 metri d’altezza) può superare i 30 °C.

La notevole stabilità dello strato d’inversione impedisce, almeno negli strati più bassi, la formazione di una circolazione atmosferica che favorisca la penetrazione delle correnti miti oceaniche verso l’interno; si avrà così che le correnti aeree e marine scorrono intorno al continente con un movimento quasi circolare, da ovest verso est (“deriva dei venti occidentali”).
L’effetto predominante di questo freddo estremo, principale caratteristica del clima antartico, e’ che l’immensa quantità di acqua presente nel continente, non sia disponibile in forma liquida ma bensì eternamente “intrappolata” sotto forma di ghiaccio.

Infatti, l’intenso freddo antartico determina in atmosfera un basso tasso di umidità e di conseguenza scarse precipitazioni, mentre al suolo l’acqua è presente in forma liquida solo nei brevi periodi estivi; quindi benché l’Antartide possieda circa 80% delle riserve di acqua dolce di tutta la terra, il clima antartico e’ uno dei più aridi del pianeta.
Le temperature medie del continente sono estremamente basse. Al Polo Sud (quota 2.800 metri) la temperatura media annua è di – 50 °C, quella del mese più caldo(gennaio) di – 29 °C, quella del mese più freddo (agosto) di – 60 °C. Le regioni costiere hanno un clima decisamente più mite grazie alla minore altitudine  e all’influenza del mare: qui le temperature anche in inverno scendono  raramente sotto i -30 °C mentre in estate possono superare lo zero. Questo mostra come anche in Antartide la continentalità del clima sia un fattore determinante nella distribuzione delle temperature.
La parte più calda del continente è la Penisola antartica e le isole adiacenti in cui la temperatura media annua può essere solo poco al di sotto dei -5 °C.

http://www.mna.unisi.it/italiano/Scopri_Antartide/Clima.htm

L’andamento delle temperature medie annue registrate da tutte le stazioni
antartiche è caratterizzato da un breve periodo estivo in cui vengono osservate  le temperature massime, seguito da un lungo periodo invernale caratterizzato da temperature basse piuttosto costanti.

Il grafico delle temperature nei mesi invernali non presenta un minimo ben distinto; tende invece ad appiattirsi, rendendo teoricamente possibile il raggiungimento delle temperature estreme in qualsiasi fase del periodo. Questa è una caratteristica comune per l’Antartide e viene definita con il termine “coreless winter” (Allison et al., 1993).

 Temperature medie mensili in alcune stazioni antartiche

Il vento

Non sono solo le bassissime temperature una caratteristica da record dell Antartide ma anche i fortissimi venti che ne solcano il territorio. Infatti, non sono rari venti con velocità comprese tra i 100 e i 200 Km/h che a volte superano  anche i 300Km/h. L’origine dei venti in Antartide è fortemente  legata alle quote elevate e alla fredda massa di ghiaccio che caratterizzano il continente stesso.

La forte capacità di riflessione da parte del ghiaccio dei raggi solari (albedo) e la conseguente perdita di calore producono uno strato superficiale di aria molto fredda che scorre in modo strettamente condizionato dalla superficie topografica del ghiaccio.

Questi venti di caduta, catabatici, sono generalmente i più importanti e caratteristici dell’Antartide. Essi possono diventare particolarmente forti (punte di velocità oltre i 300 km/h) scendendo per gravità lungo il pendio che dal plateau centrale porta alle zone costiere.

Sono, infatti, la causa delle condizioni quasi costanti di vento forte blizzard* e di tormente di neve registrate in molte stazioni costiere antartiche e della presenza, al largo delle coste , di aree di mare prive di ghiaccio marino anche in inverno (Polynya).
Nelle regioni più interne del continente, l’atmosfera è stratificata e stabile ed i venti sono deboli, con velocità attorno ai 15 km/h durante tutto l’anno; spesso però i venti soffiando nella stessa direzione, danno origine alle caratteristiche ondulazioni ed asperità della superficie nevosa (Sastrugi).

Intorno ai margini costieri , l’influenza dei venti catabatici viene attenuata a causa dell’aumento dell’influenza dei cicloni che si muovono da ovest verso est.Sia la Penisola antartica, che si protende in seno a questa circolazione, che le altre  regioni costiere sono particolarmente interessate da queste pertubazioni  . In queste situazioni, anche dei venti deboli possono apportare quantità considerevoli di aria relativamente calda e umida dal mare e di
conseguenza maggiori quantità di precipitazioni.

Formazione delle aree di Polynya a largo delle coste antartiche

Le Precipitazioni
Come precedentemente accennato, le precipitazioni antartiche sono assai scarse, paradossalmente assimilabili a quelle di un clima desertico; all’interno del continente cadono anche meno di 50 mm annui e solo in prossimità delle coste si superano i 300 mm, con punte di 600 mm all’anno

L’aridità della parte centrale dell’Antartide è una conseguenza della circolazione atmosferica. Secondo Weyant (1966) gran parte dell’acqua atmosferica che precipita sull’Antartide ha origine nelle acque libere dell’emisfero australe.

Il maggior afflusso d’acqua si verifica durante l’inverno e la maggior parte di essa viene trasportata nell’alta troposfera.

La zona più interna del plateau, che comprende gran parte dell’Antartide orientale e presenta precipitazioni inferiori ai 10 gr cm-2 a -1, raramente interessata da copertura nuvolosa, riceve una elevata insolazione ed è caratterizzata da venti di debole intensità.

Di conseguenza, la maggior parte delle precipitazioni che interessano questa regione provengono direttamente dai livelli più alti della troposfera ed hanno origine nei mari delle regioni sia temperate che tropicali.
Osservando le due figure si può notare come ci sia una corrispondenza tra le temperature e le precipitazioni: le isoterme assomigliano alle isoiete.

Una temperatura media di -25°C corrisponde ad una precipitazione media di circa 400 mm w.eq.a -1 mentre le temperature inferiori ai – 55°C corrispondono a valori di precipitazione inferiori ai 50 mm w.eq.a-1.

Questo si spiega con il fatto che a – 55 °C la pressione di saturazione del vapore è 30 volte inferiore rispetto a quella che si registra a – 25 °C quindi la massa d’aria può contenere una quantità inferiore di umidità.

Infatti, a causa della scarsa umidità del plateau antartico ed allo stesso tempo dell’elevata umidità relativa  (circa del 70%) dovuta alle freddissime temperature, l’atmosfera sopra il plateau antartico risulta satura (spesso sovrassatura) d’umidità rispetto al ghiaccio; ciò favorisce la formazione di cristalli di ghiaccio che precipitano direttamente dal cielo limpido.

Queste precipitazioni vengono appunto chiamate clear sky e rappresentano la maggior parte delle precipitazioni del plateau antartico (Ekaykin et al., 2004).
La fascia costiera dell’Antartide orientale, inclusa la banchisa, riceve maggiori  quantità di umidità, rispetto alle zone del plateau centrale. 
Questa umidità, proveniente dagli oceani che circondano l’Antartide, viene trasportata  dalle masse d’aria che si muovono nei livelli più bassi dell atmosfera .

Il clima della fascia esterna dell’Antartide dipende in larga misura dalla topografia. Queste aree sono caratterizzate da venti catabatici molto forti che provengono dal plateau centrale e incanalandosi a causa della topografia possono diventare estremamente violenti. In concomitanza di questi venti particolarmente forti, si verifica un considerevole trasporto di neve in sospensione che viene soffiata direttamente dal plateau centrale e nessuna o scarsa precipitazione diretta. Le zone più esterne del continente, sono interessate anche dall’attività ciclonica che riguarda la zona più meridionale dell’oceano Antartico; i venti che provengono dal mare possono portare precipitazioni che hanno un’origine locale.

Quando i venti catabatici si attenuano o cessano del tutto, le masse d’aria marittima possono muoversi verso l’interno del continente, spesso portando nuvolosità e precipitazioni abbondanti.

Nella fascia costiera le perturbazioni che si muovono da ovest verso est nell’area dell’oceano meridionale, portano abbondanti precipitazioni e favoriscono i forti venti osservati in queste aree. 

 

Il Mare
Là dove i tre oceani – Atlantico, Pacifico ed Indiano – raggiungono le latitudini  più meridionali, essi si fondono in un’immensa massa d’acqua che circonda l’Antartide: l’Oceano Australe o Antartico. L’Oceano Australe ha un’area doppia di quella del continente; il suo limite meridionale coincide con la costa antartica mentre quello settentrionale è convenzionalmente rappresentato da una linea che corre tra 50° e 60° latitudine sud intorno al continente detta “Convergenza Antartica”.

Tra il 52° parallelo e il 65° si sviluppa la “Corrente Circumpolare Antartica” che si muove da ovest verso est, perciò in senso orario intorno al continente, compresa fra il “fronte antartico” ed il “fronte sub – antartico” (figura 1.12). Questa corrente non è guidata solo dal regime dei potenti venti occidentali, ma anche dalla topografia del fondo marino.

In vicinanza del continente antartico, il regime dei venti orientali innesca una corrente mediamente diretta verso ovest definita “Corrente Polare”. Tra la corrente circumpolare e quella polare il sistema dei venti mantiene attivi i vortici ad andamento orario che caratterizzano le regioni del Mare di Ross e di Weddell.

A breve distanza dalle coste, invece, la corrente influenzata dai fondali marini e dai venti continentali si muove in senso antiorario. Pur costituendo una barriera tra le acque temperate e acque fredde, la corrente circumpolare permette un graduale scambio di calore, sostanze nutritive, ossigeno e anidride carbonica tra le masse d’acqua in contatto.

Nell’Oceano Meridionale avviene un notevole scambio di energia fra le acque fredde antartiche e quelle settentrionali più calde. Si tratta di un processo che tende a compensare il surplus di energia prodotto nelle acque equatoriali e fondamentale per il mantenimento del sistemo climatico globale. 

Le correnti oceaniche che circondano il continente antartico

Lungo la “Corrente Circumpolare” si realizza, infatti, lo scambio di energia e del contenuto di sali che regola e condiziona il trasferimento delle sostanze chimiche e delle specie biologiche, consentendo all’ecosistema antartico di mantenere le sue peculiari caratteristiche.

La zona che meglio manifesta questi fenomeni è la convergenza antartica dove l’acqua superficiale antartica molto fredda, ma di minore salinità, incontra l’acqua superficiale sub-antartica più calda e più salata.
La zona polare frontale è definita in superficie dall’isoterma di 2° C ed in profondità da un minimo di salinità. 

Il quadro sintetico della circolazione termoalina  nell’Oceano Meridionale vede acqua profonda, calda e salata, che fluisce verso l’Antartide.
Questa massa d’acqua emerge in corrispondenza della divergenza antartica, si raffredda e si arricchisce in ossigeno per formare sia l’acqua superficiale sia l’acqua di fondo antartica. La zona della convergenza è caratterizzata dal succedersi di sistemi ciclonici che causano tempeste con vento di grande intensità ed onde gigantesche tanto da essere nota nella letteratura come i “50 ruggenti ed i 60 urlanti”. Si può perciò affermare che l’Oceano Meridionale o Antartico svolge un ruolo di primo piano nella regolazione del clima a scala globale; interagendo con la circolazione atmosferica e con le acque di scioglimento dei ghiacciai antartici, funge da motore della circolazione delle correnti oceaniche del pianeta.

http://www.mna.it/content/oceano-meridionale