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Petizione OCEAN4FUTURE

Titolo : Impariamo a ridurre le plastiche in mare

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Antartide, pubblicato il primo modello ad alta risoluzione del continente Antartico di Andrea Mucedola

livello medio

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ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: ODIERNO
AREA: ANTARTIDE
parole chiave: Antartide, modelli geologici


Antartide, scrigno della storia del nostro pianeta

La presentazione di  un nuovo modello ad alta risoluzione dell’Antartide è un notevole passo avanti  per i ricercatori di tutto il mondo che studiano questo continente tanto importante per il nostro pianeta. Come sappiamo, l’Antartide è il quinto per ampiezza dei sette continenti con una superficie di oltre 12 milioni di chilometri quadrati (circa 45 volte quella dell’Italia) che, nei  mesi invernali si estende con un’estesa fascia di ghiaccio marino a 20 milioni di chilometri quadrati. L’Antartide è ricoperto per il 98% da ghiacci perenni (almeno fino ai prossimi cambiamenti climatici) che rappresentano circa l’80% di acqua dolce del mondo, una riserva decisamente importante. La sua orografia, anche a causa della copertura ghiacciata, lo fa il più elevato di tutti i continenti, con un’altitudine media di circa 2.500 metri.

Tra i suo record, è anche il luogo più freddo della Terra, con la misura di meno 93,2 gradi centigradi effettuata nel agosto 2010. L’Antartide inoltre è un luogo privilegiato per effettuare osservazioni astronomiche e di fisica dello spazio. Di fatto è dal punto di vista scientifico un luogo unico per ricostruire la storia climatica recente del Pianeta attraverso lo studio dei ghiacci continentali e dei sedimenti che si sono accumulati al margine del continente. Questi possono fornire indicazioni di come i cambiamenti climatici abbiano influito sulla composizione (acidità) e temperatura degli oceani. Inoltre, a differenza dei ghiacci, possono conservarsi per milioni di anni sotto ai bordi della calotta Antartica permettendoci di analizzare la storia del nostro pianeta.

Un ambiente così importante,  dal punto di vista legislativo del diritto internazionale, è protetto da un insieme di accordi internazionali che mirano a regolamentarne la gestione delle risorse viventi e dell’ambiente. In estrema sintesi, il Sistema comprende il Trattato Antartico del 1959 di Washington, entrato in vigore nel 1961, che sancisce il principio della libertà della ricerca scientifica a scopo pacifico, interdicendo ogni attività di carattere militare e vietando esercitazioni che comportino esplosioni nucleari e il deposito di materiale radioattivo. Il Trattato afferma il “congelamento” delle pretese di sovranità territoriale sull’Antartide, necessario per l’utilizzo pacifico del continente. Ad oggi aderiscono 50 Paesi suddivisi in 27 Parti Consultive (ovvero di tutti quei Paesi che svolgano concrete attività di ricerca in Antartide) aventi diritto di voto, potere decisionale vincolante all’unanimità e controllo sull’osservanza del Trattato, e 23 Parti Contraenti, costituite da Paesi che accettano il Trattato ma non svolgono alcuna attività in Antartide. L’Italia ne fa parte dal 1981. Per completezza, vanno menzionati anche:

Il Protocollo di Madrid del 1991 sulla Protezione Ambientale
La Convenzione di Londra del 1972 sulla Protezione delle Foche Antartiche
La Convenzione di Canberra del 1980 per la Conservazione delle Risorse Marine
La Convenzione di Wellington del 1988 per la Gestione delle Attività Minerarie.
Quest’ultima non è mai entrata in vigore pur costituendo un riferimento normativo generalmente condiviso.


REMA, un modello ad alta risoluzione per scoprire il passato ed il futuro del nostro  pianeta

La modellizzazione della superficie antartica  (Reference Elevation Model of Antarctica – REMAoffre ai ricercatori un nuovo strumento di analisi e comparazione. In pratica, REMA fornisce il primo dataset di terreno ad alta risoluzione (8 metri) e alta precisione di circa il 98% della massa continentale dell’Antartide esteso fino a 88° di latitudine Sud. REMA è stato costruito con centinaia di migliaia di dati di elevazione stereoscopici (Digital Elevation Model o DEM) estratti da coppie di risoluzione submetrica di immagini satellitari DigitalGlobe concesse in licenza dalla National Geospatial-Intelligence Agency statunitense acquisiti tra 2009 e 2017. Il modello viene generato applicando tecniche di auto-correlazione stereo completamente automatizzate per sovrapporre coppie di immagini satellitari ottiche ad alta risoluzione utilizzando l’estrazione di superfici open source dal software SETSM (Searchspace Minimization) basato su TIN, sviluppato da MJ Noh e Ian Howat dell’Università Statale dell’Ohio. Le immagini vengono elaborate in modelli di elevazione digitale utilizzando algoritmi complessi che consentono  lo sfruttamento di grandi quantità di dati (big data) elaborati dal super computer Blue Waters, situato presso il Centro nazionale per le applicazioni di super-calcolo dell’Università dell’Illinois.

 

 

 

In pratica, le misure sono correlate fra loro creando delle griglie 3D che vanno a ricostruire il terreno secondo scale dipendenti dalle misure stesse. Ovviamente la risoluzione delle celle della griglia di visualizzazione di una mappa digitale dipende dalla scala della mappa ovvero dal rapporto tra le distanze (orizzontali e/o verticali) sulla mappa e le distanze nel mondo reale. La relazione tra scala e risoluzione può essere riassunta con una semplice equazione dove la scala della mappa viene  espressa come frazione rappresentativa (1:x. ad esempio 1:1000). La scala (1 : x) = 1 / (dimensione del terreno della cella DEM [cm / cella] × densità del pixel della mappa [pixel / cm]), in modo che 1 centimetro sulla mappa rappresenti x centimetri sul terreno. Ad esempio una scala 1:1000 = 1/ (dimensione del terreno della cella DEM [cm / cella] × densità del pixel della mappa [pixel / cm])

Mappa della copertura REMA dei singoli modelli di elevazione digitale prodotti da immagini stereo submetriche, notare che il colore indica il numero di ripetizioni per tutti i dati.

Il modello REMA è composto da un mosaico che viene ottenuto da DEM a più strip mescolati e sfumati per ridurre le imperfezioni lungo bordi.  Senza entrare nei dettagli tecnici si tratta di un modello assolutamente preciso del continente antartico, mai realizzato prima di oggi con una precisione di otto metri. La natura dei file DEM delle striscia, registrati in tempi diversi, consente agli utenti di eseguire analisi di rilevamento e di confrontare le osservazioni dei dati topografici acquisiti in stagioni o anni diversi. Le tessere DEM del mosaico sono assemblate a più strisce con l’intento di fornire un prodotto più coerente e completo su aree più grandi. I dati vengono registrati sull’altimetria satellitare per aumentare la loro precisione assoluta. 

ESRI, forse la maggiore compagnia mondiale produttrice di software GIS, creatrice di ArcGIS, il software di analisi spaziale e di mappatura più diffuso nel mondo,  ha sviluppato un’applicazione  software, Hill shade Viewer,  di mappatura online per consentire il pieno sfruttamento dei dati con  l’esportazione delle mappe e la misurazione precisa delle distanze. In passato le ombre delle colline venivano create illuminando convenzionalmente le superfici da nord-ovest. Questa comportava che venivano prodotti risultati spesso sovraesposti ed i dettagli del terreno erano oscurati sui lati non illuminati. Questo problema persisteva anche in aree con pendenze medio-alte. Il nuovo software, variando la direzione della luce da sei fonti diverse, è in grado di rappresentare più realisticamente il terreno e migliorare l’equilibrio tra le aree esposte e non illuminate della mappa. Il rilievo ombreggiato viene ottimizzato (vedi immagine a lato) e permette di migliorare la trama delle aree coperte dal ghiaccio. Inoltre è possibile zoomare su una posizione e creare un collegamento mappa per correlare informazioni dati e renderli disponibili per un successivo invio telematico.

Mappa dell’errore di elevazione REMA, dato dagli errori nella registrazione o co-registrazione in caso di allineamento

Il programma Hill shade viewer può essere impiegato su tutte le piattaforme ArcGis,  consentendo prestazioni topografiche ad alta definizione. Tra i tanti utenti anche il sistema satellitare europeo Copernicus, che comprende un sistema non real time per il monitoraggio marittimo.

Copernicus, precedentemente conosciuto come GMES (Global Monitoring for Environment and Security), è un complesso programma di osservazione satellitare della Terra lanciato nel 1998 dalla Commissione Europea e da varie agenzie spaziali. Si inserisce nel più ampio progetto GEOSS, che mira allo sviluppo di un Sistema dei sistemi per l’osservazione globale della Terra per garantire all’Europa una sostanziale indipendenza nel rilevamento e nella gestione dei dati sullo stato di salute del pianeta, fornendo servizi sugli aspetti ambientali e di sicurezza. Tornando all’Antartide, il progetto REMA utilizza immagini ottenute dai satelliti della serie WorldView (1, 2 e 3) rilasciati dalla National Geospatial-Intelligence Agency (NGA). Una panoramica più dettagliata del progetto REMA, della metodologia impiegata e dei servizi Web, comprese le opzioni di download delle  immagini del continente antartico, è disponibile all’indirizzo  REMA. La documentazione, per chi volesse approfondire gli aspetti tecnici, può essere consultata seguendo  questo link

Future is now
Guardando le immagini costruite grazie al progetto REMA, viene spontanea una constatazione di quanto il mondo sia cambiato negli ultimi quarant’anni.

ricostruzione della Terra sviluppata dal Oak Ridge National Laboratory.

Quando nel 1984 fu creato il sistema cartografico globale  WGS 84 ad uso dei GPS, per impiegarne i dati di posizione satellitari, avvenne un cambio generazionale per i cartografi, che passarono da una visione locale ad una globale. L’impiego dei satelliti ha permesso di mappare la superficie terrestre in maniera tridimensionale, ottenendo immagini che ci permetteranno di definire con maggiore precisione le aree sismiche. Ma non solo. Super computer sempre più potenti come Blue  Waters e Titan,  del Dipartimento dell’Oak Ridge National Laboratory del Tennessee, impiegato dalla Princeton University, hanno dato il via a un progetto ambizioso, che ha l’obiettivo di definire con grande precisione la struttura del mantello terrestre fino a 1800 km di profondità. Questi computer sono in grado di eseguire più di 20 milioni di miliardi di calcoli al secondo e saranno sempre più efficienti con lo sviluppo delle tecnologie quantistiche, quando disponibili.

Ci sarebbe molto da aggiungere ma le immagini offerte dal REMA, raccolte in questa breve galleria, ci  mostrano lo stato dell’arte e … parlano sicuramente da sole:

dettaglio della penisola antartica ottenuta attraverso il REMA

Dettaglio sottile nella piattaforma del ghiaccio Larsen C. La grande fessura in alto a destra è l’inizio della formazione di Iceberg A-68. Il nord è a sinistra.

Vortici formati nella Ross Ice Shelf creati dal ghiaccio che scorre da sinistra a destra attorno al Crary Ice Rise.

Vulcani nel Flood Range, Marie Byrd Land, West Antarctica.

Immagini straordinarie che forniscono ai ricercatori nuovi strumenti per scoprire il nostro pianeta.

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