Come si formano i ghiacciai: dalla neve al ghiaccio glaciale
Ogni fiocco di neve che cade in quota porta in sé il potenziale di trasformarsi, nel corso di decenni o secoli, in ghiaccio glaciale — uno dei materiali più complessi e informativi della Terra. La trasformazione non è semplice né rapida: tra il fiocco di neve fresca e il cristallo di ghiaccio compatto che scorre lentamente verso il basso ci sono fasi intermedie, processi fisici e chimici, e condizioni ambientali che devono mantenersi nel tempo. Capire come avviene questa trasformazione significa capire perché i ghiacciai esistono, dove possono formarsi e cosa li distingue da un semplice accumulo di neve.
Un ghiacciaio, per definizione, si forma quando la neve si accumula anno dopo anno senza fondersi completamente durante l'estate. Questo richiede che il bilancio di massa sia positivo nella zona di accumulo: che la neve invernale superi in peso la neve che si scioglie in estate. Questa condizione è soddisfatta solo ad alte quote o ad alte latitudini dove le temperature estive sono sufficientemente basse. Dal momento in cui è soddisfatta, il processo di trasformazione della neve in ghiaccio inizia automaticamente, guidato dal peso degli strati successivi.
La neve fresca e la sua struttura
La neve fresca è composta da cristalli di ghiaccio a forma di stella o di piastra esagonale con ramificazioni delicate — i fiocchi di neve che tutti riconoscono — immersi in aria. La densità della neve fresca è molto bassa: tra 50 e 100 chilogrammi per metro cubo, a seconda del tipo di fiocco e della temperatura di formazione. Questa leggerezza è dovuta alla grande proporzione di aria tra un cristallo e l'altro: oltre il 90 per cento del volume della neve fresca è aria.
La struttura dei cristalli di neve fresca è termodinamicamente instabile. Le punte e i rami dei cristalli, che hanno un'area superficiale molto grande rispetto al loro volume, sublimano gradualmente e il vapore d'acqua si ricondensa nelle concavità dei cristalli, producendo forme più arrotondate. Questo processo, chiamato metamorfismo distruttivo o equitemperatura, trasforma i fiocchi stellati in granuli tondeggianti in poche settimane. È il primo passo verso la densificazione della neve.
Il firn: la fase intermedia
Quando la neve sopravvive a una stagione estiva e viene ricoperta da neve fresca il successivo inverno, il peso del nuovo strato comprime quello sottostante. I granuli di neve si avvicinano e i contatti tra di essi aumentano. I ponti di ghiaccio che si formano alle giunzioni tra i granuli, attraverso il meccanismo della sinterizzazione (simile a quello che avviene in metallurgia tra polveri metalliche pressate e riscaldate), consolidano progressivamente la struttura.
Il risultato di questo processo, dopo uno o due anni, è il firn — una neve vecchia e granulare con una densità tipicamente compresa tra 500 e 800 chilogrammi per metro cubo. Il firn è visibile in superficie nelle zone di accumulo dei ghiacciai alla fine dell'estate, quando la neve fresca invernale si è fusa e restano esposti gli strati più vecchi e compatti. Il suo colore è bianco-grigio opaco, distinto dal bianco brillante della neve fresca.
La chiusura dei pori e la formazione del ghiaccio glaciale
Man mano che strati successivi di neve e firn si accumulano, la pressione aumenta. A una densità di circa 830 chilogrammi per metro cubo, i pori tra i granuli di firn si chiudono e l'aria rimasta intrappolata si trasforma in bolle isolate, separate le une dalle altre. Questa è la soglia di densità oltre la quale si parla tecnicamente di ghiaccio glaciale. Le bolle d'aria intrappolate in questa fase sono archivi preziosi dell'atmosfera del passato: analizzando la loro composizione chimica è possibile ricostruire la concentrazione di CO2, metano e altri gas atmosferici fino a 800.000 anni fa.
Il tempo necessario per raggiungere la soglia del ghiaccio glaciale dipende dal tasso di accumulo annuale. In luoghi con alte precipitazioni nevose, come la costa meridionale dell'Alaska o i ghiacciai dell'isola di Baffin, la transizione da neve a ghiaccio può avvenire in pochi decenni. Nelle zone di basso accumulo come il plateau dell'Antartide orientale, lo stesso processo richiede secoli o addirittura millenni: a Dome C, il sito del carotaggio EPICA, la chiusura dei pori avviene a oltre 90 metri di profondità, corrispondendo a circa 2.000 anni di accumulo.
Deformazione e scorrimento del ghiaccio
Una volta formatosi, il ghiaccio glaciale si comporta come un solido viscoelastico: a breve termine è rigido e fragile come il ghiaccio ordinario, ma sotto stress sostenuto si deforma plasticamente senza rompersi. Questo comportamento, descritto dalla legge di flusso di Glen (sviluppata dallo scienziato britannico John W. Glen negli anni 1950), permette al ghiaccio di scorrere verso il basso per gravità anche su pendii relativamente dolci.
Il meccanismo molecolare della deformazione plastica del ghiaccio è la dislocazione dei cristalli: i piani di molecole d'acqua all'interno di ogni cristallo di ghiaccio scivolano l'uno sull'altro lungo le direzioni cristallograficamente preferite, un processo che a temperatura macroscopica si manifesta come deformazione progressiva. Questo è ciò che permette ai ghiacciai di scorrere, erodere il letto roccioso e trasportare detriti per chilometri.
Perché il ghiaccio glaciale è blu
Un'osservazione comune nei ghiacciai è il colore azzurro o blu intenso del ghiaccio nelle zone profonde, nelle pareti dei crepacci e nelle grotte glaciali. Questo colore non è dovuto a impurità: è il colore naturale del ghiaccio puro e denso. La neve bianca lo è perché i piccoli cristalli di ghiaccio diffondono la luce in tutte le direzioni, incluso il bianco. Il ghiaccio antico e compresso ha pochissime bolle d'aria — i pori si sono chiusi — e lascia passare la luce per diversi centimetri prima di rifletterla. L'acqua e il ghiaccio assorbono preferenzialmente la parte rossa dello spettro, lasciando prevalere il blu: il risultato è la tonalità azzurra caratteristica del ghiaccio glaciale.
Questa proprietà ottica permette anche di distinguere visivamente il ghiaccio di diversa età in una parete glaciale: il ghiaccio più giovane e ricco di bolle è bianco-opaco, quello più antico e denso appare blu. Nelle pareti dei crevasse delle Alpi e delle Ande, questa stratificazione di colori racconta la storia di secoli di accumulo in una stratigrafia visivamente immediata.
Dalle nevi perenni al ghiacciaio
Non ogni accumulo di neve persistente diventa un ghiacciaio. Le nevose perenni — chiazze di neve che sopravvivono all'estate per anni consecutivi senza raggiungere le dimensioni o lo spessore necessari a scorrere — sono il primo stadio del processo. Quando lo spessore dell'accumulo è sufficiente da generare pressione basale che supera la resistenza del ghiaccio alla deformazione — tipicamente alcune decine di metri — il sistema inizia a scorrere: a quel punto si ha un ghiacciaio.
Scopri i ghiacciai del mondo e le loro zone di accumulo sulla mappa per visualizzare dove avviene questo processo di trasformazione della neve in ghiaccio in tempo geologico.