Rapporto sulla Campagna Antartica

Estate Australe 2021-2022

Spedizione (PNRA XXXVII)

Prog. 2009/B.09 (OSS-13)   Marine Observatory of the Ross Sea (MORSEa)
G. Budillon, P.Falco, P.Castagno, Y. Cotroneo, G.Zambardino, A. De Alteris, M. De Stefano

L’osservatorio marino del mare di Ross nasce con  finalità di gestire la rete degli osservatori marini posizionati fin dal 1994 nel Mare di Ross. Il fine è ultimo di MORSea è di costruire lunghe serie temporali dei principali parametri oceanografici. Tali serie temporali permettono di descrivere la variabilità a diverse scale temporali, da quella giornaliera a quella decennale, si parametri fisici e biogeochimici della colonna d’acqua 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.

Le serie temporali 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.

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 XXXVII spedizione, personale tecnico e scientifico è stato a bordo della Laura Bassi per compiere le manutenzioni dei componenti dell’osservatorio. 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 instruments that collect observations at determined depths over time. The instruments are housed along cables which 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 on the Ross Sea continental shelf. These water masses are very important as they contribute significantly to the global thermohaline circulation with an impact on 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 37th expedition, technical and scientific personnel was on board of the Laura Bassi to carry out the maintenance of the observatory's components. The equipment recovered was prepared for the new cycle of measures and then released again at sea.

RELAZIONE FINALE

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 sub-superficiale del campo di temperatura dell’Oceano Meridionale e lanci di drifter e float lungo le rotte tra Nuova Zelanda-Antartide e Sudafrica-Antartide (nell’ambito della collaborazione con il progetto ARGO-ITALY, il South African National Antarctic Programme e l’Università di Città del Capo). In particolare, le misure XBT hanno lo scopo essenziale di proseguire la serie storica di osservazioni iniziata nel 1994. Tali misure sono condotte durante la traversata dalla Nuova Zelanda al mare di Ross e sono realizzate al fine di caratterizzare la struttura della colonna d’acqua fino alla profondità di 700 m.

Obiettivi del progetto da realizzarsi nel corso della Campagna       

L’organizzazione di questa campagna ha previsto attività specifiche volte al recupero, alla manutenzione e al riposizionamento dei mooring B, D e L. Inoltre, in prossimità del limite della piattaforma continentale ad est di Cape Hallet è stato riposizionato il mooring G disperso nella scorsa spedizione. Durante questa campagna, in base alla richiesta proveniente dal progetto SIGNATURE del PNRA è stato messo a mare un ulteriore mooring ed è stato posizionato in prossimità della scarpata continentale nell’area del Glomar Challenger Basin.

Anche quest’anno sono stati 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. Il lancio di float e drifter è stato possibile grazie alla collaborazione con il programma ARGO-ITALY. In aggiunta, è stato pianificato il rilascio di due float, uno in prossimità del Ross Ice Shelf e uno nella parte più profonda del Drygalski Tough a Baia Terra Nova con l’obiettivo di monitorare le caratteristiche della colonna d’acqua durante tutto l’anno, nelle aree di polynya che si formano all’estremità dell’ice shelf e a Baia Terra Nova. È stato anche effettuato il recupero dei due float rilasciati in prossimità del Ross Ice Shelf durante la campagna XXXVI.

Inoltre, nell’ambito della collaborazione internazionale del progetto MORSea, su richiesta di Steve Rintoul (CSIRO-Australia),  durante questa campagna sono stati rilasciati 3 float nel bacino del Drygalski: due a Nord dell’area della polynya invernale e uno a sud del Drygalski Ice Tongue. Questi float in aggiunta a quelli messi a mare con il programma ARGO-Italy saranno fondamentali per lo studio della traiettoria delle acque dense di piattaforma che si formano nella polynya di Baia Terra Nova e che si allontanano da essa.

Attività svolte in campo  

Le attività di MORSea sono cominciate il giorno 08/01/2022 con il primo lancio di XBT nell’Oceano Meridionale. Tale attività è proseguita fino al giorno 13/01/2022. Lungo il transetto Nuova Zelanda j- Antartide sono stati lanciati 130 XBT. Durante questa spedizione, come già avvenuto lo scorso anno è stata adottata una più intensa risoluzione spaziale delle misure portandola dalle 15 nm tradizionalmente adottata alle 10 nm. Questo aumento della risoluzione garantisce un maggior dettaglio nell’osservazione della variabilità dei fronti della corrente circumpolare e una migliore descrizione delle strutture di mesoscala (e.g.: eddies, filamenti) eventualmente presenti lungo la rotta durante il periodo di indagine. La sezione verticale del campo di temperatura è riportata in figura 1. Durante la campagna, nell’ambito della collaborazione con gli progetti a bordo, i profili XBT sono stati forniti sia al progetto Isobata sia al progetto RossKrill. Inoltre per il progetto RossKrill sono stati realizzati ulteriori lanci XBT nel Mare di Ross. In totale sono stati effettuati 134 lanci XBT.

Lungo la rotta dalla Nuova Zelanda al Mare di Ross, alle latitudini di 61° S e 63°S, sono stati messi a mare 2 argo float, mentre ai 56° S, 57° S, 58° S, 59° S, 60° S, 61° S, 62° S e 63° S sono stati rilasciati 8 drifter. Le coordinate esatte di rilascio dei float e dei drifter sono riportate rispettivamente nelle Tabelle in allegato 1 e in allegato 2. Terminate le operazioni di rilascio degli strumenti previsti con nave in movimento sono iniziate le attività degli altri progetti a bordo. Il giorno 15 gennaio 2022, è stata realizzata la prima stazione CTD, utile al progetto RossKrill. In totale, sono state realizzate 23 stazioni CTD. Le posizioni delle stazioni sono riportate nella Tabella dell’allegato 4. Tra queste, sono state effettuate 5 stazioni con campionamento d’acqua utili al progetto GIAVA (STZ:  #003, #007, #008, #018, #022). 8 Delle 23 stazione sono state effettuate precedentemente al recupero e successivamente alla messa a mare dei mooring MORSea. Misure CTD che saranno utilizzate per la calibrazione dei sensori di salinità e temperatura presenti sui mooring. La stazione 23 è stata effettuata, in quanto utile alla calibrazione della strumentazione acustica utilizzata dal progetto RossKrill.

Le attività di recupero del mooring B sono iniziate il giorno 20 gennaio 2022 alle ore 03:00 UTC. Le operazioni di recupero sono terminate dopo circa un’ora alle ore 04:04 dello stesso giorno. Una volta recuperato il mooring, la nave ha continuato il suo tragitto lungo la direzione del transetto RossKrill. Il giorno 22 gennaio 2022 alle ore 09:20 sono iniziate le operazioni di recupero del moooring L. Durante la fase di recupero dopo aver portato a bordo le boe resinex di testa, il seacat SBE 16 e il correntometro RCM7, il cavo Kevlar si è accidentalmente spezzato per cause non identificabili, questo ha causato l’affondamento della strumentazione sottostante e la perdita definitiva di 4 boe, 1 correntometro RCM 7 (SN 11565) e lo sganciatore acustico IXBLUE Oceano (SN 1681). Inoltre, dopo un accurato controllo della strumentazione recuperata è stato osservato che il correntometro RCM 7 (SN 11974) è risultato allagato. Alla fine delle operazioni la Nave si è diretta verso la stazione Mario Zucchelli, mentre il personale MORSea si è occupato della manutenzione della strumentazione recuperata e della preparazione del “nuovo” mooring L utilizzando la strumentazione disponibile a bordo. Nell’ambito della collaborazione con il progetto AMORS, sul mooring L è stato installato uno strumento acustico passivo AURAL M3. Il mooring L è stato riposizionato il 23 gennaio 2022 alle ore 05:05.

Il 24 gennaio alle ore 21:57 sono iniziate le operazioni di recupero del mooring D che sono terminate alle 23:54 dello stesso giorno. Recuperato il mooring il personale MORSea si occupato della manutenzione e della preparazione della strumentazione a bordo e della preparazione dei restanti mooring da posizionare. Il giorno 28 gennaio 2022 alle ore 20:45 nel Glomar Challenger Basin in prossimità del limite della piattaforma continentale è stato posizionato il nuovo mooring richiesto dal progetto SIGNATURE ed è stato nominato HS. Alla fine delle operazioni la nave si è diretta verso il Joides Basin e il 30 gennaio 2022 il mooring B è stato riposizionato. Le operazioni sono iniziate alle ore 00:53 e sono terminate alle ore 02:07. Durante questa campagna, nell’ambito della collaborazione con il progetto RossKrill, sulla testa del mooring ad una profondità di 146 m è stato montato un Echosounder WBAT. Terminate le operazioni del mooring B, la nave si è diretta verso la posizione del mooring G che era stato disperso nella scorsa spedizionee che non era stato possibile riposizionare in quanto a bordo non era disponibile la strumentazione per sostituire gli strumenti del mooring. Da quest’anno sul mooring G sono stati installati due sistemi per aumentare la sicurezza e limitare significativamente le possibilità di perdita del mooring. Il primo è il Pop-up buoy della Mooring System ed è costituito da un cesto in plastica contente 450 m cavo che all’occorrenza viene rilasciato e trasportato in superficie da una boa. In questo modo il mooring è indentificato in superfice ed è possibile agganciarlo per fargli rilasciare la zavorra. Il secondo sistema è un ARGOS Linkit che permette di rilevare la posizione del mooring nel momento che risale inavvertitamente in superficie e di inviarla via satellite. Un ARGOS Linkit è stato installato anche sul mooring B. Alla fine delle operazione nella zona del mooring G la nave ha fatto rotta verso Baia Terra Nova. Durante il tragitto il personale MORSea ha terminato la manutenzione degli strumenti da posizionare sul mooring D e il giorno 1 febbraio alle ore 03:03 sono iniziate le operazioni di messa a mare che sono terminate alle ore 04:21.

Nell’ambito della collaborazione tra il progetto MORSea e ARGO-ITALY e al fine di monitorare l’attività di produzione della HSSW nelle due aree di polynya di Baia Terra Nova e del RIS, sono stati posizionati 2 argo float in modalità “stay-on-the-ground”, programmati per affiorare in superficie ogni 5 giorni. Mentre nell’ambito della collaborazione con CSIRO-Australia sono stati posizionati i 3 float in modalità “stay-on-the-ground” nel bacino del Drygalski, 2 a nord di Baia Terra Nova e 1 a sud del Drygalski Ice Tongue. I dati di tutti gli argo float e drifter posizionati sono disponibili sul sito: http://maos.inogs.it/#/data. L’elenco delle posizioni di rilascio è riportato nelle tabelle degli allegati 1 e 2. Inoltre durante la campagna sono stati anche recuperati 2 float messi a mare nella scorsa campagna.

Conseguimento degli obiettivi prefissati

Gli obiettivi previsti dal progetto MORSEa per questa XXXVIIesima missione sono stati raggiunti quasi completamente. Il parziale mancato recupero della strumentazione del mooring L è l’unico obiettivo mancato rispetto alla programmazione originale.

Risultati principali      

-Mooring: Le attività di calibrazione, elaborazione e analisi dei dati misurati dai mooring saranno effettuate succesivamente al rientro in Italia.

-Misure XBT: di seguito si riporta la sezione verticale dalle misure XBT lungo la rotta della nave dalla Nuova Zelanda all’Antartide.

Figura 1 - Sezione di temperatura lungo il transetto Nuova Zelanda – Antartide, realizzata tra l’8 ed il 13 gennaio 2022. Le linee verticali grigie indicano la posizione dei lanci XBT. Il riquadro a destra riporta la posizione dei lanci XBT.

L’analisi della sezione di temperatura ottenuta lungo il transetto Nuova Zelanda – Antartide (Figura 1) evidenza la posizione dei principali fronti della ACC, quali il Northern SubAntarctic Front (NSAF), il Southern SubAntarctic Front (SSAF), il Polar Front (PF) ed il southern ACC front (sACCf).

Impatto ambientale                

Conclusioni                 

Durante la XXXVII spedizione il progetto MORSea ha conseguito tutti gli obbiettivi previsti a meno del parziale recupero della strumentazione del mooring L.

 

Collaborazioni previste e sinergie con altri progetti          

La messa a mare di sonde lagrangiane drifter e float sono stati effettuati in collaborazione con i progetti Global Drifter Program e ARGO ITALY rispettivamente.

Nell’ambito della collaborazione con i progetti RossKrill e AMORS, sono stati installati strumenti acustici, rispettivamente sui mooring B e sul mooring L.

Nell’ambito della collaborazione internazionale con lo CSIRO (Australia) sono stati rilasciati 3 float al fine di studiare la traiettoria delle acque dense di piattaforma che si propagano a partire dalla zona di produzione, nella polynya di Baia Terra Nova.

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 stati forniti dispositivi di protezione individuale.

Problemi incontrati e suggerimenti per le prossime campagne

Nonostante le modifiche apportate al sistema di messa a mare della rosette spostando il verricello in una posizione che permettesse di effettuare la calata dal fianco dritto della nave, è stato invece necessario ricorrere ad un sistema a doppia pastecca per effettuare nuovamente la messa a mare da poppa. Come già evidenziato nelle scorse campagne, questo è un metodo del tutto inadeguato al fine di raccogliere dati rappresentativi della struttura della colonna d’acqua, specialmente negli strati superficiali. Per di più, il sistema di messa a mare a doppia pastecca ha richiesto un numero superiore del personale di bordo rispetto a quanto fatto in passato con ulteriore aggravio sul carico di lavoro dell’equipaggio e sui tempi di messa a mare. Inoltre, in questa campagna, a causa di un collegamento del cavo mare al CTD non conforme a quanto fatto nelle precedenti spedizioni non è stato possibile installare sul frame della rosette il sistema di misura correntometrica LADCP.  

Quest’anno inoltre si è evidenziato una complicata compatibilità tra le diverse attività di ricerca che richiedono l’utilizzo della poppa e dei verricelli installati. Pertanto diventa indispensabile ipotizzabile una soluzione di messa a mare del CTD non a poppa.

Come nelle precedenti campagne e nonostante l’acquisto di una nuova antenna, anche durante questa campagna il sistema di comunicazioni è stato al disotto delle aspettative. È pur vero che il sistema di comunicazioni a chiusura del primo leg ha subito un danno accidentale che ha potuto pregiudicare il funzionamento durante il secondo leg, ma si è notata una difficoltà di risoluzione del problema legata probabilmente ad una gestione non omogenea dell’infrastruttura di comunicazione.

La nuova disposizione del laboratorio con un tavolo al centro del laboratorio, anche se di dimensione ridotta rispetto al passato, ha consentito di effettuare con la dovuta efficacia le operazioni di manutenzione della strumentazione recuperata per i mooring

La realizzazione del tambuccio a poppa ha sicuramente ha migliorato il trasporto di attrezzature dall’electric store alla poppa, ma d’altra parte le operazioni si possono effettuare solo con il mare calmo e nave ferma, quindi sarebbe auspicabile un sistema interno da poter utilizzare con continuità ed in sicurezza durante la navigazione anche in condizioni di mare non calmo.

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 il comandante della nave Laura Bassi, Franco Sedmark per aver cercato di venire incontro alle esigenze del progetto. 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.