Man mano che la copertura di ghiaccio dei laghi diminuisce, gli scienziati lavorano per capire cosa succede sott’acqua in inverno

Durante i mesi estivi, gran parte della vita nei laghi è limitata alle aree vicino alla riva dove la luce tocca il fondo. Ma il primo giorno di ghiaccio in inverno, un pesce potrebbe alzare lo sguardo e vedere un vasto e temporaneo micro-ecosistema contenente tappeti di alghe e dozzine di microrganismi che ronzano intorno. Per Stephanie Hampton, vicedirettore della Divisione di scienze e ingegneria della biosfera della Carnegie Science, questo è il giorno più magico dell’anno.

“È come svegliarsi ed è una giornata di neve, ma durerà sei mesi”, ha detto Hampton.

I ricercatori che studiano i laghi, noti come limnologi, hanno a lungo ed erroneamente presunto che l’inverno fosse una stagione relativamente poco importante rispetto ai mesi estivi più attivi. Ma mentre le temperature aumentano in tutto il mondo e la durata della copertura di ghiaccio sui laghi d’acqua dolce diminuisce rapidamente, molti limnologi si trovano ad affrontare, e si affrettano ad affrontare, una grave lacuna di conoscenza sul ruolo che la copertura di ghiaccio invernale gioca sui cicli e sul funzionamento dei laghi.

Oltre la metà dei 117 milioni di laghi del mondo ghiacciano durante l’inverno. Ma con l’aumento delle temperature, la lunghezza media della copertura di ghiaccio sui laghi è diminuita di oltre 30 giorni nell’ultimo secolo e mezzo. Secondo un recente studio pubblicato su Science, migliaia di laghi che prima ghiacciavano per una parte dell’anno non hanno più ghiaccio. Poiché l’inverno si riscalda più velocemente di qualsiasi altra stagione in gran parte degli Stati Uniti, i ricercatori sono alle prese con ciò che ciò significa per i laghi, le comunità e le creature che dipendono da essi.

Le registrazioni della stessa copertura di ghiaccio sono, per alcuni laghi selezionati, alcuni dei set di dati climatici più lunghi e più grandi raccolti dalle persone. I più antichi, raccolti dai monaci shintoisti in Giappone, risalgono al 1443. Ma molti esperti del settore ritengono che le indagini su ciò che accade sotto il ghiaccio e sul suo impatto sul lago durante tutto l’anno siano carenti.

“È una sorta di circolo vizioso di ignoranza”, ha detto Ted Ozersky, professore associato presso l’Università del Minnesota-Duluth che studia limnologia invernale. “Non sai molto di quello che succede lì e non leggi molto sull’inverno, quindi presumi implicitamente che non succeda nulla di interessante o importante… e questo scoraggia le persone dallo studiare l’inverno.”

Ipotesi sfidanti

Fu sul Lago Baikal in Siberia che Hampton iniziò a rendersi conto del danno che queste ipotesi avevano causato. Nella maggior parte dei laghi, la quantità di alghe che effettuano la fotosintesi in inverno è inferiore rispetto a quella in estate. Ma il ghiaccio sul Lago Baikal è in gran parte abbastanza limpido e sostiene grandi tappeti di alghe che crescono al di sotto. Quando il ghiaccio si rompe, le alghe precipitano verso il fondo dove altri organismi possono nutrirsi.

Per Hampton divenne ovvio che l’inverno era un periodo importante per i laghi. Quando iniziò a discutere la questione nelle conferenze, molti altri ricercatori dissero la stessa cosa. A quel tempo, solo il 2% della letteratura sui laghi d’acqua dolce esaminava i processi lacustri che avvengono sotto il ghiaccio.

Lei e i suoi colleghi hanno infine sintetizzato i dati esistenti e nel 2016 hanno pubblicato un articolo in cui hanno scoperto che la quantità di plancton sotto il ghiaccio del lago è superiore al previsto, in media circa la metà rispetto all’estate. Alcuni laghi, come il Lago Baikal, hanno ghiaccio più limpido che consente il passaggio di più luce e una maggiore crescita di alghe in inverno rispetto all’estate.

Oggi quella letteratura è ancora scarsa rispetto ai mesi estivi. Sapna Sharma, professoressa alla York University di Toronto che studia i fattori di stress ambientale sui laghi, ha affermato che durante gli anni ’60 e ’70 c’era un interesse concentrato per la limnologia invernale. Poi, per qualche ragione, ci fu una pausa prima che il lavoro riprendesse lentamente circa dieci anni fa.

Hampton ha contribuito all’autore della recente recensione su Science che esamina ciò che i ricercatori sanno sugli effetti del ghiaccio del lago e sul suo declino sugli ecosistemi lacustri. Gli scienziati hanno ora iniziato a capire come la copertura di ghiaccio svolga un ruolo fondamentale nel moderare la qualità dell’acqua e la ricerca suggerisce che il ghiaccio può aiutare i laghi a trattenere il carbonio. La perdita di ghiaccio del lago minaccia anche la pesca creando cambiamenti nella rete alimentare che possono avere un impatto sulla qualità nutrizionale delle specie ittiche di acque fredde e limitarne la riproduzione. Il ghiaccio del lago crea anche una serie molto specifica di condizioni ambientali che possono limitare la diffusione di specie invasive.

Questi progressi nella ricerca sui laghi invernali vengono compiuti quando gran parte della teoria riguardante le relazioni tra alghe e nutrienti nei sistemi lacustri si basa su ricerche che si svolgono durante la stagione delle acque libere, ha affermato Hampton.

Quando si tratta di determinare il ruolo che i laghi svolgono nel ciclo globale del carbonio, tali stime vengono spesso tratte da dati estivi. Il solo utilizzo di quel piccolo sottoinsieme di dati crea errori nelle stime delle interazioni atmosferiche e di altri effetti a valle, ha affermato Hilary Dugan, professore associato presso il Dipartimento di Limnologia dell’Università del Wisconsin.

“Una delle cose di cui abbiamo bisogno è una teoria ampliata”, ha detto Hampton. “Perché la teoria guida gli esperimenti e le osservazioni che facciamo.”

Sentirsi a disagio per il bene della ricerca

Hampton ritiene che la maggior parte dei limnologi ora comprenda che l’inverno è un periodo dell’anno importante da studiare, ma questa consapevolezza non si è tradotta esattamente in ulteriori ricerche sull’inverno. Al di là delle sfide legate al lavoro sul campo durante l’anno accademico, molti ricercatori non sono attrezzati per entrare sul campo in inverno.

Gran parte dell’attrezzatura utilizzata dai ricercatori per la ricerca sulla limnologia invernale è la stessa utilizzata in estate, il che può creare sfide. Le corde e le reti utilizzate per calare le attrezzature nel ghiaccio possono congelarsi fino a formare un “pretzel solido”, ha detto Ozersky. Alcuni sensori possono frantumarsi a temperature inferiori allo zero. Le batterie non funzionano altrettanto bene al freddo. Installare reti per le indagini sui pesci sotto il ghiaccio è fattibile con l’attrezzatura giusta, ma è impegnativo.

Inoltre, poiché tagliare un buco nel ghiaccio lo apre alla luce e all’aria aperta, l’acqua nell’area circostante non è necessariamente rappresentativa delle condizioni sotto il ghiaccio. L’uso di un’asta di prolunga può aiutare ad allontanare i sensori dal foro. I subacquei addestrati a gestire le condizioni di freddo possono anche nuotare sotto il ghiaccio per prelevare questi campioni.

Esistono certamente soluzioni a questi problemi, come allestire un rifugio e portare impacchi di acqua calda sul ghiaccio, ma le sfide possono intimidire i limnologi che sono addestrati solo per il lavoro estivo sul campo. Ma per gli scienziati ben addestrati, la ricerca sul ghiaccio quando le condizioni sono sicure è per molti versi più semplice che in mare aperto, perché non sono limitati dall’accesso a una barca.

Non esiste un metodo infallibile per determinare se è sicuro avventurarsi sul ghiaccio. Il giudizio dipende dalla comprensione dello spessore e della qualità del ghiaccio, ha detto Sharma. Chiunque esca sul ghiaccio deve essere pronto a caderci dentro. Avere tute galleggianti specializzate che forniscano calore è fondamentale: i normali vestiti invernali e una giacca di ghiaccio funzionano in un attimo. Gli scienziati dovrebbero anche sapere come salvarsi da soli e rimettersi sul ghiaccio in caso di caduta.

Tutti questi problemi possono essere alleviati con la formazione. Ozersky, Hampton e Dugan hanno contribuito a organizzare una “scuola invernale” presso la Trout Lake Station della UW, dove i ricercatori all’inizio della carriera sono stati formati sulle tecniche di campionamento per la ricerca invernale. Istruttori professionisti di sicurezza sul ghiaccio che in genere lavorano con i primi soccorritori hanno formato gli studenti sull’autosoccorso e sulla valutazione della sicurezza sul ghiaccio. Era la prima volta che questi particolari istruttori lavoravano con i ricercatori, e gli scienziati erano entusiasti di insegnare loro la parola “limnologia”.

La formazione sulla sicurezza del ghiaccio è importante, ma man mano che la copertura del ghiaccio diminuisce, diminuisce anche la finestra di tempo in cui il ghiaccio è sufficientemente sicuro da supportare la ricerca. Ci sono solo così tanti dati che i ricercatori possono raccogliere senza essere sul ghiaccio. Gli airboat come quelli utilizzati dai primi soccorritori per il salvataggio sul ghiaccio sono una valida opzione per spostarsi sul ghiaccio e sull’acqua, ha detto Dugan, ma richiedono un investimento serio e piloti appositamente addestrati.

L’anno scorso un inverno particolarmente caldo ha devastato i piani di ricerca di Sharma, che non ha potuto campionare alcuni laghi a causa del ghiaccio sottile. In alcuni dei suoi siti di ricerca, la polizia ha detto alla sua squadra di stare lontana dal ghiaccio per motivi di sicurezza. Ozersky ha avuto esperienze simili.

“Certamente dovevamo stare più attenti quando eravamo là fuori”, ha detto Ozersky. “Ma in molti laghi in cui la pesca è molto intensa, a volte eravamo le uniche persone sul ghiaccio, il che non era sempre comodo.”