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Area Tematica 2 - PALEOCLIMA e PALEOAMBIENTI

L'Anthropocene è un'unità di tempo geologica nuova, sebbene non ufficiale, usata per descrivere il periodo più recente nella storia della Terra, quando l'attività umana ha iniziato ad avere un impatto significativo sul clima e sugli ecosistemi del pianeta. l'Antropocene è anche un periodo caratterizzato da un livello tecnologico senza precedenti che ci consente di misurare variabili essenziali del sistema climatico (ECV) ad alta risoluzione temporale (e.g. satelliti) e di prevedere scenari climatici futuri utilizzando supercomputer all'avanguardia basati sugli Shared Socioeconomic Pathways (SSPs). Tuttavia, le misure strumentali esistono solo dalla metà del XX secolo mentre le simulazioni sono limitate nel tempo a pochi secoli. Pertanto, non è chiaro se i cambiamenti documentati e previsti facciano parte della variabilità naturale a lungo termine del sistema climatico. A questo proposito, gli archivi climatici come le carote di ghiaccio, le carote di sedimenti marini/lacustri, i coralli, gli speleotemi e gli anelli degli alberi offrono una prospettiva straordinaria dell'evoluzione climatica del passato e, quindi, rappresentano un punto di riferimento fondamentale per inquadrare i cambiamenti climatici in corso all’interno di un contesto più ampio di variabilità climatica naturale a lungo termine. In particolare, il clima passato è caratterizzato da importanti eventi climatici che possono essere utilizzati come esempi (non necessariamente analoghi) per valutare la velocità dei cambiamenti naturali e comprendere le interazioni tra le componenti critiche del sistema clima, comprese le sue forzanti esterne e interne. Pertanto, la paleoclimatologia è un campo di ricerca fondamentale per lo studio dell'Antropocene in quanto fornisce informazioni su come funziona il sistema climatico terrestre e su come potrebbe cambiare in futuro. Attraverso il paleoclima si può quindi migliorare i modelli climatici riducendo le incertezze sulle proiezioni future.
Gli archivi naturali della storia del clima passato sono pilastri per i paleoclimatologi in quanto rappresentano letteralmente macchine del tempo. Gli scienziati cercano indizi di eventi passati in questi record come indicatori biologici, geochimici e sedimentari utilizzati per la quantificazione empirica dei parametri climatici e ambientali, un aspetto generalmente indicato come proxy. Ogni tipo di archivio ha i suoi vantaggi e svantaggi. Pertanto, i paleo-studi ottengono migliori risultati dall'integrazione di archivi complementari per avere una visione interdisciplinare su come funziona il sistema climatico.

Principali settori ERC:
• PE4_5 - Analytical chemistry
• PE4_18 - Environment chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_3 - Climatology and climate change
• PE10_6 - Palaeoclimatology, palaeoecology
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry
• PE10_11 - Geochemistry, cosmochemistry, crystal chemistry, isotope geochemistry, thermodynamics
• PE10_18 - Cryosphere, dynamics of snow and ice cover, sea ice, permafrosts and ice sheets

Referenti: Andrea Spolaor, Tommaso Tesi

Contatto: info-paleoclimate AT isp.cnr.it

Sottotematiche

Carote di ghiaccio

Le carote di ghiaccio sono degli archivi ambientali utilizzati per ricostruire il clima passato. Un vantaggio delle carote di ghiaccio e quella di poter estrarre informazioni con alta risoluzione temporale, al punto tale che in alcuni casi è possibile descrivere anche le oscillazioni climatiche stagionali. Le carote di ghiaccio vengono prelevate sia da ghiacciai alpini che dalle calotte glaciali dove le temperature siano sufficientemente basse (inferiori ai 0°C) durante tutto l'anno permettono alle deposizioni nevose di essere preservate, accumularsi e creare una serie stratigrafica. Le carote di ghiaccio recuperate in Antartide e in Groenlandia, grazie al basso accumulo nevoso ed alle basse temperature, possono contenere informazioni climatiche degli ultimi 800000 e 125000 anni rispettivamente Tuttavia, importanti informazioni climatiche possono essere estratte anche dai ghiacciai non polari, come quelli delle regioni alpine, andine e dell'Himalaya. Tra le informazioni climatiche, le analisi delle carote di ghiaccio possono fornire informazioni sulle temperature del passato, sul vulcanismo, sull’intensità dei venti, sulle precipitazioni, sull'aridità, sull'attività solare, sui cambiamenti dei cicli biogeochimici e sulla composizione dell'atmosfera. In particolare, le carote di ghiaccio sono preziosi archivi paleoclimatici per la composizione atmosferica del passato. Il ghiaccio infatti è in grado di preservare i composti chimici e la loro abbondanza presenti in atmosfera e depositati tramite le deposizioni nevose nonché la concentrazione di gas che vengono intrappolati nelle bolle d’aria presenti nel ghiaccio stesso. Dalle carote di ghiaccio si possono inoltre studiare le proprietà fisiche degli strati di ghiaccio e della massa glaciale.

Carote di sedimento

I record sedimentari marini possono andare indietro nel tempo per milioni di anni, con una risoluzione che può variare da secoli a depositi stagionali e perciò costituiscono i più antichi archivi climatici disponibili. I sedimenti coprono tutte le latitudini, il che significa che possono fornire informazioni su diverse condizioni ambientali e, quindi, possono risolvere diversi aspetti del sistema climatico dall'Equatore alle regioni polari. I sedimenti lacustri sono complementari agli archivi marini in quanto forniscono informazioni sull'ambiente terrestre sebbene la loro estensione temporale sia solitamente molto più ristretta. Esiste un'ampia gamma di proxy che possono essere analizzati nei sedimenti per descrivere diverse variabili climatiche essenziali (ECV) durante diversi periodi della storia della Terra. Gli ECV più comuni studiati attraverso i sedimenti includono, tra gli altri, la temperatura dell'oceano superficiale e dell’atmosferica, la salinità, la distribuzione del ghiaccio marino e la dinamica della calotte glaciali, le precipitazioni sulla terraferma, il contenuto di ossigeno disciolto, la variazine del livello del mare, l'energia delle correnti oceaniche, il pH dell'oceano, la disponibilità di nutrienti e produttività primaria. Nel complesso, i proxy analizzati nei sedimenti possono essere raggruppati in tre categorie principali: parametri sedimentologici, geochimici ed ecologici. I proxy sedimentologici in genere forniscono informazioni sull'ambiente paleo-deposizionale che cambia in diverse condizioni climatiche. I proxy geochimici abbracciano un ampio numero di molecole organiche ed elementi inorganici, inclusi i loro isotopi, e riflettono una vasta gamma di processi biotici ed abiotici, tutti guidati dal clima. Infine, i proxy ecologici sono per lo più organismi fossili (es. diatomee, foraminiferi) la cui struttura comunitaria originaria varia in funzione delle condizioni paleoclimatiche.

Coralli

I coralli freddi (cold-water corals) vivono a grandi profondità (dalla zona intertidale a oltre 4000 m) in tutti i bacini oceanici e possono formare delle vere e proprie scogliere o crescere isolati come piccoli mound. I coralli freddi sono uno dei pochi organismi che riescono a calcificare in condizioni di sottosaturazione del carbonato di calcio, comuni alle profondità delle alte latitudini nelle acque dell'Oceano Meridionale (compresa l'Antartide) e del Nord Atlantico. Mostrano dei vantaggi unici rispetto ad altri archivi naturali comunemente utilizzati: 1) il loro scheletro carbonatico può essere datato radiometricamente utilizzando sia il metodo del radiocarbonio (14C) che gli isotopi dell’uranio e del torio (U/Th); quest'ultimo con una precisione di circa 1%, 2) incorporano elementi in traccia, isotopi stabili e radiogenici che riflettono la temperatura dell'acqua di mare, il contenuto di nutrienti, il pH e il carbonio inorganico disciolto, la ventilazione dell’oceano e la provenienza delle masse d'acqua e 3) le loro dimensioni relativamente grandi consentono di analizzare diversi proxy in un singolo esemplare. Inoltre, il loro lento tasso di crescita (~ 0,1 mm/anno) e la loro longevità (~ 100-200 anni) consentono di ricostruire la variabilità oceanica a scala sub-decadale a diverse profondità (acque intermedie e profonde) e per intervalli di tempo relativamente lunghi durante l'ultimo periodo glaciale, durante la deglaciazione e l’Olocene. I coralli freddi permettono quindi di ricostruire i principali parametri fisico-chimici delle diverse masse d’acqua dell’Oceano Atlantico e dell'Oceano Meridionale alle alte latitudini e rivelare aspetti critici del recente riscaldamento nell'Artico e nell'Antartide in relazione alle dinamiche climatiche (ad esempio la variabilità della Atlantic Meridional Overturning Circulation e della Corrente Circumpolare Antartica) e le principali modalità di variabilità atmosferica su scala multi-decadale.

Speleotemi

Gli speleotemi, e in particolare le stalagmiti, sono archivi molto utilizzati in quanto possono crescere ininterrottamente per migliaia di anni, resistere all'alterazione fisico-chimica, essere datati con precisione e fornire informazioni paleoambientali ad alta risoluzione. Gli ambienti carsici sono diffusi in tutto il mondo e a tutte le latitudini e possono dunque fornire record complementari ai sedimenti marini e alle carote di ghiaccio, a risoluzioni e scale temporali comparabili (> 500 kyr BP), e con la capacità di preservare molteplici proxy climatici per processi locali e regionali su scala da orbitale a stagionale. La composizione chimica degli speleotemi è determinats dalla composizione dell'acqua che percola nelle grotte, che a sua volta è influenzata dalla temperatura, dalle precipitazioni, dalla composizione della vegetazione e dai cambiamenti ambientali che si verificano all'esterno. Gli isotopi stabili di ossigeno e carbonio, insieme agli elementi in traccia, sono i principali traccianti chimici utilizzati da lungo tempo negli speleotemi per la ricostruzione dei cambiamenti a lungo termine e dei pattern delle oscillazioni climatiche periodiche e improvvise che influenzano la circolazione atmosferica e oceanica. Inoltre, un campo di ricerca di recente sviluppo sta mostrando il potenziale dei composti organici in tracce negli speleotemi per la ricostruzione ad alta risoluzione di eventi a scala locale/regionale, come la frequenza dei paleoincendi.

Geomorfologia glaciale

I ghiacciai rilasciano un vasto insieme di evidenze geomorfologiche in grado di mantenere la memoria delle passate glaciazioni e dei periodi climatici più freddi. In quanto tali, sono un utile proxy paleoclimatico di fasi fredde del passato quando le condizioni erano più favorevoli alla glaciazione. Ricostruire l'estensione dei paleo-ghiacciai consente calcoli sulla geometria dei ghiacciai del passato, sul volume del ghiaccio e quindi sul clima. Infatti, l'esistenza e le dimensioni dei ghiacciai è controllata, in primo luogo, dal clima, attraverso variazioni di temperatura e precipitazioni. Quando la geometria di un paleo-ghiacciaio viene ricostruita da evidenze geomorfologiche raccolte sul terreno, il rapporto tra l'area di accumulo del ghiacciaio e l'intera area del ghiacciaio, che è chiamato Accumulation Area Ratio (AAR) ed è piuttosto noto per diversi tipi di ghiacciai in tutto il mondo , consente di calcolare l'effettiva Equilibrium Line Altitude (effELA) di quel ghiacciaio. L'ELA unisce i punti su un ghiacciaio dove l'accumulo annuale bilancia esattamente l'ablazione annuale e quindi il settore del ghiacciaio dove il bilancio di massa annuale è uguale a zero. Da queste informazioni, utilizzando modelli empirici e gradienti altitudinali ambientali, è possibile inferire le condizioni climatiche che interessavano quel particolare ghiacciaio in equilibrio con il clima di quel tempo. L'ELA può essere modellata seguendo anche un approccio inverso basato sulle precipitazioni annuali e sulla temperatura estiva, considerando il ghiacciaio in uno stato stazionario durante la simulazione. L'ELA così calcolata è definita Environmental ELA (envELA) e rappresenta il limite inferiore climatico della glaciazione. Con questa informazione, le aree in cui l'envELA è inferiore alla topografia indicano condizioni che permetton l'esistenza di ghiacciai, supportando le prove geologiche e geomorfologiche raccolte sul terreno. Tale procedura è utile sia in chiave paleoclimatica sia per ipotizzare scenari futuri.

Area Tematica 4 - OSSERVAZIONE della TERRA e MODELLI

Le principali attività dell'area tematica Osservazione della Terra (OT) e modellistica degli ecosistemi polari sono: remote e proximal sensing, analisi spaziali, cartografie tematiche e organizzazione della conoscenza geografica ed ambientale. L’attività è incentrata su tre pilastri metodologici principali, e sulla loro integrazione: metodi osservativi da remoto e in loco, organizzazione delle informazioni a supporto della conoscenza, rappresentazione tramite modelli numerici e concettuali. L’investigazione scientifica ha per oggetto le risposte degli ecosistemi polari, anche attraverso il confronto con le diverse fasce climatiche, alle variazioni della temperatura dell'aria e del mare, i cambiamenti delle calotte polari, le variazioni del livello del mare e dell’estensione, persistenza e spessore del manto nevoso e dei ghiacci, l’evoluzione del permafrost, i processi di erosione ed accrescimento costieri, il rilascio e la segregazione di gas clima-alteranti ed i cicli biogeochimici, la biodiversità. Le metodologie osservative mirano a rilevare dinamiche ambientali e climatiche a differenti scale spaziali e temporali attraverso l’individuazione e lo studio di molteplici variabili essenziali e le loro interazioni sia biologiche che geofisiche, integrando le informazioni delle diverse piattaforme. Il confronto continuo consente di integrare i modelli spaziali ed ecologici con i dati osservativi.

L’area ha un gruppo dedicato all’organizzazione della conoscenza terminologica multilingue, thesauri e metadati a supporto della descrizione del dato e dell’informazione ambientale, con focus sugli ambienti polari. L’area tematica sviluppa, in accordo con i principi FAIR (Findable Accessible Interoperable Reusable), catene di dati e prodotti a sostegno dello studio di sistemi terrestri, acquatici e della criosfera e lo sviluppo di GIS interoperabili, cartografia tematica e servizi operativi. Nella foto a sinistra il Ghiacciaio Spegazzini (Parco Nazionale Los Glaciares, Santa Cruz, Argentina, Gennaio 2010), assieme ai ghiacciai Upsala e Perito Moreno, alimenta il Lago Argentino nel Parco Nazionale Los Glaciares. In questa foto è visibile la fronte del ghiacciaio di tipo calving, caratterizzata da abbondanti seracchi, che possono raggiungere 135 m di altezza.

Principali ERC panels:
• LS8 - Environmental Biology, Ecology and Evolution
• PE10 - Earth System Science
• SH7 - Human Mobility, Environment, and Space
• SH2 - Institutions, Values, Environment and Space

Referenti: Francesco De Biasio, Francesco Filiciotto, Emiliana Valentini, Matteo Zucchetta,

Contatto: info-observation AT isp.cnr.it

Sottotematiche

Atmosfera

Caratterizzazione della colonna atmosferica tramite tecniche di telerilevamento e studio dell’aerosol all’interfaccia con il suolo, utilizzo dei dati di OT e loro validazione con misure da terra. Chimica dell’atmosfera, microchimiche e microfisiche clima-alteranti (utilizzo di prodotti tematici di emissioni da incendi e di inquinamento atmosferico); fisica dell’atmosfera tramite misure puntuali presso osservatori permanenti in aree polari e di alta quota, sia fissi che mobili (navi); bioaerosol e sua composizione quali-quantitativa. Studio della struttura spaziale del vento sul mare a varie risoluzioni (da decine di km a 500 m) ottenuto attraverso rilevazioni di echi radar dalla superficie marina e immagini satellitari SAR (Synthetic Aperture Radar), integrate con tecniche di intelligenza artificiale in un confronto continuo con verità a terra e modellistica numerica.

Idrosfera

Gestione dati geospaziali per ambiti marino e marittimo, dinamica di ecosistemi marini nella zona delle Svalbard tramite analisi di prodotti tematici esistenti (es. Copernicus). Gestione del macrosito IT17 in Antartide nell’ambito della Rete Italiana per la Ricerca Ecologica di Lungo Termine (LTER-Italia). Caratterizzazione e descrizione del paesaggio acustico delle aree marine polari e delle medie latitudini, dati acustici da osservatori autonomi permanenti per la rilevazione delle componenti biologiche, antropiche e geofisiche. Analisi del rumore e valutazione delle dinamiche ecologiche dei mammiferi marini. Analisi di distribuzione e densità del traffico marittimo ed interazione con i grandi mammiferi. Traffico marittimo, rilevazione dei grandi mammiferi e correlazione con presenza del ghiaccio marino. Meteorologia costiera tramite dati satellitari SAR, vento da SAR e conseguente identificazione del ghiaccio, algoritmi di AI (filtri locali). Tecniche di rilevazione, tramite integrazione di sensori remoti e in loco, dei trend di variazione del livello del mare a scala regionale, e la loro connessione con i fenomeni di subsidenza. Osservazioni chimico-fisiche e biologiche mediante sensoristica e misure puntuali in ambienti limnologici in aree polari.

Figura 1: Spettrogramma dei suoni (serie di "click o "knocks") prodotti dal tricheco atlantico, Odobenus rosmarus, in immersione. Il grafico, prodotto in MATLAB(c) ha una risoluzione temporale di 0,003 s e una risoluzione di frequenza di 0,128 Hz. La registrazione acustica è stata eseguita da un underwater bottom recorder posizionato all’interno del Kongsfjorden – Isole Svalbard.
Ascolta:

Figura 2: Immagine acquisita dal sensore OLCI (Ocean and Land Colour Instrument) del satellite Sentinel 3A il 28 agosto 2021 visualizzata in RGB (bande 4, 6, 8, 9 e 14 combinate tramite Enhanced true color visualization. Si vede l'arcipelago delle isole Svalbard (79°N,17°E). Sono visibili diversi ghiacciai perenni che ricoprono quasi uniformemente le sommità delle isole dell'arcipelago. Formazioni nuvolose nascondono la vista del mare a nord e ad ovest dell'immagine. A Ny-Ålesund, sul margine nord occidentale dell'isola più grande dell'arcipelago, Spitsbergen, ha sede la stazione di ricerca multidisciplinare del CNR in Artico Dirigibile Italia.

Pedosfera

Risposte biologiche e geologiche dei suoli e delle coperture a vegetazione nella regione artica al riscaldamento globale; studio dei rapporti causa-effetto di processi di inverdimento e di scioglimento del permafrost e del ciclo del carbonio tramite dati OT, radiometrie di campo e modelli geospaziali. Studio delle dinamiche ecosistemiche delle regioni polari a diversa scala spaziale e temporale compresi gli ambienti estremi e la modellistica di ghiacciai alpini.

Figura 1 - Immagine acquisita dal satellite iperspettrale PRISMA il 7 Luglio 2020 visualizzata in RGB (VNIR) composto con le bande 42, 22 e 15. La zona di Barentsburg (Svalbard, 78.065041 ° N, 14.214635 ° E) è ripresa nel periodo estivo e si osserva la morfologia dei versanti inverditi dalla tundra artica. Il gradiente di colore da azzurro a bianco è correlato alla presenza di ghiaccio. I pennacchi in prossimità della costa sono sedimenti che raggiungono il mare attraverso la rete delle acque interne. © CNR-ISP; IUSS, Original PRISMA Product - © ASI - (2020).

Figura 2 - A sx: Immagine del sensore satellitare attivo Sentinel1, del 17 Aprile 2023 visualizzata in RGB (VV - VH – VV). Il delta dello Yukon in Alaska è innevato per cui si vedono bene i contrasti tra le diramazioni del delta ghiacciato (colore chiaro) e la presenza del ghiaccio marino (sfumature del viola e blu). A dx: Immagine del sensore satellitare passivo Sentinel2, del 9 giugno 2022 visualizzata in RGB composite = 9-3-2. Il delta dello Yukon è completamente inverdito dalla tundra artica (rosso) e si osserva il carattere di zona umida dell’area e l’apporto sedimentario marino costiero.

Criosfera

Monitoraggio delle caratteristiche delle coperture nevose, radiometria e misure di campo su ghiaccio e neve stagionale, tramite realizzazione di mappe tematiche sviluppate da dati satellitari e servizi operativi. Studio delle particelle assorbenti come black carbon e carbonio organico su coperture nevose, presenze algali in aree glaciali e processi all’interfaccia criosfera atmosfera. Analisi del paleoclima e dei processi ambientali tramite lunghe serie di dati puntuali. Calibrazione e validazione di dati OT.

Figura 1 - Estratto della Libreria Spettrale CNR ‘Sispec’ in cui si evidenzia il comportamento spettrale, rilevato in campo, di una superficie nevosa e le sue caratteristiche nivologiche (forma e dimensione dei grani).

Figura 2 - Immagine acquisita dal satellite iperspettrale PRISMA il 7 agosto 2020 visualizzata in pan RGB (VNIR) composto con le bande 30, 20 e 9. Si osserva l’estensione di una delle lingue glaciali site sulle coste a Nord della Groenlandia, (81°14'36.57"N,52°10'29.56"W), si notano inoltre frammenti di ghiaccio e le line di scorrimento. © CNR-ISP, Original PRISMA Product - © ASI - (2020).

Area Tematica 1 - CONTAMINANTI e ECOSISTEMI

Le attività di ricerca svolte nell’ambito dell’Area Tematica Contaminanti e Ecosistemi sono finalizzate allo studio delle sorgenti, dinamiche di trasporto, diffusione e destino di contaminanti normati ed emergenti, incluse le micro/nano plastiche e gli elementi in traccia, negli ecosistemi polari. Tali ecosistemi sono particolarmente sensibili alle perturbazioni esterne, quali le attività antropiche e il cambiamento climatico. Di fatto, le regioni polari costituiscono il serbatoio finale di molti inquinanti emessi alle medie latitudini e trasportati su scala regionale e globale (a lungo raggio) tramite la circolazione atmosferica, oceanica e gli animali migratori: tutti drivers influenzati dal cambiamento climatico in corso. Il riscaldamento globale ha favorito, inoltre, un crescente impatto antropico nelle aree polari a causa dello sviluppo di attività turistiche, di estrazione mineraria e del traffico marittimo con conseguente incremento dell’input locale di contaminazione, incluso l’inquinamento acustico.
Gli effetti diretti ed indiretti di questi cambiamenti combinati alle diverse dinamiche di contaminazione stanno causando la frammentazione e la distruzione degli habitat, l’alterazione delle reti trofiche acquatiche e terrestri, nonché perdita di diversità con ripercussioni anche sulle popolazioni artiche.
In tale contesto, la multidisciplinarietà delle competenze che convergono in questa Area Tematica costituisce un requisito indispensabile per la comprensione degli effetti dovuti all’impatto antropico e al cambiamento climatico negli ecosistemi polari seguendo un approccio One Health e mirando ad una gestione sostenibile di questi ambienti vulnerabili nel prossimo futuro.

Le principali linee di indagine si possono ricondurre ai seguenti ambiti: messa a punto e ottimizzazione di metodi analitici altamente sensibili per la rilevazione degli inquinanti nei comparti ambientali abiotici e biotici, comprensione dei processi di trasporto e distribuzione negli ecosistemi, valutazione delle interazioni con la sfera biologica e degli effetti ecologici, studio delle capacità degli ecosistemi di adattarsi e rispondere alla contaminazione.

Principali settori ERC:
• LS8 - Environmental Biology, Ecology and Evolution
• PE4 - Physical and Analytical Chemical Sciences
• PE10 - Earth System Science

Referenti: Elena Barbaro, Maria Papale, Luisa Patrolecco, Francesca Spataro

Contatti: info-impacts AT isp.cnr.it

Sottotematiche

Inquinanti emergenti e normati

Dallo sviluppo di metodi analitici allo studio dei processi ambientali

Nonostante l'isolamento geografico e la limitata presenza di insediamenti umani, le aree polari sono fortemente influenzate da fenomeni di trasporto a lunga distanza che portano alla dispersione in questi ambienti di inquinanti emessi nelle basse e medie latitudini, oltre che su scala locale. La ricerca scientifica ha permesso di raccogliere serie temporali di dati a lungo termine sulla presenza di metalli pesanti e contaminanti organici persistenti (POPs) in Artico; tuttavia, non esistono ancora programmi di monitoraggio sistematico di tali composti in Antartide.
Più recentemente, l’attenzione si è focalizzata su nuove classi di contaminanti, definiti emergenti, in quanto non ancora inclusi nelle attuali normative ed i cui effetti sugli organismi e sull’ambiente non sono del tutto noti. La determinazione della presenza di tali sostanze nell’ambiente e la valutazione dei loro effetti sugli ecosistemi costituisce un’importante sfida scientifica, considerando la continua produzione di nuovi formulati e le diverse proprietà chimico-fisiche che li caratterizzano. Poiché molti di essi sono molecole bioattive con possibili effetti dannosi sugli organismi e sull’ambiente anche a basse concentrazioni, lo sviluppo di adeguati programmi di monitoraggio risulta di cruciale importanza. Il Programma di Monitoraggio e Valutazione dell'Artico (AMAP) ha indicato che il rischio dovuto alla presenza di inquinanti chimici emergenti ma anche dei più studiati POPs e mercurio ai poli è ancora molto elevato. Pertanto, risulta di interesse prioritario approfondire lo stato di conoscenza di tale tematica nelle aree polari.
Le principali attività di ricerca riguardano:
• Ottimizzazione, standardizzazione di metodi analitici per l’analisi di inquinanti normati (es. IPA, PCB, PBDE, pesticidi organo-clorurati etc.), emergenti (es. residui farmaceutici, fragranze, composti perfluorurati, pesticidi di nuova generazione etc.) e loro metaboliti/prodotti di trasformazione. Analisi suspect screening (eseguita quando vi sono prove/informazioni che una data struttura potrebbe essere presente nei campioni) e non-target screening (analisi di tutte le componenti rilevate, quando non sono disponibili informazioni preliminari).
• Sviluppo di metodi di speciazione chimica per l’identificazione di specie biologicamente attive o di specie prodotte da reazioni fotochimiche.
• Monitoraggio in continuo e a lungo termine di contaminanti organici e inorganici trasportati dalle correnti atmosferiche e oceaniche tramite piattaforme permanenti.
• Studi di bioconcentrazione/biomagnificazione nella rete trofica (screening assessment); valutazione dei profili di suscettibilità agli antibiotici di ceppi batterici isolati da acqua/sedimento.
• Monitoraggio, in situ e in real-time di inquinanti organici e inorganici attraverso l’utilizzo di biosensori.
• Sviluppo e applicazione dell’analisi metabolomica in matrici ambientali per lo studio dei processi degradativi che determinano la produzione di metaboliti potenzialmente inquinanti; tale approccio permette di identificare la presenza di inquinanti non noti e di metterli in relazione con i processi biologici in atto nel sistema.
• Studi in scala di laboratorio (microcosmo e batch) per valutare i processi di degradazione (calcolo del DT50) biotica e abiotica (chimica e fisica), formazione di metaboliti e prodotti di trasformazione, e bioaccumulo in organismi target (specie vegetali ed animali).
• Ottimizzazione, standardizzazione e validazione di biotecnologie innovative per il bio-risanamento e la bio-mitigazione di matrici ambientali impattate da differenti tipologie di inquinanti (organici e inorganici) direttamente in situ.

Principali settori ERC:
• PE4_5 - Analytical chemistry
• PE4_7 - Chemical instrumentation
• PE4_9 - Method development in chemistry
• PE4_18 - Environment Chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution

Micro/Nano plastiche

Inquinamento da plastiche: distribuzione ed impatto sull'ambiente e sul biota

I polimeri plastici sono inquinanti ubiquitari, poiché sono stati osservati in diversi comparti ambientali e in vari taxa, e persistenti, perché possono frammentarsi in particelle sempre più piccole. Si parla infatti di macroplastiche (>20 cm), mesoplastiche (20 cm - 5 mm) microplastiche (5 mm -1 µm) e nanoplastiche (<1 µm). Le microplastiche sono state osservate negli oceani di tutto il mondo, ma anche nei suoli, nell’aria, negli organismi, dalle larve di insetti acquatici ai pesci, e anche in alcuni mammiferi marini. Particelle plastiche sono state osservate a qualsiasi latitudine, dall’equatore al Polo Nord e all’Antartide. I loro percorsi di trasporto possono essere influenzati dalla densità apparente e, soprattutto, dalle dimensioni dei polimeri. Particelle di dimensioni più piccole (<100 µm), denominate small microplastics, possono essere trasportate molto lontano dalla fonte di rilascio. Il tempo di permanenza in ambiente non solo ne condiziona le dimensioni, perché le particelle possono diventare sempre più piccole per effetto della fotodegradazione, dell’azione delle correnti marine e atmosferiche, ma anche la densità apparente, cosicché anche le particelle di polimeri a bassa densità possono affondare lungo la colonna d’acqua accumulandosi nei sedimenti. Poiché non esistono metodi standardizzati per l’analisi, sono necessari studi approfonditi per comprendere il destino ed i percorsi di queste particelle, che possono avere un ruolo pivotale anche nel cambiamento climatico. Infatti, le microplastiche possono fungere sia da nuclei di condensazione per le nubi sia da ice nucleating particles, con impatto sull’albedo e sulla radiazione solare e sullo scioglimento del ghiaccio. Le microplastiche e le nanoplastiche attraverso ingestione possono entrare nella rete trofica e raggiungere l’uomo. Piccoli invertebrati come anfipodi artici o bivalvi (es. mitili) possono ingerire le small microplastics, favorendone la potenziale biomagnificazione lungo la rete trofica, fino a rappresentare un rischio anche per la salute umana. Le small microplastics e le nanoplastiche possono anche essere inalate e, per le loro dimensioni, possono raggiungere organi come i polmoni o il cervello, causando stati infiammatori cronici. La tossicità delle micro e nanoplastiche può essere messa in relazione con la presenza di additivi plastici, quali plastificanti, vulcanizzanti, antiossidanti, ecc.; alcuni di questi composti possono subire leaching durante la rottura delle particelle ed essere rilasciati nell’ambiente. Inoltre, diversi inquinanti persistenti, emergenti e normati, possono essere adsorbiti su particelle plastiche, entrando nella rete trofica con più facilità attraverso la loro ingestione. Particolare interesse è rivolto anche al ruolo di micro- e nanoplastiche come potenziali vettori di comunità microbiche ad esse adese (plastisfera); batteri patogeni (es. vibrioni) e virus trasportati dalle particelle plastiche possono, una volta ingeriti, costituire un rischio per la salute animale. Inoltre, l'inquinamento da polimeri plastici può danneggiare il metabolismo delle comunità microbiche autoctone coinvolte nei cicli biogeochimici con impatti sulla funzionalità degli ecosistemi acquatici e/o terrestri.
Le attività di ricerca riguardano:
• Messa a punto di metodi di pretrattamento mild per l’estrazione simultanea di microplastiche, in particolare small microplastics, e additivi plastici da diverse matrici ambientali
• Messa a punto di metodi analitici (via Micro-FTIR e pirolisi-GC/MS)
• Simultanea quantificazione e caratterizzazione dei polimeri e degli additivi plastici (Micro-FTIR)
• Cross-validazione della caratterizzazione dei polimeri (pirolisi-GC/MS)
• Identificazione di bioindicatori
• Analisi quali- e quantitativa delle comunità batteriche associate a detriti plastici e del loro metabolismo in diverse matrici ambientali (acqua, sedimento, neve)
• Identificazione di biomarkers di stress

Principali settori ERC:
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology
• PE4_5 - Analytical Chemistry
• PE4_9 - Method development in chemistry
• PE4_17 - Characterization methods of materials
• PE4_18 - Environment Chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_4 - Terrestrial Ecology
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)

Fonti, Trasporto e dinamiche ambientali

I contaminanti possono essere trasportati nelle regioni polari dalle più basse latitudini attraverso correnti marine, atmosferiche e animali migratori. Sebbene esistano prove indiscutibili che il trasporto atmosferico a lungo raggio di contaminanti organici e metalli avvenga su scala globale, permangono delle incertezze sul meccanismo dettagliato e sull’estensione di questo fenomeno, nonché sulle proprietà chimico-fisiche degli aerosol che facilitano questo trasporto anche verso gli ambienti polari. Nel valutare il potenziale di trasporto di una sostanza a lunga distanza, la maggior parte degli organi preposti alla regolamentazione si basa attualmente sul monitoraggio dei dati da località remote. Questo metodo di valutazione ha delle limitazioni, in quanto la raccolta dei dati di monitoraggio tende ad essere a posteriori anziché a priori, rispetto alla sua immissione. Pertanto, è possibile che una sostanza abbia un effetto dannoso sull’ambiente prima che possa essere intrapresa qualsiasi azione per regolamentarla o vietarla. Pertanto, questa area tematica si focalizza sia sullo studio delle sorgenti che sui meccanismi di diffusione dei contaminanti, al fine di modellizzare e predire il trasporto a lunga distanza di sostanze esistenti e nuove ancor prima della loro fabbricazione e utilizzo.
Il riscaldamento globale sta influenzando tali processi, alterando così il trasporto a lungo raggio e la distribuzione ambientale dei contaminanti. L'aumento della fusione dei ghiacciai e dello scioglimento del permafrost sta rimobilizzando negli ecosistemi inquinanti precedentemente intrappolati nella criosfera, rendendo le aree polari non più solo un “serbatoio” ma anche una sorgente di inquinamento su scala locale. È stato infatti riscontrato un aumento di vecchi contaminanti (la cui produzione è stata vietata molti anni fa) in tali regioni. Inoltre, il cambiamento climatico ha favorito una maggior presenza umana in queste aree remote, con conseguente sviluppo di attività di pesca, turismo crocieristico, commerciali ed estrazione di risorse (petrolio, gas e minerali), e quindi una maggiore contaminazione su scala locale e regionale. Ulteriore preoccupazione, riguarda l’assenza di appropriate tecnologie di abbattimento disponibili negli impianti di trattamento delle acque. Infine, la presenza, persistenza e distribuzione dei contaminanti è fortemente influenzata dalle peculiari caratteristiche di tali regioni, quali estreme variazioni stagionali di luce, basse temperature, stagioni di crescita brevi e disponibilità limitata di nutrienti.
Le attività di ricerca riguardano:
• Studio delle sorgenti primarie e secondarie di contaminazione nonché dei processi di trasporto a medio e lungo raggio dei contaminanti principalmente mediante lo studio dell’aerosol atmosferico anche grazie all’ osservatorio atmosferico di Gruvebadet.
• Ricostruzione degli andamenti temporali a lungo termine e dell’impatto umano negli archivi ambientali e climatici, quali carote di ghiaccio, sedimento e permafrost.
• Studio dell’influenza della meteorologia locale nella distribuzione spaziale e nell’andamento temporale dei contaminanti, e di come tale effetto possa variare nel tempo.
• Studi in scala di laboratorio (microcosmo e batch) per valutare i processi di degradazione (calcolo del DT50) biotica e abiotica, simulando le reali condizioni ambientali (radiazione, temperatura, umidità, presenza/assenza di comunità microbiche autoctone).

Principali settori ERC:
• PE4_12 - Chemical reactions: mechanisms, dynamics, kinetics and catalytic reactions,
• PEA4_18 - Environment Chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_3 - Climatology and climate change
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry
• PE10_16 - Ozone, upper atmosphere, ionosphere
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution
• PE10_18 - Cryosphere, dynamics of snow and ice cover, sea ice, permafrosts and ice sheets
• PE10_21 - Earth system modelling and interactions

Inquinamento acustico

Rumore sottomarino e impatto sugli organismi polari

L’aumento del rumore acustico associato al traffico marittimo e all’utilizzo di sorgenti sonore ad alta intensità per l’esplorazione dei fondali rappresenta un elemento di notevole impatto sugli ecosistemi marini. L’incremento delle attività antropiche nelle aree Polari sta determinando un costante aumento dei livelli di rumore acustico diffuso introdotto in ambiente marino. Se è infatti noto che negli ultimi 60 anni, in alcuni oceani (ad esempio nel Pacifico), si è assistito ad un raddoppio dei livelli di rumore all’incirca ogni dieci anni, possiamo presumere che la crescita nei livelli di questo contaminante in ambiente sottomarino sia stata e sia notevolmente più rapida nelle aree Polari. Gli effetti dell’innalzamento del rumore diffuso sono ampiamente documentati per diverse specie terrestri e marine, dall’innalzamento dei livelli di stress, all’indebolimento fisiologico e alle difficoltà nella comunicazione acustica intra- e interspecifica, con conseguenti alterazioni nel dispendio energetico e abbassamento della risposta immunitaria. Simili effetti sono già stati osservati a tutti i livelli della rete trofica marina ed in particolare in numerose specie di mammiferi marini, di crostacei, molluschi e pesci. La valutazione degli effetti del rumore diffuso a breve e lungo termine a livello di popolazioni, di specie e di ecosistema resta tuttavia di complessa definizione, tenuto conto anche della difficoltà di valutare l’effetto cumulativo dell’esposizione al rumore, associato allo stato fisico, fisiologico e alla sensibilità del singolo individuo, e dell’assenza, per molte aree geografiche, di serie di dati storiche. In questo contesto, e grazie alla disponibilità di osservatori sottomarini e di infrastrutture di ricerca come SIOS in Artide e eLTER in Antartide, ISP sta lavorando per acquisire serie storiche di dati acustici sottomarini nelle aree Polari. I ricercatori coinvolti in questa Area Tematica sono impegnati nella raccolta e analisi di tali dati per caratterizzare le differenti componenti acustiche che insistono nelle aree oggetto di monitoraggio, per stabilire i livelli medi di rumore nei diversi siti di misura e per valutare l’impatto degli stessi sugli ecosistemi. In tale contesto, la raccolta di dati acustici ambientali avviene attraverso l’impiego di registratori autonomi sottomarini operativi fino a 1000 metri di profondità e con autonomia sino ad un anno in funzione del duty cycle adottato.
La raccolta e la successiva analisi dati mirano in particolare:
• allo studio del soundscape sottomarino per la caratterizzazione spazio-temporale delle componenti biologiche, geofisiche e antropiche e lo sviluppo di metodi automatici per l’identificazione delle diverse sorgenti acustiche nelle aree polari;
• alla definizione dei trend a lungo termine per la valutazione dei cambiamenti ambientali e delle forzanti antropiche;
• alla definizione degli effetti ecologici dell’inquinamento acustico sugli organismi marini ed in particolare la valutazione delle dinamiche di presenza/assenza e spostamento, abbondanza stagionale e comportamento acustico, stime di biodiversità acustica e dei relativi trend temporali in relazione alle diverse forzanti antropiche su popolazioni di mammiferi marini, teleostei e crostacei emettitori.
In aggiunta alla raccolta di dati in campo, vengono svolti studi in ambiente controllato per la definizione delle risposte fisiologiche e comportamentali di esemplari esposti al rumore a cui generalmente sono esposti in ambiente naturale al fine di comprendere e prevedere gli effetti a breve, medio e lungo termine dell’inquinamento acustico generato dalle attività umane.
Elemento fondamentale sia degli studi in campo che di quelli in ambiente controllato è lo sviluppo di strumenti di analisi e previsionali per la comprensione delle alterazioni e degli effetti osservabili a livello di popolazioni, specie ed ecosistema.

Principali settori ERC:
• LS4_8 - Impact of stress (including environmental stress) on physiology
• LS8_2 - Biodiversity
• LS8_5 - Biological aspects of environmental change, including climate change
• LS8_11 - Behavioural ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology

Risposte e adattamenti ecosistemici

In ogni ambiente ed in particolare nelle aree polari, gli ecosistemi tendono a mantenere degli specifici equilibri allo scopo di autoperpetuarsi nel tempo, tendendo sempre allo stato di climax. Questa condizione può venire meno o essere profondamente modificata a causa di perturbazioni negli stessi ecosistemi. Se a volte le perturbazioni possono essere anche benefiche (es. favorendo una maggiore biodiversità), quando si parla di immissioni di inquinanti la situazione muta notevolmente. In questo contesto, a valle e/o simultaneamente alle indagini ed agli obiettivi della sezione relativa agli inquinanti emergenti e normati e di quella relativa alle fonti, trasporto e dinamiche ambientali, si sviluppano le linee di ricerca che si occupano degli effetti che queste perturbazioni provocano all’interno degli ecosistemi.
Questo ambito si occupa di valutare il rischio ecologico e le risposte e/o gli adattamenti degli ecosistemi marini e terrestri polari e sub-polari che possono essere relazionati alla presenza di inquinanti emergenti o normati. Le indagini volgono allo studio della composizione e dell’attività metabolica delle comunità microbiche (tecniche di indagine colturali, microscopiche, biochimiche e molecolari etc.) nonché agli effetti sulla rete trofica dovuti alla presenza di inquinanti. Infine, uno sguardo è rivolto alla selezione di microrganismi che possano essere utilizzati per il biorisanamento e quindi alla decontaminazione degli ambienti (in collegamento con le Aree Tematiche Bioscienze e Cambiamenti dei sistemi polari).
Le attività di ricerca riguardano:
• Analisi della risposta delle comunità microbiche ai contaminanti in termini di abbondanza e diversità strutturale e funzionale; effetto dei contaminanti sui profili microbici di suscettibilità ai contaminanti.
• Ricerca di specifici geni appartenenti al mondo microbico, deputati alla resistenza agli inquinanti, in matrici abiotiche ed in specifici microrganismi.
• Studi in scala di laboratorio (microcosmo/mesocosmo, batch) per valutare gli effetti di contaminanti selezionati su singoli ceppi microbici e comunità microbiche autoctone (in termini di struttura, funzione, selezione di ARGs etc.) o organismi target (effetti ecotossicologici diretti e indiretti) rappresentativi del comparto acquatico (es. Vibrio fischeri) o terrestre (es. Eisenia fetida).
• Valutazione di rischio ecologico associato alla presenza di contaminanti e potenziale di bioaccumulo (bioconcentrazione / biomagnificazione) in ecosistemi acquatici e terrestri.
• Analisi del pattern metabolomico di organismi al fine di identificare la presenza di stress in relazione alla presenza di inquinanti o al cambiamento delle condizioni ambientali (temperatura, salinità, CO₂).

Principali settori ERC:
• LS8_1 - Ecosystem and community ecology, macroecology
• LS8_2 - Biodiversity
• LS8_5 - Biological aspects of environmental change, including climate change
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology
• LS9_12 - Ecotoxicology, biohazards and biosafety
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry

Newsletter N.7 Marzo/March 2023

• ISP-Newsletter n.7 Marzo/March 2023 - (Ita - Eng)

In questo numero: In primo piano: La perforazione profonda del ghiaccio dell’HOLTHEDALFONNA - Svalbard (Andrea Spolaor). Qui Dirigibile Italia: Sono arrivata da neofita…(Simonetta Montaguti), Al via la stagione 2023 (Mauro Mazzola). Ricerca in evidenza: La spedizione BioGeoAlbedo (Biagio Di Mauro e Giacomo Traversa), Il Programma TUNU – TEAM-Fish (Nicoletta Ademollo e Simonetta Corsolini). Il Commento: Convegno PRA - l’Artico attraverso la lente della ricerca scientifica (Jessica Marzaro). Cartoline dal campo. Cronache polari: Beyond EPICA - dal campo al web una perforazione lunga 808 metri (Chiara Venier, Clara Turetta e MST)
In this issue:

In this issue: Under the spotlight: The HOLTHEDALFONNA ice field deep drilling - Svalbard (Andrea Spolaor). News from Dirigibile Italia: I came as a neophyte …(Simonetta Montaguti), The 2023 season kicks off (Mauro Mazzola). Research Highlights: The expedition BioGeoAlbedo (Biagio Di Mauro and Giacomo Traversa), TUNU TEAM-Fish Program (Nicoletta Ademollo and Simonetta Corsolini). Comment: PRA meeting: the Arctic through the lens of scientific research (Jessica Marzaro). Postcards from the field. Polar chronicles: Beyond EPICA: from the field to the web, an 808-metre drill (Chiara Venier, Clara Turetta and MST)

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Area Tematica 5 - BIOSCIENZE

L’Area Tematica Bioscienze si occupa dello studio della biosfera in ambito polare a diversi livelli di complessità biologica, dalle molecole agli ecosistemi e fino ai biomi. In particolare, l’attenzione si concentra sulla descrizione e quantificazione della biodiversità degli organismi che abitano gli ambienti polari, allo scopo di valutarne la complessità a livello strutturale e funzionale. A questo proposito, vengono valutati scenari di shift di popolazioni, cambiamento della biodiversità e dei processi biogeochimici derivanti dal cambiamento climatico e dall’impatto antropico. L’interesse principale è focalizzato sulle interazioni tra aspetti biologici ed ecologici e i processi abiotici e, in particolare, sul ciclo del carbonio e i flussi di energia negli ecosistemi delle regioni polari. Ulteriori campi di indagine riguardano la ricerca di biomolecole di origine microbica, la capacità dei microrganismi polari di degradare contaminanti organici e gli aspetti astrobiologici legati alla vita in ambienti estremi.
I temi centrali delle ricerche svolte nell’ambito dell’Area Tematica Bioscienze sono (1) organizzazione strutturale e funzionale degli ecosistemi polari e dinamiche di popolazioni e comunità; (2) risposta di individui, popolazioni e comunità ad influenze esterne di origine climatica ed antropica (inclusi perdita e frammentazione di habitat, prelievo, estrazione, inquinamento, etc.); (3) risvolti biotecnologici derivanti dall’adattamento alle basse temperature e/o altri fattori fisico-chimici.
Gli obiettivi di ricerca includono:
• lo studio della diversità strutturale e funzionale e l'ecofisiologia degli organismi polari, per fare luce sui limiti dell’adattamento, anche in relazione al cambiamento climatico e all’impatto antropico;
• lo studio della biogeochimica e l'ecologia in habitat marini e terrestri ai Poli, inclusi i fattori ambientali che controllano le interazioni biologiche;
• la stima del potenziale biotecnologico di organismi adattati alla vita a bassa temperatura e/o altri fattori fisico-chimici;
• la comprensione del comportamento e dell’evoluzione degli ecosistemi polari, mediante analisi spazio-temporali dei processi ecologici;
• gestione e conservazione delle risorse marine polari (management);
• confronto fra trends osservati in aree polari e medie latitudini.

Principali settori ERC:
• LS8 - Environmental Biology, Ecology and Evolution
• LS9 - Biotechnology and Biosystems Engineering
• PE10 - Earth System Science

Referenti: Angelina Lo Giudice, Mario La Mesa, Cairns Warren Raymond Lee

Contatto: info-biosciences AT isp.cnr.it

Sottotematiche

Biodiversità e adattamento

Le comunità biologiche polari sono generalmente sottoposte all’influenza di diversi fattori concomitanti alla bassa temperatura, quali disidratazione, copertura di ghiaccio, scarsa disponibilità di nutrienti, esposizione a radiazioni solari nocive (ad esempio radiazioni UV-B), fotoperiodi estremamente variabili e, in casi specifici, elevate salinità e stress osmotico. La biodiversità garantisce il funzionamento di tutti gli ecosistemi, per cui studiare le proprietà e l’evoluzione temporale degli ecosistemi polari costituisce uno strumento di fondamentale importanza per migliorare le nostre conoscenze sullo stato attuale e per fare previsioni su scenari futuri, anche in relazione ai cambiamenti climatici. L’analisi e il monitoraggio della biodiversità delle comunità biologiche e delle loro dinamiche ecologiche costituiscono il punto focale di questa tematica di ricerca. Di particolare interesse è anche lo studio dei meccanismi di adattamento morfologico-funzionale adottati dagli organismi polari per la sopravvivenza in condizioni estreme. Sono inoltre considerati processi temporali e pattern spaziali di greening quale risposta all’approfondimento dello strato attivo del permafrost artico, anche attraverso tecnologie di remote sensing.
La crescente impronta antropica nelle regioni polari, già rese vulnerabili dai cambiamenti climatici in corso, può avere effetti negativi quali inquinamento, distruzione degli habitat, arrivo e proliferazione di specie invasive/aliene e sfruttamento eccessivo delle risorse. Lo studio dei livelli di contaminazione e del potenziale di bioaccumulo e biomagnificazione nella rete trofica permette di fornire informazioni integrate sull'ecosistema identificando gli hotspot in cui le specie possono essere più vulnerabili e sensibili anche alla variabilità climatica. Di interesse è anche lo studio dei processi di colonizzazione di polimeri plastici, con analisi strutturale e funzionale di biofilms microbici (plastisfera) e della loro risposta a forzanti antropiche/naturali.

Principali settori ERC:
• LS8_1 - Ecosystem and community ecology, macroecology
• LS8_2 - Biodiversity
• LS8_5 - Biological aspects of environmental change, including climate change
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology
• PE10-1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution

Biogeochimica

Le attività di ricerca riguardano lo studio dei processi biologici marini e terrestri che modulano e influenzano le caratteristiche chimiche dell’ambiente polare e i relativi cicli di materia ed energia, anche in relazione ai cambiamenti climatici. Particolare attenzione è rivolta alla valutazione del ruolo dei microorganismi nel ciclo globale del carbonio e nei cicli biogeochimici dei nutrienti (azoto, fosforo) di ambienti marini e limnologici (laghi e fiumi), attraverso lo studio dei processi sia produttivi che degradativi. Tra questi, le attività coinvolte nella produzione, decomposizione e mineralizzazione dei polimeri organici, attraverso stima dei tassi di attività microbica (enzimatica e respiratoria). Oltre che sulla comunità microbica in toto, analisi vengono condotte anche su ceppi batterici isolati da matrici ambientali o da microflora associata ad organismi al fine di caratterizzarne i profili biochimici e le potenzialità nei processi di decomposizione e mineralizzazione della materia organica. I dati ottenuti costituiscono uno strumento indispensabile per comprendere la risposta delle comunità microbiche alle variazioni ambientali e gli impatti potenziali sul funzionamento dell’ecosistema polare. I processi biogeochimici mediati dalla componente microbica sono oggetto di studio anche nell’ambito della criosfera per comprendere il significato ecologico dei microbi nella neve e nel permafrost, e la loro capacità di mantenere un metabolismo attivo in condizioni di vita estreme.

Principali settori ERC:
• LS8_10 - Ecology and evolution of species interactions
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry

Biotecnologie

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 lo sviluppo di nuove biotecnologie in grado di realizzare opere di bio-risanamento e bio-mitigazione di matrici ambientali impattate da differenti tipologie di inquinanti (organici e inorganici) direttamente in-situ, stimolando la comunità microbica indigena sia essa aerobica, microaerofila o anaerobica, includendo funghi e alghe, al fine di sviluppare nuove strategie di bioremediation (e.g. bioaugmentation, biostimulation, phytoremediation). Batteri psicrofili, come elemento biologico, vengono utilizzati per lo sviluppo di nuovi biosensori per il monitoraggio in real-time e funzionanti a basse temperature. I biosensori basati su cellule batteriche offrono il vantaggio di avere un’elevata specificità verso il substrato e un immediato meccanismo di risposta divenendo un valido sistema di early-warning sulla presenza (biodisponibilità) dell’inquinante e sul suo effetto sui sistemi viventi.

Principali settori ERC:
• LS9_4 - Microbial biotechnology and bioengineering
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution

Astrobiologia

Gli ambienti estremi possono essere sfruttati come analoghi terrestri per la ricerca di risposte legate all'origine, evoluzione e distribuzione delle forme viventi nell'universo. I loro parametri geologici ed ambientali non replicano del tutto, ma certamente mimano quelli riscontrati ad esempio su Marte e Venere, e le lune di Giove (ad esempio Europa) e Saturno (Titano ed Encelado). In questo contesto, allo scopo di stabilire se le condizioni fisico/chimiche di un determinato corpo celeste possano sostenere la vita come noi la conosciamo sulla Terra, alcuni habitat polari sono l’oggetto di indagini sull’abitabilità galattica. Recenti evidenze scientifiche hanno dimostrato, infatti, come i laghi iper-salati antartici, i laghi sub-glaciali ed anche i vulcani sub-glaciali presentano fortissime similitudini con possibili hot-spot di vita in contesti extraterrestri come i poli Marziani e le spesse coltri di ghiaccio ed i sottostanti oceani di Europa ed Encelado. Tali ambienti si prestano per testare metodologie, protocolli e tecnologie, atti sia alla ricerca di possibili tracce di vita in future missioni spaziali sia per stabilire i processi fisici e chimici o i meccanismi di sopravvivenza e adattamento degli organismi a queste condizioni estreme. Le informazioni ottenute tramite questi studi sono essenziali per migliorare la comprensione delle capacità metaboliche di organismi poli estremofili, in vista di un loro possibile utilizzo per il bioprospecting biotecnologico, e per ampliare le nostre conoscenze sui limiti ambientali ai quali la vita è stata in grado di adattarsi, sia nel presente sia nel passato geologico. Temi attuali di frontiera sono la produzione di cibo e/o di energia da parte di microorganismi. Questi studi nei prossimi decenni saranno la base per le prossime sfide di conquista di nuovi mondi.

Principali settori ERC:
•PE9_4 - Astrobiology

MIMIC

Title: Multidisciplinary Investigations on mount Melbourne volcano and its fumarolic Ice Caves
Acronym: MIMIC
Research Unit Leader ISP: Violetta La Cono
Leading Institution: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
Funding: Ministero Università e Ricerca - Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (MUR-PNRA)
Period of activity: 2020 - 2022

SAMOTRHACE

Title: SiciliAn Micro and NanO TecHnology Research and InnovAtion Center
Acronym: SAMOTHRACE
Research Unit Leader ISP: Mikhail Iakimov
Leading Institution: Institute for Microelectronics and Microsystems (CNR-IMM)
Funding: Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR)
Period of activity: 2022 - 2025

Siglato memorandum of understanding tra KOPRI e ISP

Un memorandum of understanding è stato siglato tra l'Istituto di Scienze Polari del CNR e l'Istituto Coreano di Ricerca Polare (KOPRI) il 15 novembre 2021. Il 20 febbraio 2023 i due direttori degli Istituti si sono finalmente incontrati al #ASSW2023, formalizzando con una stretta di mano una cooperazione che già da anni vedeva coinvolti i ricercatori di Italia e Corea.

A memorandum of understanding was signed between the Institute of Polar Sciences CNR-ISP and the Korea Polar Research Institute (KOPRI) on the 15th of November 2021. On the 20th of February 2023 the two directors finally met at #ASSW2023 in Vienna, sealing and renewing with a handshake a long established cooperation between Italy and Korea.

Attività del progetto LASAGNE In Edisto Inlet (Mare di Ross - Antartide)

20 Febbraio 2023

Si è appena conclusa l’attività del progetto Lasagne (Laminated sediments in the magnificent Edisto Inlet (Victoria Land): What processes control their deposition and preservation?) coordinato da Leonardo Langone di CNR-ISP in Edisto Inlet (Mare di Ross).
Il mooring MEI è stato recuperato, manutenzionato e rimesso a mare per un altro anno di misure. Nel corso della crociera oceanografica con N/R Laura Bassi sono state inoltre occupati 7 siti della baia dove sono stati effettuati campionamenti di acqua e sedimento superficiale. La baia è stata inoltre coperta da una fitta rete di stazioni CTD integrate con profili di velocità L-ADCP.

La nave ha infine acquisito dati di batimetria multifascio, Topas e vmADCP durante i transiti tra una stazione e l’altra. La campagna è stata un successo per l’enorme mole di dati acquisiti nonostante la nave abbia dovuto continuamente aprirsi un varco nel ghiaccio marino che ancora occupava la baia. (Foto: recupero della Rosette con sonda CTD - L. Langone)

SENTINEL

Title:The impact of sea ice diSappearance on highEr North aTlantic clImate and atmospheric bromiNe and mErcury cycLes
Acronym: SENTINEL
Principal Investigator ISP: Andrea Spolaor
Leading Institution: Institute of Polar Sciences (CNR-ISP)
Funding:Ministry for University and Research - Artic Research Program (MUR-PRA)
Period of activity: 2021 - 2024

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ELENO

Title: Habitat templatE, microbiaL signaturEs and icoNic life in a changing Arctic Ocean
Acronym: ELENO
Principal Investigator ISP:Maurizio Azzaro
Leading Institution:Institute of Polar Sciences (CNR-ISP)
Funding: Fondation PONANT within ARICE
Period of activity: 2023 - 2024

Brine ipersaline endoglaciali antartiche: un crioecosistema terrestre unico

7 Febbraio 2023

La diversità microbica accoppiata a quella geochimica ha rivelato un'unicità di habitat nelle brine endoglaciali del ghiacciao di Boulder Clay in Antartide. Si tratta di crioecosistemi considerati analoghi terrestri di quelli potenzialmente presenti su altri pianeti del nostro sistema solare. Le indagini svolte dal CNR-ISP di Messina (in collaborazione con le Università dell’Insubria capofila, Perugia, Venezia e Bolzano) nell'ambito del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA) suggeriscono una probabile origine antica delle brine, dovuta principalmente a una progressiva crioconcentrazione di acqua marina. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Scientific Reports.

Comunicato stampa CNR

Brine ipersaline endoglaciali antartiche: un crioecosistema terrestre unico

7 Febbraio 2023

Dal gelo antartico una recente scoperta di brine ipersaline endoglaciali rinforza l’interesse verso questi peculiari crioecosistemi, considerati analoghi terrestri di quelli potenzialmente presenti su altri pianeti del nostro sistema solare. I ricercatori della sede di Messina dell’Istituto di Scienze Polari (CNR-ISP) lavorano su questa tematica pionieristica dal 2013, in collaborazione con il team di ricerca del Prof. Mauro Guglielmin dell’Università dell’Insubria, ed il risultato delle indagini più recenti è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports. La ricerca è stata condotta non lontano dalla Stazione Mario Zucchelli, sul ghiacciaio di Boulder Clay, dall’ISP di Messina in collaborazione con le Università dell’Insubria, Perugia, Venezia e Bolzano, nell'ambito del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA). La diversità microbica accoppiata a quella geochimica ha rivelato un'unicità di habitat rispetto a tutte le altre brine ipersaline antartiche finora studiate ed ha suggerito una probabile origine antica dovuta principalmente a una progressiva crioconcentrazione di acqua marina. Comunicato stampa CNR

DOI: /10.1038/s41598-022-27219-2

Special Issue: Biogeochemical Cycles and Ecosystem Functioning in Extreme Marine Environments (deadline 31 July 2023)

A special issue of Journal of Marine Science and Engineering (ISSN 2077-1312). This special issue belongs to the section Marine Ecology.

This Special Issue is devoted to experimental studies and reviews, relating to any aspect of Biogeochemical Cycles and Ecosystem Functioning in Extreme Environments (e.g., polar regions, deep sea, Hydrothermal vents, Deep Hypersaline Anoxic Basins, etc) and aims to contribute to highlighting recent findings and acquiring a comprehensive perspective on the current status of this broad research field. All article types are welcome.

Deadline for manuscript submissions: 31 July 2023
Special Issue Editor: Maurizio Azzaro (CNR-ISP)

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EOSTerm - Earth Observation Systems Thesaurus

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Ministero dell'Universita e Ricerca
Programma Ricerche Artico
Programma Nazionale di Ricerca in Antartide

Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale
L'Italia e l’Artico
L’Italia e l’Antartide

   CNR-ISP
   Consiglio Nazionale delle Ricerche
   Istituto di Scienze Polari
   c/o Campus Scientifico - Università Ca' Foscari Venezia - Via Torino, 155 - 30172 VENEZIA MESTRE (VE)

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