Le attività di studio e monitoraggio dell’ambiente periglaciale e del permafrost
L’attività di studio e monitoraggio del permafrost e dell’ambiente periglaciale da parte di Arpa Piemonte, iniziato nel 2006, ha avuto un importante impulso nel 2008÷2011 in occasione del progetto europeo Alpine Space “PermaNet – permafrost long-term monitoring network”.
Dal 2009 tale attività è stata inserita tra i servizi istituzionali dell’Agenzia ed è in questo contesto che vengono tuttora gestite le attività ordinarie e di sviluppo del monitoraggio dell’ambiente periglaciale piemontese.
Nella prima fase Arpa si è avvalsa del supporto tecnico-scientifico dell’Università dell’Insubria. Successivamente, con il progredire delle ricerche e con l’ampliamento delle tematiche, sono nate numerose collaborazioni con altre agenzie ed enti di ricerca che hanno apportato un notevole contributo all’accrescimento delle conoscenze. A questo contributo si sono aggiunte recentemente anche le attività svolte nell’ambito di progetti europei quali il progetto strategico “RiskNat” (2009÷2012) ed il progetto PrévRiskHauteMontagne (2016÷2017), entrambi del Programma di Cooperazione transfrontaliera Italia-Francia ALCOTRA. Nell’ambito del progetto Interreg Italia-Svizzera “RESERVAQUA” (2019÷2023) ci si è occupati della valutazione quali-quantitativa della risorsa idrica connessa a corpi detritici in alta quota in condizioni potenziali di permafrost.
A partire dal 2012, alla rete di monitoraggio permafrost in pozzo si è aggiunta una rete di monitoraggio GST (Ground Surface Temperature) per la misura delle temperature superficiali (da 2 a 100 cm di profondità) nei geomateriali (roccia, detrito, suolo) in diversi contesti geologico-geomorfologici dell’ambiente periglaciale delle Alpi piemontesi (grotte e cavità naturali ed artificiali con e senza ghiaccio, rock glacier, praterie alpine, versanti instabili in roccia).
L’attività si articola in una serie di sotto-attività dedicate in modo specifico al monitoraggio del permafrost, al monitoraggio della GST (Ground Surface Temperature), al monitoraggio delle sporgenti in alta quota ed alla raccolta dati tramite campagne di campionamento e rilevamento in campo.
Gestione della rete regionale di monitoraggio del permafrost
Grazie al progetto “PermaNet” è stata compilata una prima mappa della criosfera delle Alpi piemontesi (con un nuovo inventario regionale di rock glaciers e protalus ramparts) ed è stata istituita una prima rete di stazioni di monitoraggio del permafrost.
La rete regionale del permafrost è costituita da 5 siti con catene termometriche inserite in fori di sondaggio realizzati verticalmente in roccia.
I siti sono i seguenti:
- Passo della Gardetta nelle Alpi Cozie Meridionali, quota 2500 m, Comune di Canosio, CN (pozzo profondo 30 m);
- Passo de La Colletta nelle Alpi Cozie Meridionali, quota 2870 m, Comune di Bellino, CN (pozzo profondo 30 m);
- Colle Sommeiller nelle Alpi Cozie Settentrionali, quota 2985 m, Comune di Bardonecchia, TO (sito chiave, 3 pozzi profondi 5, 10 e 100 m);
- Passo dei Salati nelle Alpi Pennine, quota 3020 m, Comune di Alagna Valsesia, VC (pozzo profondo 30 m);
- Passo del Monte Moro nelle Alpi Pennine, quota 2850 m, Comune di Macugnaga, VB (pozzo profondo 30 m).
Nel 2023 si è proceduto con la manutenzione delle 5 stazioni di monitoraggio del permafrost nelle Alpi piemontesi e analisi dei dati di monitoraggio relativi alle condizioni climatiche.
In tutte le stazioni sono state condotte operazioni di manutenzione ordinaria con verifica dei sistemi di registrazione, della funzionalità della strumentazione, dell’efficienza del sistema di alimentazione, della stabilità ed integrità dei supporti.
Gestione e sviluppo di siti di monitoraggio della temperatura di superficie GST (Ground Surface Temperature)
La rete di monitoraggio GST in Piemonte ha avuto inizio nel 2012 scegliendo come standard operativo per la raccolta dati di temperatura sensori inseriti direttamente nel substrato da misurare (roccia, detrito, suolo, aria, acqua liquida, ghiaccio) ad una profondità variabile tra i 2 ed i 100 cm (nei geomateriali e in ghiaccio) e datalogger collegati da cavi a distanza; lo scarico dati normalmente avviene solo una volta all’anno per garantire il più possibile la stabilità termica del sistema misurato.
La memoria solida del datalogger consente la registrazione di 32.000 record. I programmi di registrazione sono mediamente impostati con lettura oraria di temperatura massima e minima su ogni canale, raggiungendo la saturazione della memoria in poco più di 11 mesi (333 gg e 8 ore). In alcuni contesti difficilmente raggiungibili, dove non vi è certezza di raggiungere annualmente il sito per lo scarico dei dati, e particolarmente stabili dal punto di vista termico, come in grotta, si è optato per la registrazione bi-oraria di temperatura massima e minima su ogni canale, raddoppiando il tempo di saturazione della memoria.
I siti attuali della rete piemontese GST sono i seguenti, ciascuno con specificità proprie a seconda del tipo di substrato monitorato:
- Passo dei Salati (Alagna Valsesia, VC), per il monitoraggio del suolo e di infrastrutture
- M. Rocciamelone (Mompantero, TO), per il monitoraggio degli ammassi rocciosi instabili
- Colle Sommeiller (Bardonecchia, TO), per il monitoraggio delle relazioni neve-permafrost
- Buco di Viso (Crissolo, CN), per il monitoraggio di cavità senza ghiaccio permanente
- Grotta di Bossea (Frabosa Soprana, CN), per il monitoraggio di cavità senza ghiaccio permanente e del ciclo idrologico
- Grotta “Pertus d’la patarassa” (Castelmagno, CN), per il monitoraggio di grotte con ghiaccio permanente (Ice caves)
- Grotta “Ro-mina” (Magliano Alpi, CN), per il monitoraggio di grotte con ghiaccio permanente (Ice caves)
- Grotta “Lambda 21” (Magliano Alpi, CN), per il monitoraggio di grotte con ghiaccio permanente (Ice caves)
- Grotta “Rem del ghiaccio” (Valcasotto, CN), per il monitoraggio di grotte con ghiaccio permanente (Ice caves)
- Grotta “Ciuaiera” (Garessio, CN), connessa al sistema carsico della grotta Rem del ghiaccio
- Grotta “Balma ghiacciata del Mondolè” (Frabosa sottana, CN), per il monitoraggio di grotte con ghiaccio permanente (Ice caves)
- Rock glacier “Vej del Bouc” (Entracque, CN), per il monitoraggio dei rock glacier
- Dolina delle Turbiglie (Pamparato, CN), per il monitoraggio di depressioni carsiche fredde
Nel 2023 ci si è dedicati alla manutenzione ordinaria/straordinaria di tutti i siti GST nelle Alpi piemontesi con download e analisi dei dati. Rispetto agli anni precedenti si sono riscontrate minori anomalie a causa di infiltrazioni di acqua nei datalogger e, salvo pochi casi, non si è dovuto ricorrere a sostituzione di strumenti o cambio delle batterie.
Alcuni di questi siti sono gestiti in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria dell'ambiente, del territorio e delle infrastrutture (DIATI) del Politecnico di Torino le cui attività si articolano in tre progetti informali denominati:
- "Ice caves”: monitoraggio temperature aria, roccia, acqua/ghiaccio in superficie e in cavità carsiche con presenza di ghiaccio perenne e/o stagionale. Siti attualmente monitorati: grotte del Rem del Ghiaccio, Ro Mina, Lambda 21 e della Balma ghiacciata del Mondolè nelle Alpi Liguri, e grotta Pertous d’la Patarasa nelle Alpi Cozie. A questa attività collabora anche l’Ente di gestione delle aree protette delle Alpi Marittime.
- “Thermo-Karst”: monitoraggio temperature aria-roccia in superficie e in cavità carsiche senza depositi di ghiaccio/neve in aree montuose. Siti attualmente monitorati: dolina e grotta delle Turbiglie, grotte della Rivoera e grotta di Costacalda nelle Alpi Liguri.
- “Centro ricerche climatologiche della Grotta di Bossea – Giovanni Badino”: monitoraggio temperature aria-suolo-neve in superficie, temperature aria-roccia-acqua in superficie e in grotta, anidride carbonica (CO2), radon (Rn), pressione atmosferica nella Grotta di Bossea. A questa attività collaborano anche il SO CAI e l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica.
Monitoraggio delle sorgenti in ambiente periglaciale
Nel 2023 sono proseguite le attività legate al progetto europeo Interreg Italia-Svizzera “RESERVAQUA” (Implementazione di una REte di SERvizi per lo studio, la protezione, la valorizzazione e la gestione sostenibile dell’ACQUA a scala locale e regionale su un territorio transfrontaliero alpino) di cui Arpa Piemonte è partner.
Nell’ambito di tale progetto, terminato nel settembre 2023, Arpa Piemonte ha sviluppato alcune attività di campionamento e monitoraggio delle acque di sorgenti ubicate in contesti di permafrost.
Il progetto INTERREG RESERVAQUA mira a migliorare le attuali conoscenze sulla disponibilità e l'uso delle risorse idriche nei bacini idrografici alpini, inclusa la quantità di acqua immagazzinata nel permafrost e nei rock glacier, e a sviluppare strumenti adeguati alla gestione transfrontaliera della risorsa stessa. In questo contesto, oltre alla quantità, gioca un ruolo fondamentale anche la valutazione della qualità dell'acqua. La fusione della criosfera può infatti influire sulla qualità dell'acqua e sugli ecosistemi di acqua dolce.
Nell'ambito del progetto sono state sviluppate attività di ricerca in collaborazione con l'Istituto di Ricerca Sulle Acque CNR-IRSA e il Dipartimento di scienze della terra DST dell’Università di Pisa finalizzate alla valutazione della qualità dell'acqua in bacini alpini selezionati, con particolare attenzione alle acque provenienti dai rock glacier (corpi detritici in condizioni di permafrost contenenti ghiaccio).
Le campagne sul campo sono state eseguite a partire dal 2019 in diversi siti in Italia e in Svizzera e sono stati raccolti dati per eseguire una valutazione della chimica dell'acqua e un confronto tra i siti. Al termine del lavoro sono stati proposti alcuni protocolli per il campionamento dell'acqua e le analisi chimiche che possono servire come base per lo sviluppo di ulteriori protocolli per il campionamento e l'analisi dei corpi idrici legati al permafrost, con particolare attenzione alla creazione di programmi di monitoraggio fattibili a lungo termine per affrontare l'evoluzione di queste risorse idriche nel contesto del cambiamento climatico in atto.
Campagne di rilevamento e campionamento: il rock glacier dei Fourneaux (Alta Val Susa, TO)
Al fine di caratterizzare il rock glacier ubicato nel sito chiave di monitoraggio del permafrost dell’Alta Val Susa, denominato “dei Fourneaux” in quanto si sviluppa nei depositi glaciali dell’omonimo ghiacciaio ora pressoché estinto, è stata effettuata una campagna di rilievi geofisici e topografico-fotogrammetrici dell’area.
È stato effettuato anche il campionamento dell’acqua della sorgente che scaturisce alla fronte del rock glacier le cui analisi sono condotte dall'Istituto di Ricerca Sulle Acque CNR-IRSA di Verbania.
I rilievi geofisici sono stati effettuati in collaborazione con il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa mentre il rilievo fotogrammetrico è stato effettuato con sistema a pilotaggio remoto (drone).
In collaborazione con il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa è stato effettuato il rilievo geofisico con 210 m di profili ERT (Electrical Resistivity Tomography) longitudinali, 2 profili ERT trasversali di lunghezza 141 m ciascuno (tutti con spaziatura tra gli elettrodi di 3 m) e 2 rilievi HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio, misura dei microtremori ambientali nelle tre dimensioni spaziali).
Le analisi preliminari di questa grande quantità di dati hanno consentito di ricostruire un primo modello 3D del sottosuolo del rock glacier in cui vi è presenza di permafrost mediamente ricco in ghiaccio, soprattutto nella parte medio inferiore del rock glacier.
Al fine di predisporre le basi per il rilievo fotogrammetrico con APR (drone), sono stati anche materializzati a terra tramite vernice 28 punti di riferimento di cui sono state rilevate con precisione le coordinate geografiche utilizzando il sistema GNSS con metodo RTK. Con lo stesso sistema sono anche state rilevate le coordinate geografiche di ogni polo degli stendimenti ERT.
Il rilievo fotogrammetrico del rock glacier dei Fourneaux (a cura dell’Arpa Valle d’Aosta) è stato effettuato utilizzando un quadricopter il cui piano di volo era stato pre-impostato in considerazione dell’area di interesse, coprendo tutta la superficie del rock glacier.
I rilievi che verranno effettuati nei prossimi anni consentiranno di valutare l’eventuale dinamica del corpo detritico, evidenziando gli spostamenti sia planimetrici che verticali (legati alla fusione del ghiaccio all’interno del rock glacier).
Informazioni e risorse aggiuntive
Relazione sullo Stato dell’Ambiente - Permafrost anni 2017, 2018, 2019, 2020, 2021, 2022, 2023
Arpa Piemonte, sito istituzionale Criosfera e permafrost
Arpa Valle d'Aosta - Permafrost https://www.arpa.vda.it/it/effetti-sul-territorio-dei-cambiamenti-climatici/permafrost
Progetto europeo Interreg Italia-Svizzera “RESERVAQUA” https://www.interreg-italiasvizzera.eu/wps/portal/site/interreg-italia-svizzera/DettaglioRedazionale/progetti-2014-2020/reservaqua
Progetto europeo Alpine Space PermaNet https://www.permanet-alpinespace.eu/home.html
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica https://www.inrim.it/it/ricerca/settori-scientifici/termodinamica-applicata
DIATI Dipartimento di Ingegneria dell'Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture https://www.diati.polito.it
Istituto di Ricerca Sulle Acque CNR-IRSA Sede di VerBania https://www.irsa.cnr.it/wp/?page_id=376
Dipartimento di scienze della terra Università di Pisa https://www.dst.unipi.it/
Dipartimento di Scienze teoriche e applicate - DiSTA Università degli studi dell'Insubria https://archivio.uninsubria.it/siti-tematici-o-federati/siti-dei-dipartimenti/dipartimento-di-scienze-teoriche-e-applicate-dista