Gli oceani delle regioni polari del nostro pianeta sono ricoperti costantemente da uno strato di ghiaccio (sea ice), detto anche banchisa, che si forma a causa delle basse temperature tipiche di queste aree (Figura 2.1). Raggiunta la temperatura di circa -1.8 °C (punto di congelamento per acqua salata), si ha la formazione di uno strato galleggiante di ghiaccio costituito da acqua dolce, in quanto durante il processo di congelamento i sali minerali restano in soluzione.
L’estensione delle banchise polari è caratterizzata da notevoli variazioni stagionali: la banchisa antartica si riduce fortemente nell’estate australe, riformandosi in inverno e raggiungendo un’estensione pari a quella del continente antartico (19 milioni di km2); la banchisa artica raggiunge la sua estensione massima a Marzo, coprendo un’area di circa 15 milioni di km2,
mentre a Settembre scende fino a 6,5 milioni di km2 . Da qualche anno perde parte della sua estensione ad ogni ciclo, fatto che viene attribuito
al riscaldamento globale e che potrebbe portare nel tempo alla sua scomparsa nel periodo estivo [Barber and Iacozza, 2004].
La causa principale della formazione della banchisa è il congelamento della superficie marina, essendo le precipitazioni nevose molto scarse nelle regioni polari. L’acqua del mare congela sempre in superficie e mai sul fondo, dove non raggiunge temperature sufficientemente basse a causa del suo elevato calore specifico che comporta una scarsa propensione a variare la temperatura. Raggiunta la temperatura di congelamento, ha inizio
la formazione di piccoli cristalli lenticolari, il cui diametro è dell’ ordine di qualche millimetro. I cristalli tendono ad unirsi per minimizzare la propria energia termodinamica.
Lo strato superficiale oceanico caratterizzato dalla presenza di tanti agglomerati di cristalli risulta essere molto viscoso (grease ice). In questo stadio di congelamento gli agglomerati sono molto instabili, per cui tendono a rompersi anche in uno stato di mare poco mosso
[Martin and Kauffman, 1981]
Quando la concentrazione dei cristalli di ghiaccio aumenta notevolmente, si ha la formazione di piccoli blocchi di ghiaccio (pancake ice). La dimensione e la forma di questi ultimi è notevolmente influenzata dalla turbolenza oceanica e dal campo d’onda presente. In zone oceaniche caratterizzate da onde di elevata ampiezza e potenza,
i blocchi di ghiaccio non riescono mai a congelare l’uno con l’altro, per cui esistono aree artiche ed antartiche caratterizzate da zone di pancake ice ampie diverse centinaia di chilometri [Wadhams, et al., 1987]. In queste zone, a causa dell’azione delle onde, i blocchi di ghiaccio tendono a scontrarsi continuamente, acquisendo progressivamente una forma
arrotondata [Doble, et al., 2003; Doble and Wadhams, 2006; Wilkinson, 2006] . In acque calme e fredde, invece, i blocchi di ghiaccio possono crescere fino a raggiungere diametri di diverse decine di metri e spessori di diversi decimetri.
In uno stato successivo del processo di congelamento, in condizioni di mare poco turbolento, i blocchi di ghiaccio tendono a saldarsi tra di loro, formando un unico strato superficiale di ghiaccio fisso (solid ice) esteso anche per diverse centinaia di chilometri quadrati (grafico sotto). È questo un caso tipico dei golfi o di zone riparate dalla turbolenza oceanica.
Lo strato solido di ghiaccio non è omogeneo, ma è percorso da numerose discontinuità che si formano e si allargano a causa delle tensioni provocate dalle correnti e dal vento. In condizioni di calma, tali discontinuità possono ricongelare nuovamente, provocando una differenza dello spessore di ghiaccio all’interno di un blocco continuo.
Si possono considerare due diverse tipologie di solid ice [Leppranta and Matti 2005] :
• Ghiaccio del primo anno (first-year sea ice): ghiaccio formatosi durante la
stagione presente. È caratterizzato da uno spessore moderato (circa un metro)e da una salinità elevata. Nella stagione estiva tende a sciogliersi quasi completamente.
• Giaccio vecchio (old sea ice): ghiaccio formatosi in stagioni precedenti. È
caratterizzato da spessori di diversi metri e da una salinità quasi nulla. È molto più compatto del ghiaccio del primo anno e tende a resistere meglio alle stagioni estive.
