Descrizione attività

La sede di Padova dell’Istituto di Scienze Polari (ISP-Padova) svolge attività di ricerca principalmente nei campi della modellistica numerica e del telerilevamento da satellite.
Le Aree Progettuali del DSSTTA a cui afferiscono le attività di ricerca svolte sono:
- Cambiamenti Globali
- Osservazione della Terra
Nel campo modellistico, si occupa della modellizzazione di ghiacciai alpini a scopi climatologici e dello studio delle variazioni a medio termine di clima ondoso e del loro impatto sulla vulnerabilità costiera, anche mediante analisi di serie storiche,restituzione di spettri ondosi con tecniche stereoscopiche e modellizzazione di eventi meteomarini estremi. Nell'ambito del telerilevamento da satellite, utilizza i dati dei sensori attivi (SAR, scatterometro) per la determinazione del vento in aree costiere e i movimenti del ghiaccio artico. Quest’ultima attività è svolta nell’ambito del progetto artico MOSAiC con le immagini SAR di COSMO-SkyMed fornite da ASI.

Descrizione attività

Il CNR-ISP di Messina si occupa con approccio ecosistemico e multidisciplinare di microbiologia ed ecologia microbica in ambienti polari, al fine di migliorare l'attuale comprensione del ruolo delle comunità microbiche in ambienti estremi, e di aspetti legati allo sviluppo/utilizzo di tecnologie automatiche per campionamento e misura.
Le principali Linee Tematiche di Ricerca riguardano:
Cambiamenti climatici e perturbazioni antropiche. Individuazione di indicatori microbici di qualità ambientale in risposta a forzanti naturali o antropiche. Resistenza microbica a metalli pesanti e antibiotici. Risposte di organismi marini a condizioni di stress ambientale.
Colonizzazione microbica di matrici biotiche/abiotiche. Associazioni ed interazioni tra microorganismi e organismi superiori, plastisfera, origine della vita, esobiologia, evoluzione ed adattamenti in ambienti estremi.
Capacità metaboliche e potenzialità biotecnologiche di microorganismi cold-adapted. Bioprospecting di molecole con applicazioni biotecnologiche (farmaceutiche, cosmetiche, etc.). Rimozione microbica di sostanze inquinanti, anche persistenti.
Sviluppo tecnologico ed utilizzo di strumentazione automatica di campionamento e/o di misura. Sistemi automatici di campionamento, anche in siti di difficile accessibilità. Dispositivi robotici e droni per manipolazione/ acquisizione di dati da remoto. Sistemi di acquisizione di dati acustici per il rilevamento di suoni abiotici/biotici e misura dei livelli di inquinamento acustico ambientale, e relativi effetti sulle componenti biologiche.

Descrizione attività

La sede di Bologna dell’Istituto di Scienze Polari tratta temi legati alle scienze marine e dell’atmosfera, primariamente connesse all’Area Strategica Cambiamenti Globali. Le attività di ricerca hanno lo scopo generale di portare elementi di conoscenza sul sistema polare nella sua duplice veste di hot spot del cambiamento climatico e di motore essenziale del clima del pianeta, in grado di influenzare la dinamica atmosferica ed oceanica anche alle medie e basse latitudini.
Le attività di Bologna forniscono inoltre contributi, in diversa misura ed importanza, anche alle altre aree strategiche del Dipartimento DSSTTA. Le aree di studio comprendono sia l’Artide che l’Antartide, e si rivolgono a studiare la colonna verticale dal fondale marino sino alla stratosfera con un approccio fortemente multidisciplinare.

Descrizione attività

Le principali linee di ricerca riguardano la chimica, la geochimica (analisi elementale e isotopica) e la fisica degli ambienti polari al fine di contribuire alla ricostruzione ed interpretazione di eventi paleoclimatici e alla comprensione dei processi di trasporto e accumulo di inquinanti. Ciò consentirà di comprendere meglio sia i cambiamenti climatici in atto nelle aree polari ed i possibili sviluppi futuri a livello polare e globale, sia i fenomeni di contaminazione a livello locale e globale. Parte dell’attività della sede di Venezia è rivolta allo sviluppo di metodi analitici ad alta sensibilità per la determinazione di traccianti chimici organici ed inorganici mediante tecniche di spettrometria di massa e per la quantificazione e identificazione polimerica delle microplastiche. La sede di Venezia si occupa inoltre di telerilevamento dell'ambiente marino polare con strumenti satellitari.
Le aree strategiche in cui si collocano le attività svolte dai ricercatori della sede di Venezia riguardano i Cambiamenti Globali e le Osservazioni della Terra.

Le tematiche di ricerca sviluppate riguardano tanto aspetti chimici/geochimici quanto fisici in un approccio multidisciplinare per la salvaguardia di ambienti estremi vulnerabili. Le attività scientifiche prendono in considerazione l’ambiente polare nella sua globalità ponendolo in relazione con le possibili aree di interazione anche non polari (aree montane e remote). In tale ambito l’attenzione è rivolta allo studio di differenti matrici ambientali: aria, acqua (marina, lacustre, di fusione), neve, ghiaccio, sedimento, suolo, permafrost anche mediante l’utilizzo combinato di dati e modelli.

La sede di Venezia si occupa inoltre di applicazioni di osservazioni satellitari per il monitoraggio e la salvaguardia degli ambienti costieri più esposti ai cambiamenti climatici. In aggiunta, i principali parametri e processi fisici atmosferici vengono studiati per approfondire il bilancio energetico e il sistema climatico polare.

Meteorologia e clima

La dinamica dell’atmosfera polare è caratterizzata alla presenza del cosiddetto vortice polare, costituito dal flusso zonale le cui linee di flusso si chiudono intorno al polo separando le masse d’aria fredda polari da quelle più calde alle medie latitudini. L’intensità e la dimensione del vortice può cambiare durante la stagione: mentre si riduce in primavera ed estate, esso si espande in inverno formando dei lobi che raggiungono le medie latitudini e determinano condizioni meteorologiche particolarmente rigide soprattutto nell’emisfero boreale.

Come in altre regioni del pianeta anche nelle aree polari i fenomeni meteorologici sono strettamente legati ai cambiamenti climatici; ma nelle regioni polari i processi associati ai cambiamenti climatici sono amplificati da meccanismi di retroazione in conseguenza dell’aumento della temperatura dell’aria, che contribuisce ad accelerare la fusione del ghiaccio marino, ad aumentare l’umidità, la nuvolosità e le precipitazioni, che contribuiscono a loro volta ad amplificare i processi, con una ricaduta complessiva sul bilancio radiativo e quindi sull’energia del sistema climatico.
È fondamentale il monitoraggio dei parametri fisici (temperatura, umidità, vento e precipitazione, nubi, radiazione) e la composizione (gas e aerosol) dell’atmosfera per comprendere le interazioni tra le varie componenti e migliorare la qualità dei modelli di previsione meteoclimatici.

Processi fisici nello strato limite

Attraverso lo strato limite atmosferico avviene lo scambio di energia e di massa tra la superficie e l’atmosfera libera. Il meccanismo è regolato dal bilancio di radiativo che nelle regioni polari è negativo (raffreddamento della superficie) e determina prevalentemente condizioni di forte stabilità atmosferica. Gli scambi avvengono principalmente attraverso moti verticali ma, date le condizioni di stabilità, i processi sono molto deboli ed è difficile verificare la l’applicabilità delle teorie valide alle medie e basse latitudini. Lo studio di tali processi in queste condizioni è di fondamentale importanza per caratterizzare lo strato limite e sviluppare parametrizzazioni specifiche per gli ambienti polari per migliorare la qualità dei risultati dei modelli di previsione meteorologici e climatici.

Oceanografia biologica

Le relazioni tra il comparto abiotico e quello biotico generano un flusso ciclico di materia nell’epipelago, alimentato dall'energia solare nei periodi di luce, che può essere perturbato da cause naturali e/o antropiche. Le basse temperature e l’assenza della luce nel meso- e batipelago non sono un limite per la vita, compreso nell’habitat bentonico. La lunga notte polare condiziona fortemente la vita sotto il ghiaccio marino stagionale in termini di flussi di materia a disposizione della rete trofica marina che nei mesi invernali è costretta a fare lunghi percorsi migratori. In primavera invece il ghiaccio marino diventa l’habitat template di un insieme di organismi autotrofi ed eterotrofi e dopo la sua fusione, rilascia un notevole apporto di nutrienti essenziali e sostanza organica, e favorisce la fertilizzazione del mare. La rete trofica marina in estate trasferisce flussi di materia verso la terra ferma contribuendo anche in parte, nelle fasce litorali costiere, al mantenimento della rete trofica terrestre.

Aspetti biotecnologici

La maggiore comprensione dei processi biologici e i recenti progressi nel campo delle biotecnologie consentono di utilizzare il mondo naturale per ottenere progressi in diversi settori industriali, quali ad esempio lo sviluppo di farmaci e additivi alimentari. In generale, il termine bioprospecting viene adoperato per indicare l'esplorazione di esseri viventi e materiale biologico ai fini della ricerca di biomolecole che possano essere utili per l’uomo. In questo ambito, risorse genetiche scarsamente conosciute e poco descritte presentano un alto potenziale per la scoperta di nuovi e preziosi prodotti naturali. Pertanto, gli organismi polari, date le loro peculiari capacità metaboliche e gli adattamenti fisiologici a condizioni ambientali estreme, ben si prestano allo scopo. Non viene, inoltre, trascurato il possibile coinvolgimento di organismi polari nella rimozione di sostanze inquinanti, anche persistenti, a bassa temperatura.