10 – La Criosfera Corso di “Geografia fisica” Scuola di Scienze e Tecnologie L-32 / L-34 – Scienze geologiche, dell’ambiente e della natura Corso di “Geografia fisica” Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci 10 – La Criosfera

La Criosfera La Criosfera è la porzione della superficie terrestre coperta da acqua allo stato solido. La Criosfera comprende le coperture di neve, il ghiaccio presente su mari, laghi e fiumi, i ghiacciai, le calotte polari e gelo presente nel suolo. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

La neve La neve è formata da cristalli di ghiaccio singoli, aventi simmetria esagonale, o da loro piccoli aggregati. E’ un materiale granulare che si comporta come un fluido denso ma con densità bassa, dato che buona parte dello spazio è occupato da aria. La quasi totalità della neve presente sulla superficie terrestre deriva da precipitazioni nevose. La copertura nevosa del suolo non risponde esattamente al regime delle nevicate, dato che la neve che si è deposta può essere movimentata dal vento, può fluire verso il basso e si scioglie in modo non omogeneo. La neve al suolo può anche essere artificiale, ovvero ottenuta tramite getti d’acqua “polverizzata” con temperature dell’aria ben sotto 0°C. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Tipi di neve Imbiancata: sottile copertura disomogenea e/o discontinua del terreno Leggera e polverosa: appena caduta se si è sotto 0°C e con poca umidità dell'aria Pesante: quando la temperatura va sopra 0°C, la neve diventa umida e un po' più pesante a causa del suo parziale scioglimento Grande e pesante: se si è sopra 0°C, i fiocchi si uniscono in agglomerati umidi più grandi e a terra la neve diventa molto pesante e compattabile Ghiacciata: quando la temperatura scende successivamente sotto 0°C la neve ghiaccia e prende la consistenza di polvere mista a ghiaccio, scarsamente umida e quindi difficilmente compattabile Trasformata: successivi passaggi sopra e sotto 0°C compattano fortemente la neve, quasi come in pista, spesso anche con crosta di rigelo; fenomeno più frequente in primavera Con crosta: il vento e l'umidità a esso associata e/o successivi passaggi sopra e sotto 0°C formano una crosta molto rigida e spessa sopra la neve polverosa, meno spessa sulla neve più molle. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Funzioni della neve La neve accumulata al suolo, essendo ricca d’aria che è un ottimo isolante termico, ha l'importante funzione biologica di proteggere il terreno dalle gelate Dal punto di vista idrologico, la sua lenta fusione consente una maggiore infiltrazione dell'acqua nel terreno rispetto alle piogge, permettendone l'accumulo nelle falde acquifere. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Scioglimento della neve La neve fresca è fortemente riflettente per tutte le lunghezze d’onda della REM (elevato albedo), per cui tende a riscaldarsi solo minimamente per irraggiamento solare. Il fenomeno che principalmente determina lo scioglimento della neve sono le piogge; subordinatamente si ha il riscaldamento da parte del suolo e il riscaldamento da parte dell’aria. Se l’aria è molto umida, la neve tende ad assorbire umidità, diventando “pesante”. L’acqua presente nella neve umida assorbe fortemente la REM (così come eventuali detriti presenti sulla sua superficie), contribuendo a rendere più rapido lo scioglimento. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Valanghe La neve posta su pendii ripidi è in equilibrio metastabile, essendo attratta verso il basso dalla forza di gravità mentre la coesione le impedisce di muoversi. Se questo equilibrio si rompe, la neve si comporta come un fluido, per cui scende verso il basso trasformando la sua energia potenziale (legata al dislivello) in energia cinetica. Una valanga è una massa di neve che scende con moto turbolento verso il basso, con velocità che possono superare i 300 Km/h. Fattori predisponenti sono il sovraccarico nevoso, la presenza di masse di neve su una superficie ghiacciata, l’aumento di peso dovuto a piogge o a fusione parziale per innalzamento della temperatura dell’aria. Fattori scatenanti possono essere il vento, frane e attività antropiche (soprattutto, passaggio di sciatori o alpinisti). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Classificazione delle valanghe Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Dalla neve al ghiaccio La neve, soffice e areata in superficie (densità 0.2 / 0.3 Kg/dm3), in profondità tende a compattarsi a causa del peso della coltre sovrastante; questo fenomeno è più accentuato se le temperature sono prossime a 0°C. Questa compattazione comporta un metamorfismo dei cristalli di neve, che localmente fondono nelle loro porzioni apicali a contatto con altri cristalli e ricristallizzano in forme più compatte e meno regolari, fino a dar luogo a granuli di ghiaccio (neve granulare) che poi si fondono parzialmente tra loro dando luogo al firn (densità 0.55 – 0.83 Kg/dm3). Fenomeni simili interessano anche il firn, che lentamente si trasforma in ghiaccio, espellendo via via l’aria presente negli interstizi fino alla totale compattazione (densità circa 0.9 Kg/dm3). L’intero ciclo in media impiega 5 anni. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Il ghiaccio Il ghiaccio può derivare da metamorfismo e compattazione della neve o da congelamento dell’acqua liquida (marginalmente, da congelamento del vapore d’acqua). Trascurando gli accumuli minimi, possiamo distinguere tra ghiaccio che sovrasta masse d’acqua (pack, banchisa, lingue glaciali galleggianti ecc.), ghiaccio che si accumula su ampie masse “continentali” (calotte glaciali o inlandsis) e ghiaccio che riempie valli (ghiacciai vallivi o alpini). montane (ghiacciai). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Moti del ghiaccio Il ghiaccio, pur essendo un materiale solido, alla scala regionale si comporta come un fluido estremamente denso, fluendo lentissimamente nel verso del gradiente dell’energia potenziale. Gli accumuli di ghiaccio appoggiati su una base inclinata (come è tipico dei ghiacciai) tendono quindi a fluire molto lentamente verso il basso. Molto più lentamente fluiranno radialmente gli inlandsis, spinti dal peso del maggior spessore della porzione centrale della calotta Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Ghiaccio e temperatura Il ghiaccio, ovviamente, si forma a temperature inferiori a 0°C e si scioglie a temperature superiori. L’estensione e l’evoluzione delle masse di ghiaccio dipendono quindi fortemente dalle caratteristiche climatiche locali (soprattutto temperatura media e rapporto neve/pioggia). Un ghiacciaio stabile ha la testata ubicata in zone fredde (T < 0°C) e si estende verso il basso fino ad aree caratterizzate da temperature ben superiori a 0°C (cioè, fin dove la velocità di scioglimento è pari all’afflusso di nuovo ghiaccio proveniente dalle quote superiori). Per poter avere un ghiacciaio, le nevicate devono essere molto superiori alle piogge. Quando però un ghiacciaio o la lingua di un inlandsis terminano in un bacino d’acqua, i moti di quest’ultima possono provocare fratture che sbloccano masse di ghiaccio galleggiante (determinando il punto finale della lingua di ghiaccio anche con temperature molto minori di 0°C), che poi migrano spinte da venti e correnti marine (iceberg). Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Il ghiaccio come risorsa I ghiacci rappresentano di gran lunga la più grande riserva di acqua dolce della Terra, avendo un volume complessivo stimato intorno ai 29’000’000 Km3 Km3 % Ghiaccio 29000000 68.62 Falde acquifere 13000000 30.76 A. superficiale 250000 0.59 Vapore acqueo 13000 0.03 TOTALE 42263000 100.00 Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Gelo Il gelo è l’acqua allo stato solido che si forma all’interno del suolo. Nelle regioni in cui si ha una temperatura media annua minore di 0°C, questo gelo a una certa profondità non si scioglie neppure durante la stagione più calda, dando luogo a uno strato continuo, più o meno spesso, di suolo gelato con lenti di ghiaccio (permafrost), che agisce da livello impermeabile e influenza fortemente l’evoluzione del paesaggio locale. Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci

Distribuzione del permafrost A seconda della sua continuità laterale, che a sua volta dipende dalle variazioni locali di temperatura, si possono distinguere quattro tipi di permafrost: continuo, discontinuo, sporadico, isolato Geografia fisica - Modulo “Fisica dell’Atmosfera e dell’Idrosfera” Prof. Carlo Bisci