Attività di ricerca

Le attività di ricerca dell'ISP si svolgono, anche se non esclusivamente, in Antartide e in Artico dove neve e ghiaccio sono l'aspetto dominante del paesaggio. Queste regioni, più di altre, risentono dei cambiamenti climatici in atto: conoscere al meglio la storia del nostro pianeta al fine di comprendere come le attività umane, dalle origini delle prime civiltà fino ai giorni nostri, abbiano influenzato gli ecosistemi, interagendo e modificando anche i delicati equilibri che governano il sistema climatico terrestre, è la sfida che abbiamo di fronte. La storia racchiusa e conservata nel ghiaccio e, andando ancora più indietro nel tempo, nei sedimenti, anche in tempi precedenti alla comparsa dell'uomo, è un tema importante affrontato dai ricercatori dell'ISP.


Testimoni, spesso muti, di questi cambiamenti sono anche le comunità biologiche polari: su di loro l'impatto antropico può essere devastante. Diventa fondamentale migliorare le nostre conoscenze sul loro stato attuale per poterne comprendere l'evoluzione anche in vista di future missioni di ricerca nello spazio. Infatti, alcuni habitat polari rappresentano un importante laboratorio terrestre per studi astrobiologici. Tutte queste attività, e molte altre, vengono approfondite nelle aree tematiche che caratterizzano l'istituto.

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.

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.

Area Tematica 3 - CAMBIAMENTI dei SISTEMI POLARI


Il sistema Terra è altamente interconnesso. Le attività di ricerca dell'area tematica sono finalizzate ad approfondire la conoscenza dei processi e delle interazioni tra le diverse componenti del sistema climatico e a valutarne le risposte ai cambiamenti globali. Una comprensione più solida ed olistica del sistema polare è necessaria per orientare le future decisioni di politica climatica.
Lo studio delle caratteristiche dell'atmosfera polare è fondamentale per poter studiare i cicli biogeochimici di specie chimiche naturali, i processi di trasporto a lunga distanza degli inquinanti e dei composti clima-alteranti e i meccanismi di feedback innescati dal riscaldamento atmosferico e dall'interazione dell'atmosfera con la criosfera e gli oceani.
La criosfera costituisce una porzione alquanto fragile del sistema Terra, resa ancora più vulnerabile dai cambiamenti climatici. Lo studio di neve e ghiaccio, della loro composizione chimica, della loro estensione reale, nonché dei principali parametri fisici, dell'evoluzione del permafrost e l'impatto che la crescente degradazione ha su atmosfera, biosfera e idrosfera sia a livello regionale che globale viene portato avanti con attività di ricerca multidisciplinari ed interconnesse.


L'idrosfera è in gran parte costituita dagli oceani che influenzano il sistema Terra in tutte le aree, immagazzinando e ridistribuendo acqua dolce, calore, gas clima-alteranti e altre sostanze particolate e disciolte. Le ricerche oceanografiche supportano previsioni più accurate sugli impatti globali grazie allo studio delle proprietà chimico-fisiche dei mari e degli oceani, dei loro movimenti, degli scambi energetici con l'atmosfera, degli organismi che vi vivono e la struttura geologica dei bacini oceanici. Gli ambienti limnologici polari sono studiati sia per essere sentinelle per i cambiamenti climatici sia per lo studio delle risposte delle loro corte reti trofiche ai cambiamenti stessi, incluse le perturbazioni antropiche.
Gli ecosistemi polari sono un'importante riserva di risorse naturali e possono in parte mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici da cui sono minacciati oggigiorno. Lo studio della biodiversità e della resilienza ai cambiamenti globali con un approccio ecosistemico, che integri l'influenza dei fattori ambientali, le relazioni interspecifiche a livello di comunità e gli aspetti socio-economici è una sfida per una gestione efficace e sostenibile delle risorse naturali.

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.