Il livello medio globale degli oceani rappresenta uno degli indicatori più affidabili del riscaldamento climatico in atto, eppure ricostruire con precisione la sua evoluzione nel lungo periodo rimane una sfida scientifica di primo piano. Un team di ricercatori della Hong Kong Polytechnic University (PolyU) ha ora prodotto il primo registro ad alta precisione delle variazioni della massa oceanica globale su un arco di trent'anni, dal 1993 al 2022, aprendo nuove possibilità per la validazione dei modelli climatici e la proiezione degli scenari futuri. Lo studio, pubblicato nei Proceedings of the National Academy of Sciences, documenta un aumento del livello medio degli oceani pari a circa 3,3 millimetri per anno nel periodo considerato, con un tasso di incremento che ha mostrato una progressiva accelerazione nel tempo.
Per comprendere appieno il significato di questa ricerca, è necessario inquadrare i meccanismi fisici alla base dell'innalzamento marino. Due processi fondamentali contribuiscono al fenomeno: l'espansione termica dell'acqua di mare, dovuta al fatto che gli oceani assorbono circa il 90% del calore in eccesso intrappolato nel sistema climatico terrestre, e l'apporto di acqua proveniente dalla fusione dei ghiacci continentali. Il secondo processo, noto come variazione baristaltica del livello del mare, modifica la massa totale degli oceani e si distingue dalla semplice dilatazione volumetrica delle acque già presenti.
Il gruppo di ricerca è stato guidato dal professor Jianli Chen, Chair Professor di Space Geodesy and Earth Sciences presso il Dipartimento di Land Surveying and Geo-Informatics (LSGI) della PolyU, con il dottor Yufeng Nie, Research Assistant Professor dello stesso dipartimento, nel ruolo di autore principale e corrispondente. Il contributo metodologico centrale del lavoro consiste nell'aver sfruttato dati del campo gravitazionale variabile nel tempo raccolti attraverso il satellite laser ranging (SLR), una tecnica geodetica spaziale consolidata che misura con elevatissima precisione le distanze tra satelliti e stazioni a terra mediante impulsi laser.
Prima di questo studio, le ricostruzioni dettagliate delle variazioni di massa oceanica erano possibili soltanto a partire dal 2002, anno di lancio della missione GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), basata sulla gravimetria satellitare. Le misurazioni altimetriche consentono di rilevare le variazioni nell'altezza della superficie oceanica, ma non distinguono direttamente tra contributo termico e contributo di massa. L'SLR, pur essendo una tecnica di lunga tradizione, presentava limiti significativi per questo tipo di applicazione: il numero ridotto di satelliti e stazioni di tracciamento, l'elevata quota orbitale dei satelliti e la modesta risoluzione spaziale delle misure gravitazionali ne avevano finora ostacolato l'impiego sistematico nello studio della massa oceanica.
Per superare questi ostacoli tecnici, il team ha sviluppato un approccio innovativo di forward modeling, che migliora la risoluzione spaziale delle misure SLR integrando informazioni dettagliate sui confini tra oceani e masse continentali. Questo metodo consente di sfruttare in modo molto più efficace i dati gravitazionali dell'SLR per calcolare le variazioni di massa oceanica su scale temporali pluridecennali, estendendo retroattivamente la finestra di osservazione ben prima dell'era GRACE.
I risultati quantitativi dello studio delineano un quadro preciso. Nell'arco dei trent'anni analizzati, il livello medio globale del mare è salito di circa 90 millimetri complessivi. Di questi, il 60% circa è attribuibile alla crescita della massa oceanica. L'analisi temporale rivela inoltre una svolta significativa: a partire approssimativamente dal 2005, l'apporto di massa ha superato l'espansione termica come principale meccanismo di innalzamento. La sorgente predominante di questo incremento di massa è la fusione accelerata dei ghiacci terrestri, in particolare della calotta glaciale della Groenlandia: le calotte polari e i ghiacciai montani hanno complessivamente contribuito per oltre l'80% all'aumento totale della massa oceanica nel periodo studiato.
Sul piano della validazione metodologica, un risultato particolarmente rilevante riguarda la coerenza interna dei dati. Come sottolineato dal dottor Nie, le variazioni di massa oceanica derivate dall'analisi SLR si allineano bene con le variazioni totali del livello del mare osservate dai satelliti altimetrici, una volta tenuto conto dell'effetto dell'espansione termica. Questa concordanza dimostra che la tecnica SLR, adeguatamente elaborata, può ora essere impiegata come strumento autonomo e affidabile per studi climatici a lungo termine, complementare e non sostitutivo delle missioni GRACE e del suo successore GRACE-FO.
Le implicazioni per la modellistica climatica sono concrete e immediate. Il professor Chen ha evidenziato come la ricerca permetta la quantificazione diretta dell'aumento della massa oceanica e fornisca una valutazione comprensiva del suo impatto a lungo termine sul bilancio del livello del mare, offrendo dati cruciali per la validazione dei modelli climatici accoppiati utilizzati per proiettare gli scenari futuri di innalzamento marino. Un record trentennale coerente e indipendente costituisce un riferimento di calibrazione particolarmente prezioso, poiché copre periodi in cui le sole misurazioni altimetriche erano disponibili ma la componente di massa non poteva essere determinata direttamente.
Le domande aperte che questo lavoro contribuisce ad affrontare restano numerose. Tra le priorità della comunità scientifica vi sono la riduzione delle incertezze nelle stime del contributo dei singoli ghiacciai e delle calotte polari, la comprensione dei feedback tra perdita di massa glaciale e circolazione oceanica profonda, e il miglioramento delle proiezioni regionali dell'innalzamento del mare, che possono differire significativamente dalla media globale a causa di fattori gravitazionali, tettonici e di circolazione. L'estensione dell'approccio SLR a periodi ancora più remoti, prima del 1993, potrebbe ulteriormente ampliare la finestra di osservazione disponibile per i climatologi impegnati nella comprensione delle tendenze secolari.
