Rapporto sulla Campagna Antartica (estratto)

Estate Australe 2016-2017

Trentduesima Spedizione (PNRA XXXII)

Progetto 2009/B.09: Osservatorio Marino Nel Mare di Ross ( MORSea)
A. De Alteris, P. Falco, F. Grilli, G. Zambardino

Il progetto MORSea (http://morsea.uniparthenope.it) prevede la gestione e la manutenzione della rete di osservazioni marine attualmente esistente nel Mare di Ross. L’osservatorio è costituito da 4 catene correntometriche (mooring) contrassegnate dalle lettere “B”, “D”, “G” e “L”. Ogni punto di misura ha degli obiettivi specifici legati alla circolazione delle masse d’acqua che si generano sulla piattaforma e a quelle entranti attraverso il limite della scarpata continentale. In generale però l’obiettivo primario dell’osservatorio è quello di studiare la variabilità interannuale delle caratteristiche fisiche e geochimiche delle acque di shelf nel settore occidentale del Mare di Ross.
A queste attività, negli ultimi anni si sono aggiunte delle misure di “ship of opportunity” effettuate quindi non impiegando tempo di navigazione della M/N Italica. Anche quest’anno infatti sono state eseguite misure di temperatura e salinità superficiale del mare (SST e SSS rispettivamente), lanci di XBT per la misura della struttura subsuperficiale dell’Oceano Meridionale; lanci di drifter e float (nell’ambito della collaborazione con il progetto ARGOItaly). In particolare le misure XBT hanno lo scopo essenziale di proseguire la serie storica di osservazioni, condotte durante la traversata dalla Nuova Zelanda fino al mare di Ross, realizzate al fine di caratterizzare la struttura della colonna d’acqua, fino alla profondità di 700 m, della Corrente Circumpolare Antartica (ACC), misure acquisite sin dal 1994.
Relativamente all’attività dei mooring è da sottolineare che quest’anno è stato fatto un primo tentativo di svecchiamento della strumentazione utilizzata per le misure. In particolare, per quanto riguarda il mooring D, sono stati acquistati due nuovi sganciatori IXBLUE OCEANO 2500 che hanno sostituito i due precedenti ormai in cattive condizioni, è stato sostituito un vecchio correntometro RCM 7 con un nuovo correntometro Aanderaa Seaguard e aggiunta una sonda SBE 37 SMP al posto di un vecchio misuratore di temperatura SBE 39.
Inoltre, sul mooring G è stata aggiunta una sonda SBE 37 SMP ODO sul fondo. Ad ogni modo la percentuale di strumenti che, in diversi casi, risalgono a oltre 20 anni fa, è ancora decisamente prevalente per cui è auspicabile, quanto necessario, che questo primo tentativo di rinnovamento della strumentazione continui in futuro.
Il materiale di consumo e di ricambio per le trappole di sedimento è stato fornito: dal dott. M. Capello (Univ. di Genova) per i mooring “D” e “L” (2 trappole), dal dott. L. Langone (CNR – ISMAR) per il mooring “B” (1 trappola). Sfortunatamente, il motore della trappola del mooring L ha mostrato malfunzionamenti non risolvibili a bordo per cui, non disponendo di un motore sostitutivo, è stato impossibile rimetterla in mare.
Le attività di recupero e rimessa a mare sono state effettuate in simbiosi con il gruppo di Oceanografia Fisica (Dr. P. Castango e M. De Stefano) e con il contributo del Dr. L. Langone.
Da prassi ormai consolidata, sono state effettuate calate di CTD/LADCP - per la verifica e taratura dei sensori posizionati sulle catene correntometriche - prima del loro recupero e dopo il loro posizionamento. Proprio durante la stazione di calibrazione avvenuta prima del recupero del mooring G, a causa di un violento urto del frame contenente la sensoristica per le misure, alcuni sensori, compresa la sonda principale SBE 9 plus, hanno riportato danni che hanno impedito il loro utilizzo nel prosieguo della campagna. Oltre alla sonda, anche il sensore di O2 e due sensori di temperatura e uno di conducibiltà della sonda MicroRider 1000 (anch’essa montata sul frame) sono risultati non funzionanti ed è stata necessaria la sostituzione con i sensori di rispetto.
Nel seguito vengono descritte le attività svolte su ogni catena correntometrica ed in tabella TM1 viene riportata la scheda riassuntiva dei periodi di funzionamento di ogni strumento. Tutti le date e gli orari sono riportati in UTC.

Mooring “D”
Il mooring “D” è stato recuperato l’8 gennaio 2017 e rimesso in mare il giorno 11 febbraio 2017. Il comportamento degli sganciatori è risultato anomalo. Gli strumenti funzionano, sono cioè in grado di operare lo sgancio, ma non hanno dato alcuna informazione riguardo il loro stato e non rispondono ai codici di enable e disable. Tale comportamento era già stato evidenziato durante il precedente recupero. Considerando l’età degli strumenti e l’importanza del mooring si è deciso di acquistare due nuovi sganciatori e di sostituire quindi i vecchi.
L’ordinaria manutenzione della strumentazione presente non ha mostrato particolari criticità se non nel caso della sonda di SBE37 SMP ODO acquistata pochi mesi prima della XXXI campagna e aggiunta al mooring. La sonda ha interrotto l’acquisizione dopo circa 5 mesi dal posizionamento per cause non bene chiarite nemmeno dalla casa costruttrice contattata tramite il rappresentante italiano. Dopo vari test di funzionamento svolti a bordo e d’accordo con la casa costruttrice, si è deciso di utilizzarla nuovamente.
Il mooring “D” è stato rimesso in posizione nella configurazione illustrata in figura M2. Rispetto alla precedente configurazione, è stato sostituito un correntometro Aanderaa RCM 7 alla quota di circa 880 m con un Aanderaa SeaGuard e al posto di una sonda SBE 39 è stato usato un SBE 37 SMP, quindi con misura anche di pressione e salinità alla quota di circa 750 m. Infine è stata sostituita la coppia di sganciatori per i quali è necessaria una manutenzione prima di un eventuale riutilizzo, e al loro posto è stata montata una coppia di sganciatori nuovi della IXBLUE.

Mooring “L”
Il mooring “L” è stato recuperato il 10 gennaio 2017 e rimesso in mare il 22 gennaio successivo.
Durante la manutenzione della trappola di sedimento si sono riscontrate anomalie di funzionamento del motore che regola lo scorrimento delle bottigliette che raccolgono il sedimento. Non è stato possibile intervenire per riparare il guasto e tanto meno sostituire il motore in quando non disponibile uno di ricambio. Si è pertanto dovuto optare per la rimozione momentanea dal mooring della trappola. I problemi di recupero manifestati durante le spedizioni del 2013/14 e 2015/16, sono stati superati dall’aggiunta (eseguita la scorsa campagna oceanografica) di ulteriori boe di spinta che hanno consentito un risalita corretta di tutta la struttura. La configurazione del mooring riposizionato è riportata in figura M4.

Mooring “B”
Il mooring “B” è stato recuperato il 17 gennaio e rimesso in mare il 30 gennaio 2017.
Il recupero di questo mooring, che nelle ultime due spedizioni era risultato particolarmente complicato, quest’anno è avvenuto in modo regolare. Anche in questo caso l’aggiunta di ulteriori spinte decise durante la campagna della XXXI spedizione, è risultata determinante al fine di un corretto recupero. Rimangono perplessità riguardo alle cause che non hanno consentito a tutta la struttura di venire a galla spontaneamente nelle precedenti occasioni di recupero. Per verificare l’efficacia delle spinte sono state eseguite prove di galleggiabilità di tutti i gruppi boa presenti sul mooring, applicando un peso pari alla spinta nominale della boa e filando in acqua tutto per verificarne il comportamento. In tutti i casi le boe hanno sostenuto il peso dimostrando di essere ancora efficienti.
Ad ogni modo, onde evitare problemi in futuro, si è deciso di applicare un’ulteriore boa di spinta da 25 kg (tipo Vitrovex) nel settore immediatamente superiore alla trappola di sedimento presente alla quota di 460 metri. Dopo la manutenzione del caso, la catena correntometrica è stata riposizionata nella configurazione riportata in figura M1, sostanzialmente analoga al precedente periodo, ma aumentando la spinta di galleggiamento.

Mooring “G”
Il mooring “G” è stato recuperato il 06 febbraio e rimesso in mare 09/02/2016.
L’operazione di recupero, anche se condotta con mare 4/5, è stata eseguita in modo rapido e corretto (inizio ascolto ore 00:47 del 6/02, sganciatore a bordo ore 01:53 del 6/02). La manutenzione della strumentazione (come per i mooring precedenti) non ha messo in evidenza alcuna criticità sia dal punto di vista dell’integrità della strumentazione che del processo di acquisizione dati.
Al fine di ottenere informazioni più mirate riguardo il transito della HSSW sul fondo nella zona di G, è stata aggiunta al mooring, nel suo settore più profondo, una sonda SBE 37 SMP ODO. Da riscontri fatti in rapporti di attività precedenti, si è rilevato che già in passato era presente una sonda simile e quindi si è pensato di ripristinare questa importante quota di misura dei parametri di T ed S aggiungendo però il parametro O2.
La configurazione del mooring riposizionato è riportata in figura M3.
In tabella TM1 vengono elencate le informazioni principali sul funzionamento della strumentazione alloggiata sui mooring nel periodo 2016-17, tenendo conto che:
- le profondità [m] si riferiscono agli schemi della campagna 2015-2016;
- gli intervalli riportati si riferiscono al periodo effettivo di misura valida in acqua e alla profondità indicata nella prima colonna.

Misure in continuo di temperatura e salinità superficiale
Durante tutta la campagna si sono misurate la temperatura e la salinità superficiale del mare (SST – Sea Surface Temperature; SSS – Sea Surface Salinity) utilizzando la presa d’acqua a circa 4 metri di profondità. L’attività è stata condotta con il gruppo di Oceanografia Fisica.
L’attività di misura in continuo è iniziata il 30 dicembre 2016, appena lasciato il fiordo di Lyttleton, ed è continuata sino al ritorno in Nuova Zelanda. Per queste misure sono stati impiegati tre sensori (due di temperatura e uno di conducibilità) gestiti dal sistema SBE-21 e un GPS Garmin; l’intervallo di acquisizione è stato di 30”. I dati hanno subìto un primo processamento a bordo per l’eliminazione dei picchi dovuti sostanzialmente al rollio della nave e alla presenza di ghiacci.
Di particolare interesse sono i dati acquisiti durante le due traversate oceaniche tra Nuova Zelanda e Mare di Ross (andata e ritorno, non mostrati) in quanto permetteranno di determinare le posizioni dei fronti termoalini in superficie che in questa zona separano le zone a dinamica diversa della ACC. Questi dati risultano molto utili se integrati con i dati XBT e inoltre rappresentano la verità mare per validazioni di modelli e misure satellitari.
Anche le misure di SST e SSS, come quelle con gli XBT, rappresentano quelle osservazioni ricorrenti della Antarctic Circumpolar Current sollecitate e regolate dal SOOS (Southern Ocean Observing System, http://www.soos.aq/).

Misure XBT
I lanci di sonde XBT (SIPPICAN mod.T7, prof. max 760 m) sono iniziati il 31 dicembre 2016 alla latitudine 48°S e sono terminati il 05 gennaio 2017 alla latitudine di 68°46’S; la distanza tra ogni punto di campionamento è statao, come in passato, di 15 miglia nautiche e sono state utilizzate 90 sonde lungo la rotta seguita per entrare nel Mare di Ross; solo 3 di 90 sonde hanno mostrato problemi di funzionamento dovuti quasi esclusivamente al contatto del cavo conduttore in rame con lo scafo della nave.
I dati hanno subìto un primo processamento a bordo per eliminare i valori spuri, i primi metri influenzati dall’inerzia termica del sensore e gli eventuali dati affetti dalla presenza del fondo. In figura 3 è riportata la sezione in temperatura dello strato sub-superficiale fino alla profondità massima di 700 m.
Le misure XBT rappresentano quelle osservazioni ricorrenti della Antarctic Circumpolar Current sollecitate e regolate dal SOOS (Southern Ocean Observing System). Considerando che tali indagini sono iniziate nel 1994, portate avanti nell’ambito di diversi progetti PNRA, si può ritenere assodata la valenza a scala climatologica dato il lungo periodo che coprono.
Durante il viaggio di ritorno, avendo disponibili ancora 6 sonde XBT, si è pensato di eseguire lanci a 15’ di latitudine di distanza per cercare di osservare il limite meridionale di intrusione di MCDW lungo la costa occidentale del mare di Ross. La latitudine di partenza dei lanci è stata 73°30’S e si è giunti fino a 72°15’S. I lanci sono cominciati il 14/02/2017 alle ore 23.30 circa e terminati il giorno 15/02/2017 alle ore 5.00 circa.

Figura 1. Sezione verticale della distribuzione della temperatura misurata dal 31/12/2016 al 05/01/2017 (raw data).

Floats
Oltre agli XBT, durante il trasferimento verso il mare di Ross, sono stati rilasciati in mare 10 float e 10 drifter. Queste misure rientrano nella collaborazione con il progetto ARGOItaly, che ha fornito gli strumenti (http://nettuno.ogs.trieste.it/jungo/argoitaly/floats.html), attività volta a fornire un contributo italiano all’interno del più ampio programma di osservazione, a scala globale, degli oceani denominato ARGO.
I float sono strumenti autonomi lagrangiani ovvero, una volta rilasciati in mare, sono trasportati dalle correnti marine a una profondità predeterminata. A intervalli regolari la sonda sale in superficie misurando le proprietà termoaline che poi vengono trasmesse via satellite al centro di raccolta dati.
Il ciclo tipico dei float utilizzato è quello standard stabilito nel programma ARGO, ovvero la cosiddetta “parking depth” (ovvero la profondità alla quale il float arresta la discesa ed è trasportato passivamente dalle correnti) è a 1000 metri; al termine di un intervallo di 10 giorni il float è programmato per immergersi sino a 2000 metri e poi di risalire in superficie (dove rimane per 6 ore) per eseguire il profilo di temperatura e salinità e per la trasmissione dei dati acquisiti.
I float utilizzati nel progetto, in particolare, hanno un sistema di comunicazione satellitare bi-direzionale (Iridium) per poter modificare a distanza i parametri di missione. Quest’anno tra i float disponibili sono strati resi disponibili tre con inserito l’algoritmo per il rilevamento del ghiaccio in superficie. Questa tipologia di float potrebbe consentire un monitoraggio delle fasce polari dove la formazione di ghiaccio marino durante l’inverno impedisce l’affioramento dei float in superficie e spesso causa anche il loro danneggiamento.
I drifter sono sempre strumenti lagrangiani, ma rimangono in superficie trasmettendo in tempo reale le posizioni e il valore di temperatura superficiale. Anche quest’anno sono stati rilasciati drifter del tipo Surface Velocity Programme (SVP) particolarmente adatti a misure di corrente superficiale in oceano aperto. I lanci dei drifter e dei float sono avvenuti simultaneamente e sono cominciati il giorno 02/01/2017 a circa 55°S, terminati il giorno successivo a 63°S.