XXXV SPEDIZIONE ITALIANA IN ANTARTIDE (2019-2020)

Relazione finale di Campagna

Trentduesima Spedizione (PNRA XXXIII)

Prog. 2009/B.09 (OSS-13) Marine Observatory of the Ross Sea (MORSEa)
P.Falco, A.De Alteris, G.Zambardino, A.Gallerani, G.Canduci, G.Giuliani

L’osservatorio marino del mare di Ross nasce con lo scopo di costruire lunghe serie temporali dei principali parametri oceanografici. Le misure si ottengono mediante strumenti che acquisiscono nel tempo osservazioni a profondità prestabilite. Gli strumenti sono alloggiati lungo cavi che a loro volta sono ancorati al fondo tramite una zavorra e pertanto rimangono in posizione fino a quando non si procede al recupero.

Le serie temporali di dati acquisite permettono di descrivere come temperatura e salinità in primis varino nel tempo e come queste variazioni possano influenzare le masse d’acqua che si formano sulla piattaforma continentale del mare Ross. Queste masse d’acque sono molto importanti in quanto contribuiscono in modo significativo alla circolazione termoalina globale con effetti che hanno impatto sul clima del nostro pianeta.

La possibilità di ottenere misure su un periodo così lungo è garantita solo da una costante manutenzione che deve essere condotta al fine di avere la strumentazione nelle condizioni ottimali di funzionamento.

Durante la XXXV spedizione, personale tecnico e scientifico è stato a bordo della Laura Bassi per compiere le manutenzioni dei componenti dell’osservatorio. Analisi preliminari dei dati hanno messo in evidenza i cambiamenti e la variabilità dei parametri oceanografici nel mare di Ross. La strumentazione recuperata è stata preparata per il nuovo ciclo di misure e quindi rilasciata nuovamente in mare

The Marine Observatory of the Ross Sea was created with the aim of constructing long time series of the main oceanographic parameters. Measurements are obtained by means of instruments that collects observations at determined depths over time. The instruments are housed along cables which in turn are anchored to the sea bottom by a ballast and therefore remain in position until recovery is carried out.

Time series allow to describe how temperature and salinity mainly vary in times and how these variations can influence the water masses which form onto the Ross Sea continental shelf. These water masses are very important as they contribute significantly to the global thermohaline circulation with effects that eventually impact the climate of our planet.

The possibility of obtaining measures over such a long period is ensured only by constant maintenance which must be carried out in order to have the instrumentation in the optimum operating conditions.

During the 35th expedition, technical and scientific personnel was on board of the Laura Bassi to carry out the maintenance of the observatory's components. Preliminary data analysis highlighted and confirmed the changes and variability of oceanographic parameters in the Ross sea. The equipment recovered was prepared for the new cycle of measures and then released again at sea.

Introduzione
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 ed 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 nave. 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 del campo di temperatura 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, della Corrente Circumpolare Antartica (ACC), misure acquisite sin dal 1994.

Obiettivi del progetto da realizzarsi nel corso della Campagna
Durante la XXXIV spedizione, non è stato possibile recuperare i mooring B e G e l’impossibilità di effettuare operazione alternative di recupero, aveva lasciato aperto la speranza di poter recuperare entrambi.
L’organizzazione di questa campagna ha quindi previsto attività specifiche volte al recupero dei due mooring dispersi oltre al recupero ed alla manutenzione dei mooring D ed L, unici due mooring al momento dell’inzio delle attività, funzionanti.
Come nelle spedizioni scorse, si sono programmati lanci di XBT, float e drifter con l’obiettivo di proseguire il campionamento della Corrente Circumpolare Antartica lungo il transetto Nuova Zelanda /Mare di Ross. Tale attività è resa possibile grazie alla collaborazione con il programma ArgoItaly con il quale inoltre si è pianificato il rilascio di due float lungo il Ross Ice Shelf con l’obiettivo di monitorare l’area di polynya che si forma all’estremità dell’ice shelf.
Gli obiettivi per questa spedizione erano particolarmente ambiziosi e resi ancora più rilevanti per le richieste di collaborazione giunte da colleghi stranieri. Su richiesta infatti di Kevin Speer (Florida State University-USA) e Steve Rintoul (CSIRO-Australia), abbiamo ricevuto 10 argoflat da lanciare nel Ross Gyre. Le coordinate sono riportate nella tabella 1 in allegato 1. Non è stato impiegato per questa attività tempo nave per cui, decise le coordinate di rilascio, i float sono stati lanciati durante il moto della nave.
Infine, su richiesta, del NIWA e del KOPRI, si è provveduto al recupero di un mooring che i due enti in collaborazione, hanno rilasciato a sud del Drygalsky.

Attività svolte in campo
Le attività di MORSEa sono cominciate il giorno 7/01/2020 con il primo lancio di XBT. Tale attività è proseguita fino al giorno 12/01/2020 quando alla latitudine di 69°15’ S è stata interrotta per la presenza di ghiaccio. Sono stati rilasciati 90 XBT, su posizioni distanti 15 miglia, che hanno permesso di caratterizzare la struttura verticale termica dell’Oceano Meridionale fino alla profondità di 700 m. La sezione verticale del campo di temperatura è riportata in figura 1. Alle latitudini di 55°S, 57°S°, 59°S, 61° S e 63°S sono stati rilasciati (con gli XBT) un drifter ed un argofloat. Successivamente alle latitudini di 66°S, 68°S, 69°S, 70°S e 71°S sono stati rilasciati gli argofloat dei colleghi statunitensi ed australiani. Le coordinate esatte di rilascio sono riportate nella Tabella in allegato 1 a fine documento.
Terminate le operazioni di rilascio, con nave in movimento, degli strumenti previsti, il giorno 15/01/2020 hanno avuto inzio le attività di recupero mooring. Si è cominciato con il mooring G. In sintesi, dopo numerosi tentativi volti alla individuazione del mooring, si è dovuto desistere. Lo sganciatore del mooring ha risposto solo una volta alle numerose interrogazioni, però non ha mai dato una distanza che potesse dare indicazioni riguardo una sua possibile posizione. Si è deciso quindi di muovere verso il secondo mooring. In questa fase, non è stato possibile, posizionare un nuovo mooring in quanto la strumentazione nuova disponibile a bordo avrebbe dovuto sostituire gli strumenti presenti sul mooring B in caso di non recupero. Il giorno 16/01 sono cominciate le operazioni di ricerca del mooring B. Gli sganciatori del mooring hanno risposto in questo caso immediatamente all’interrogazione. Le attività di individuazione del mooring sono andate avanti una giornata intera. Sono state compiute triangolazioni per individuare con precisione l’area in cui il mooring era posizionato e al termine di un controllo con ecoscandaglio nella zona individuata con la triangolazione, si è finalmente rilevata la struttura. Le operazioni di aggancio mediante divergenti-cavi-catena hanno consentito di recuperare per intero il mooring B. Ad un controllo avvenuto sugli sganciatori si è notata la presenza di consistente fouling che ha completamente bloccato i meccanismi di sgancio di entrambi gli sganciatori. Ad ogni modo, tutti i dati rilevati dalle sonde oceanografiche e correntometri sono stati scaricati dagli strumenti, mentre, purtroppo, si è rilevato un nuovo malfunzionamento nel campionamento della trappola. Le successive operazioni del progetto si sono svolte lungo il Ross Ice Shelf dove sono stati posizionati due float programmati per rimanere in posizione. Entrambi i float sono stati posizionati il giorno 28/01/2020. In data 29/01/2020 sono stati recuperati due mooring: il primo a sud del Drygalsky, su richiesta di colleghi sudcoreani e neozelandesi. Il secondo è stato il mooring D nell’area di polynya di Baia Terranova. Dopo poche ore di trasferimento è stato recuperato anche il mooring L. La programmazione a questo punto prevedeva di spostarsi nell’area del mooring B, al quale nel frattempo è stata effettuata la manutenzione. Giunti in posizione, le condizioni meteo-marine non hanno consentito l’operazione per cui si è rientrati verso il punto di rilascio di D. La manutenzione in questo caso è stata condotta a ritmi molto serrati e solo grazie al contributo di tutto il personale coinvolto nel progetto e grazie anche alla collaborazione di elementi del personale coinvolto nel progetto ESTRO, è stato possibile essere pronti per il riposizionamento del mooring avvenuto in data a 01/02/2020. Quest’ultima operazione è stata particolarmente complessa data la presenza consistente di ghiaccio nell’area. Le operazioni non sono avvenute come da prassi consolidata a causa del ghiaccio e la boa di testa del mooring prima di inabissarsi, è rimasta bloccata in una lastra di ghiaccio particolarmente grande. Grazie alla capacità di manovra di nave e comandante, si è riusciti a liberare la boa e vedere inabissarsi definitivamente il mooring. Rimangono però delle perplessità riguardo l’integrità del cavo che ha sicuramente strisciato sotto le lastre di ghiaccio con possibilità di forti abrasioni. Poche ore dopo, si è concluso anche (stesso giorno del mooring D) il deployment del mooring L. Il migliorare delle condizioni meteo nella zona di B e G ha consentito di svolgere le operazioni di rilascio dei mooring, il primo in data 05/02/2020 ed il secondo poche ore dopo. Prima di procedere al rilascio del nuovo mooring G si è di nuovo tentato il recupero del vecchio mooring che, anche in questo caso, non ha dato alcuno segnale utile che consentisse l’individuazione. In conclusione, tale mooring si può considerare definitivamente disperso e al suo posto è stato posizionato uno nuovo come da schema riportato nell’allegato 2. Tutti gli schemi dei mooring riposizionati sono allegati a questo documento nell’allegato 2
Nell’ambito sempre della collaborazione tra il progetto MORSEa e ARGOITALY, al fine di monitorare l’ingresso della Contro Corrente Costiera dal margine orientale del mare di Ross, sono stati rilasciati 11 drifter i cui dati sono disponibili sul sito: http://maos.inogs.it/#/data. L’elenco delle posizioni di rilascio è riportato in tabella nell’allegato 11.

Conseguimento degli obiettivi prefissati
Gli obiettivi previsti dal progetto MORSEa per questa XXXVesima missione sono stati raggiunti quasi completamente. Il mancato recupero del vecchio mooring G è l’unico obiettivo che purtroppo è mancato anche se le aspettative di ritrovarlo erano già in partenza modeste. Le possibilità di recupero di un mooring che non risale dopo che le procedure standard non sono andate a buon fine, sono molto ridotte. Grazie all’esperienze passate e alla indiscutibile competenza dei tecnici di IRBIM, le operazioni di recupero condotte mediante l’utilizzo del sistema divergenti-cavi-catena hanno innalzato notevole la percentuale di successo. Nel caso del mooring G l’impossibilità di avere una posizione abbastanza precisa sulla quale provare il ripescaggio, è stato l’elemento che ha precluso qualsiasi tentativo di recupero.

Risultati principali
-Misure XBT: di seguito si riporta la sezione verticale ed i profili ottenuti dalle misure XBT lungo la rotta della nave:

Figura 1: Profili e sezione verticale lungo la rotta della Laura Bassi dalla Nuova Zelanda al Mare di Ross.

-Misure ottenute dai mooring: si riportano in figura 2 per esempio le misure di temperatura e salinità misurate dal mooring B ottenute dalla sonda SBE 16 posizionata sulla trappola alla profondità di circa 450 metri.

Figura 2: serie temporali di temperatura (pannello superiore) e salinità (pannello inferiore) misurate alla profondità di circa 450 dalla sonda SBE16 presente sul mooring B. In blu i raw data in rosso i dati mediati su un giorno.

Nell’allegato 2 a fine documento si riportano gli schemi dei 4 mooring rilasciati.

-Misure ottenute dagli argofloat e drifter lanciati nella lungo la rotta dalla Nuova Zelanda al mare di Ross:
In figura 3 sono riportate le traiettorie degli argofloat e drifter rilasciati nel viaggio per raggiungere il mare di Ross. I dati sono aggiornati alla data del 13 febbraio 2020.

Figura 4: Traiettorie degli 11 drifter rilasciati nel settore orientale del mare di Ross. Dati aggiornati al 13/01/2020.

-Posizionamento virtual mooring: tra gli obietti del progetto, era previsto il rilascio di due argofloat in modalità “stay-on-the-ground” al fine di monitorare, durante il ciclo di funzionamento dello strumento, l’attività di produzione di HSSW nelle due aree di polynya. In base a valutazioni fatte successivamente, determinate anche dallo scambio di informazioni con colleghi neo-zelandesi, si è deciso di posizionare i due argofloat disponibili per questa attività, nell’area di polynya del Ross Ice Shelf.

In figura 5 sono riportate le posizioni aggiornate al 13/01/2020. I due argofloat sono stati programmati per affiorare in superficie ogni 5 giorni. Poi, a fine marzo, verrà inviata una nuova configurazione che permetta ai float di venire in superficie una volta al giorno.

Figura 5: posizione dei due argofloat usati come virtual mooring.  

Non si riportano per brevità, i risultati ottenuti dal termo-salinografo che ha mostrato dei problemi elettrici molto probabilmente legati a una instabilità della corrente di bordo.
 

Impatto ambientale                

Conclusioni                 

Il progetto MORSEa quest’anno, ha conseguito l’obiettivo più importante in assoluto che consisteva nel ripristinare i punti di osservazione B e G. Questo è stato possibile grazie al recupero del mooring B per intero, elemento questo che ha consentito di utilizzare la strumentazione nuova disponibile per questa campagna, per ripristinare il mooring G. Tutte le altre operazioni previste sono state compiute. Tra queste, il recupero del mooring dei colleghi sud-coreani/neo-zelandesi avvenuto in condizione di copertura di ghiaccio piuttosto estesa. Si può ritenere quindi pienamente soddisfacente l’attività ed ottimi i risultati ottenuti.

Collaborazioni previste e sinergie con altri progetti          

Per il progetto PROPOSE, sono state condotte misure CTD nei punti dei mooring dove erano previsti campionamenti da parte dei colleghi presenti a bordo. Con il progetto ESTRO, vi è stata piena collaborazione sia in termini di attività che di personale impiegato.

Supporto logistico ricevuto

Tutto il materiale utilizzato per la manutenzione, ripescaggio e posizionamento dei mooring è stato trasportato in Nuova Zelanda o tramite il container in dotazione al gruppo di oceanografia dell’Università Parthenope o tramite container dedicati dal PNRA. A bordo si è ricevuto il consueto supporto logistico per le operazioni e sono state forniti dispositivi di protezione individuale.

Problemi incontrati e suggerimenti per le prossime campagne

Il problema principale che si è riscontrato è legato al malfunzionamento iniziale del verricello idrologico. Tale problema, già segnalato prima che la nave partisse per la Nuova Zelanda, al nostro arrivo a bordo, è stato indicato come risolto. Purtroppo, tale indicazione è risultata completamente inesatta già al primo utilizzo del verricello. Un andamento a scatti, con conseguenti gravi ripercussioni sul cavo, avrebbero reso completamente inutilizzabile l’apparecchiatura. Da chi si era occupato del controllo del funzionamento del verricello, sembra sia stata indicata la possibilità di una connessione al circuito idraulico di bordo in caso di non funzionamento corretto. Tale soluzione ha funzionato, ma resta comunque non comprensibile il perché si sia dichiarato inizialmente integro il verricello e non si sia quindi subito optato per la soluzione di collegarlo al circuito di bordo in modo anche da effettuare test di funzionamento in questa configurazione. Inoltre, adottando prima questa soluzione, si poteva organizzare una postazione di comando del verricello più idonea. L’operatore al verricello ha dovuto operare all’esterno, con un sistema di controllo della velocità improvvisato (grazie alla competenza del personale di bordo, improvvisato bene) in un ambiente rumoroso con conseguenti difficoltà di comunicazione. Una campagna che aveva come principale strumento da utilizzare la rosette, ha seriamente rischiato di essere compromessa in partenza per un problema che era noto da mesi. 
Si è rilevato soddisfacente la soluzione di protezione per la Rosette. Si segnala però la completa inadeguatezza dei ventilatori acquistati per riscaldare l’interno della struttura. Solo l’intervento del personale di bordo che ha messo in funzione due ventilatori industriali, ha permesso di riscaldare adeguatamente il vano di ricovero della Rosette.
Per il futuro è fortemente auspicabile una soluzione diversa per la messa a mare della Rosette. A poppa la Rosette risente troppo della turbolenza generata dalle eliche (che rende in certi casi la misura dei primi strati completamente falsata) e in condizioni di mare mosso, il beccheggio della nave incide moltissimo sulla qualità (in questo caso scarsa) del dato acquisito. Una soluzione che preveda un ricovero della Rosette in un hangar dedicato (non una struttura mobile come è successo per questa spedizione), che permetta ai tecnici/ricercatori di campionare e di operare sugli strumenti/sensori in ogni momento (durante questa campagna si è dovuto aspettare che le condizioni di mare permettessero di lavorare a poppa  per mettere in funzione la rosette, con conseguente aumento dei tempi per compiere le operazioni), che permetta un ricovero sicuro (durante questa campagna le condizioni meteo sono state mediamente favorevoli ma quando il mare è stato mosso si è dovuto mettere in sicurezza la rosette e comunque lasciata all’esterno con conseguente rischio per la strumentazione), ed infine che permetta una messa a mare laterale, è fortemente auspicale e consigliabile.
Lo spazio laboratori è stato appena sufficiente per le attività e questa non è stata una campagna particolarmente affollata. Il laboratorio dry è soggetto a una presenza massiccia (per vari motivi) di persone non direttamente impiegate nelle operazioni. Questo rende più complicato lavorare e mette a rischio la buona riuscita delle misure. Un laboratorio che abbia spazi più dedicati e maggiormente protetto dal passaggio delle persone presenti a bordo è fortemente auspicabile. Inoltre, le operazioni di manutenzione dei mooring dovrebbero avere spazi dedicati. Spesso ci si trova con strumenti aperti e attività intorno che potrebbero mettere a rischio la strumentazione; nel fare manutenzione delgli strumenti, si creano rifiuti che mal si combinano con le attività di misura condotte con la rosette.
Infine, si rileva la ridotta efficacia degli apparecchi VHF disponibili a bordo. Tra la poppa e la prua le comunicazioni sono state molto spesso rumorose, poco comprensibili se non addirittura non possibili (come nel caso di comunicazione tra il laboratorio dry e il laboratorio di navigazione). Si auspica per il futuro l’acquisto di sistemi VHF che siamo pienamente funzionanti e consentano all’equipaggio (sia scientifico che logistico che di bordo) di comunicare in modo soddisfacente tra ogni punto della nave.

Ringraziamenti 

SI ringrazia per le ottime capacità organizzative e per i preziosi consigli e suggerimenti forniti in alcune circostanze, il capo missione Ing. Riccardo Scipinotti. Si ringrazia inoltre vivamente il coordinatore scientifico Prof.ssa Paola F. Rivaro che ha condiviso e supportato in ogni momento (anche i più critici) le attività del progetto. Si ringrazia il comandante della nave Laura Bassi, Franco Sedmark per aver cercato sempre di venire incontro alle esigenze del progetto e aver consentito anche momenti di serenità che rimarranno impressi sicuramente nelle mente di ognuno dei partecipanti della XXXV spedizione. SI ringrazia il laboratorio di Navigazione per il prezioso  supporto durante le operazioni. Si ringrazia il personale di bordo, per la continua assistenza sia durante la fase di campionamento che nella vita di tutti i giorni in nave. Si ringraziano infine gli assistenti alla scienza che con il loro prezioso aiuto e supporto hanno reso il lavoro di tutti noi più semplice.