Indice dei Progetti

Il progetto Melting-ICE si propone di indagare l'accoppiamento tra il rilascio di carbonio organico e nutrienti dal permafrost e i cambiamenti nella diversità e nel funzionamento della comunità microbica nel permafrost, valutando la relazione pre e post scioglimento stagionale. A tal fine sono previste due campagne di campionamento in Artico a fine inverno e durante l’estate. I campioni saranno prelevati lungo un transetto localizzato tra il sito di monitoraggio permanente per lo studio del permafrost Bayelva e la costa del fiordo, incluse alcune stazioni a mare. Questo approccio consentirà di prelevare e analizzare campioni di natura diversa (ghiaccio, fluidi, suolo/sedimenti e gas) prima e dopo i processi di scongelamento e ottenere informazioni relative a: i) l’effetto del carbonio organico e dei nutrienti rilasciati durante il processo di scongelamento del permafrost sulle comunità microbiche; ii) la quantità di carbonio organico e nutrienti che passa dall’ambiente terrestre all’ambiente marino durante questi processi; iii) l’efficienza del trasferimento e dell’utilizzo della materia organica da parte di organismi appartenenti a livelli trofici superiori; iv) la quantità di composti volatili (anidride carbonica e metano) rilasciati in atmosfera in seguito all’utilizzo di composti organici da parte delle comunità microbiche. Il progetto prevede l’integrazione di tecniche analitiche geochimiche, sia relative ai gas rilasciati che ai nutrienti e agli elementi in tracce oltre ad analisi microbiologiche. Questo approccio consentirà di ottenere informazioni relative alla qualità e quantità di materia organica, elementi in tracce e metalli, e alla diversità microbica tassonomica e funzionale presente in ogni campione analizzato, e al potenziale contributo microbico al flusso di gas serra dal permafrost. Inoltre, campioni di suolo e sedimento selezionati saranno sottoposti ad esperimenti di incubazione in situ in microcosmi per valutare la quantità di gas rilasciati in atmosfera e la variazione della popolazione procariotica durante lo scioglimento. I risultati ottenuti permetteranno di valutare il contributo microbico al trasferimento di carbonio dal permafrost all’atmosfera e al comparto marino.

Il progetto PNA-IRIDYA include attività di acquisizione, analisi dei dati e loro integrazione per fornire gli elementi su cui basare modelli numerici. L’attività di acquisizione dati è avvenuta durante l’agosto 2021 nel corso della campagna oceanografica svoltasi nell’Artico a bordo della Nave Polare Laura Bassi. Durante la campagna sono stati acquisiti nuovi dati acustici di batimetria attraverso multibeam e profili di sub-bottom. L’attività di acquisizione sismica prevista dal progetto non ha ricevuto il permesso a procedere dalle autorità norvegesi. Parte di tale acquisizione è stata tuttavia portata avanti dai partner norvegesi (gruppo CAGE dell’Università di Tromsø) che forniranno i dati al PI di IRIDYA. La nuova acquisizione del record geologico include carote di sedimento ottenute con carotiere a pistone e multi-corer che sono state prelevate in 3 siti principali con lunghezze di 5– 8 m. I dati geofisici (sismica e acustica) verranno processati presso OGS per la realizzazione di carte batimetriche e profili sismici e acustici per la caratterizzazione dell’architettura di deposizione del margine occidentale delle Svalbard. Le carote di sedimento verranno analizzate con metodi di analisi continua e su campioni individuali per la caratterizzazione e ricostruzione paleo-ambientale e paleo- climatica del registro sedimentario. L’integrazione dei dati verrà fatta a tre livelli: integrazione degli indicatori misurati sulle carote di sedimento per una ricostruzione armonica dei processi di cambiamento paleo-oceanografico/paleo-climatico; inter-correlazione dei dati geofisici e geologici fornendo un quadro dinamico delle interazioni tra la calotta delle Svalbard-Barents Sea e l’oceano durante gli ultimi 60-mila anni; confronto tra il registro ottenuto dalle carote di ghiaccio e le carote marine per definire l'entità delle oscillazioni paleoclimatiche sui transetti terra-mare (tempi di reazione tra superficie terrestre e il sistema ghiaccio-oceano). Il “numerical modeling” permetterà di ricostruire le modalità di ritiro glaciale tenendo presente le informazioni dirette ottenute dal record geologico e dalle evidenze geofisiche.

Il progetto ICEtoFLUX si propone di studiare e quantificare in ambiente artico le dinamiche idrologiche e i loro effetti di carattere fisico, chimico e biologico. Il progetto si focalizza sul bacino del fiume Bayelva (Ny-Ålesund, Svalbard), a partire dai suoi ghiacciai, Austre- e Vestre- broggerbreen, nella parte alta, passando per il sistema proglaciale, fino al Kongsfjorden in cui il fiume sfocia influenzando le acque e le correnti del fiordo coi flussi di acque di fusione associati al trasporto di materiale sia solido che in soluzione. Grazie agli strumenti e le competenze multidisciplinari del partenariato (IGG e ISP per il CNR, Politecnico di Torino e Università di Bari), sono previste attività a carattere idrologico-idrogeologico, geofisico, geochimico, chimico-ambientale, microbiologico e di modellistica numerica, rivolte allo studio delle principali componenti del ciclo idrologico per quantificare i processi idrologici artici ed i relativi trasporti abiotici e biotici. La parte sperimentale avrà inizio nel 2022 con la stagione della fusione e sarà in buona parte ripetuta nella stagione della fusione del 2023. La parte di modellistica definirà le relazioni tra le variabili meteorologiche (acquisite da strumentazione di monitoraggio già presente) ed i parametri di quantità e qualità delle acque misurati in questo progetto, nell’ottica di fornire indicazioni previsionali sull’evoluzione del sistema in studio. I dati delle attività sperimentali e di modellistica permetteranno di incrementare le conoscenze sui cambiamenti che riguardano l’idrosfera delle Regioni Polari e gli impatti sulla qualità e quantità delle risorse idriche. I risultati di ICEtoFLUX saranno inoltre rilevanti e relazionati per/a numerosi progetti, gruppi e piattaforme internazionali, tra cui SIOS, NySMAC, Kongsfjorden System Flagship, ecc.

La comprensione dei cambiamenti climatici repentini del passato (ACC) nell'Artico è fondamentale per la comprensione dei cambiamenti climatici in atto e dei loro sviluppi futuri. I processi che stanno alla base di queste rapide variazioni climatiche, tuttavia, non sono stati ancora pienamente compresi. Le carote di ghiaccio della Groenlandia archiviano importanti informazioni paleoclimatiche che possono essere estrapolate attraverso indicatori di varia tipologia. È possibile così ricostruire nel dettaglio l'estensione del ghiaccio marino nel passato, la circolazione atmosferica, l'aridità continentale nonché l'accumulo di neve fino a scale temporali sub-stagionali. In questo progetto, l'anatomia degli ACC sarà decifrata con un dettaglio temporale senza precedenti, ponendo particolare attenzione al ruolo dei segnali climatici legati alle polveri minerali trasportate in atmosfera. La chiave per sfruttare appieno questo archivio unico è l’elevatissima risoluzione temporale delle misure, che permetterà di ottenere informazioni con un livello di dettaglio non accessibile fino ad oggi. Grazie a una nuova combinazione di tecniche e all’altissima risoluzione delle misure, il progetto permetterà di progredire nella comprensione e nell’interpretazione delle impronte geochimiche e glaciochimiche archiviate nelle carote di ghiaccio portando alla creazione nuovi indicatori paleoclimatici che potranno essere impiegati anche in futuri progetti di ricerca su carote di ghiaccio.

Il progetto Small MICROplastics bioindicaToRs in the changing ArctiC EnviRonment (MICROTRACER) coinvolge 4 Unità Operative (CNR-ISP Messina e Venezia, ENEA-Laboratorio di Biodiversità e Servizi Ecosistemici- Centro Ricerche Casaccia-Roma; Univ. Sapienza (Roma)-Dip. di Biologia e Biotecnologie; Univ. di Padova.-Dip. di Chimica). L'Oceano Artico sta subendo diverse trasformazioni in relazione al cambiamento climatico globale. Anche in questo ecosistema recenti studi hanno documentato la presenza di plastiche riferibili alla frazione di taglia < 5mm (microplastiche) ma non dei frammenti di taglia < 100 µm (Small Microplastics, SMP) o nanoplastiche (NP) su cui permangono a tutt'oggi gaps conoscitivi. Gli SMP/NP trasportati dall'aerosol marino possono depositarsi nel ghiaccio terrestre ed essere rilasciati nelle acque interne con lo scioglimento dei ghiacciai. Per effetto dell'innalzamento della temperatura e dell'aumento delle attività antropiche nelle regioni artiche, le particelle plastiche possono essere veicolate attraverso la circolazione oceanica e attività di navigazione e pesca, con implicazioni sul biota sulla salute umana e su aspetti socioeconomici legati allo sfruttamento delle risorse marine in queste aree. Le prime analisi condotte durante precedenti studi su esemplari di anfipodi raccolti a Ny Alesund hanno confermato la presenza di SMP. Tuttavia, la minaccia rappresentata da SMP/NP per il biota polare e per la salute umana in aree artiche non è stata ancora completamente compresa e ci si aspetta che la presenza ed il potenziale impatto di queste componenti possa subire variazioni significative per effetto dei cambiamenti climatici. Il progetto MICROTRACER si propone di: 1) determinare la distribuzione di frammenti plastici di piccola taglia (<100 μm) definiti come Small Microplastics (SMP) nella regione delle isole Svalbard; 2) valutare il potenziale ruolo di queste particelle come vettori di inquinanti e batteri. 3) identificare specie bioindicatrici di SMP/NP e potenziali markers di stress.

The snow dynamics detection is a complex task that requires to build a multisource observation infrastructure. The aim of this proposal is to consolidate the already running multi-sensor platform in the Svalbard Archipelago by assimilating the available capabilities into a multi-sensor data infrastructure. Derived products, focused on the spatial distribution and on the spectral properties of the snow cover, will be co-designed to maximize the integration with remote Arctic observing systems

The shrinkage of the Arctic Sea ice cover and glaciers mass, the changes in oceanic circulation and atmospheric transport due to the phenomena of the Arctic amplification can enhance the spread and deposition of particle-bound pollutants, from aerosol to snow/ice to their further release in the marine environment. TRANSFER aims to improve our knowledge on the short and long-term effects of the Arctic amplification on the pollutant dynamics in the Svalbard environment, through an integrated approach.

We propose to integrate the existing field instrumentation of the projects CZO@Bayelva and TMPT@CNR_NYA in Ny Ålesund (NO) to fill the knowledge gap on the properties and drivers of winter CO2 fluxes in the High Arctic. The work will be done in the framework of the international T-MOSAiC program. We shall install new fixed devices for winter monitoring of soil, snow, CO2 fluxes and microbiological activity in the Bayelva basin, developing data services and data-driven and process-based models.

How the Arctic Carbon Cycle will change in a warming scenario holds the attention of the entire international community. Sea ice loss, permafrost thaw and ocean acidification are some examples of the expected perturbations. To support the community working on the Arctic Carbon complexity, we initiated the open CASCADE digital infrastructure which enables pan-Arctic biogeochemical analyses, supports ecology studies and facilitates a wide array of models. This proposal promotes the next phase of the CASCADE by reinforcing its pan-Arctic dimension and reducing the current gaps.

L'esperimento ALPACA (ALaskan Pollution And Chemical Analysis), coordinato dall'Università dell'Alaska in Fairbanks, è il primo grande esperimento internazionale sulla qualità dell'aria nelle città artiche. La campagna sperimentale, che ha avuto luogo tra gennaio e febbraio 2022 a Fairbanks, ha cercato di delineare le cause degli eventi critici di inquinamento da particolato atmosferico (PM) delle città artiche nei periodi di alta pressione durante i mesi invernali. Sono state considerate le possibili sorgenti da combustione (dal riscaldamento domestico alle centrali termiche) e le variabili meteorologiche tipiche dei mesi freddi alle alte latitudini. Sono state inoltre caratterizzate le deposizioni nevose. Infine, il progetto ha coinvolto associazioni di cittadini interessate al miglioramento della qualità dell'aria a Fairbanks, nonché enti regolatori e di monitoraggio (EPA).

Could dust contribute to cause the observed abrupt changes in the Arctic? ICED EARTH aims to put the bases to tackle this question through simulations with a global Earth System Model of high complexity (IPSLCM6). Dust-cryosphere processes are only just starting to be fully implemented in global ESMs, often in a fragmented way. In ICED EARTH, deposition of mineral dust and carbonaceous aerosols will be coherently coupled to snow albedo on land. Simulations will be tested against available observations.

The Higher North Atlantic (HNA), Svalbard and Greenland east coastal regions are experiencing rapid climate change with sustained temperature increases and loss of sea ice. This disappearance of old ice is cited as one of the causes of the recent exceptional warming of the Arctic HNA[1], together with increasing inflow into the Fram Strait of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC)[2]. Changes in the extension and type of sea ice have a direct impact on heat transfer and on Arctic biological and biogeochemical cycles. Sea ice is a physical barrier to heat and water vapor exchange, also influencing water stable isotopes in precipitation. Sea ice is also involved in the oxidative capacity of the Arctic atmosphere, injecting in spring enormous amounts of Br radicals through bromine explosions that then directly affect the atmospheric cycle of mercury and contribute to ozone depletion at many Arctic sites. How recent sea ice loss has impacted these Arctic chemical processes is not properly understood. The aims of this project are to use: water stable isotopes as a fingerprint of air mass sources, climate model simulations and atmospheric re-analysis to evaluate the climate impact of sea ice disappearance on two Arctic basins, namely the Barents Sea and the Fram Strait regions, and to evaluate how bromine sea ice chemistry effects atmospheric mercury deposition rates and atmospheric ozone lifetimes in Svalbard and the east Greenland region.

The Arctic is experiencing the most dramatic impact of t he present climate change, amplifying and driving changes elsewhere in the Earth system. This “Arctic Amplification” is due to peculiar feedbacks between climate forcings and environmental responses, especially involving large changes in surface albedo, over land, sea and long-range transport patterns of air pollutants. A detailed knowledge of the atmospheric processes at different scales can help to define the main causes of “Arctic Amplification”. In this scenario, vertical structure of the Arctic Boundary Layer (ABL) is a key element that can influence aerosol size distribution, chemical composition and its Svalbard is Norway’s northernmost region, and the archipelago is one of the northernmost land-areas in the world. In this archipelago is Ny-Ålesund, a small research town hosting several national and international institutions and their long-term research programmes and projects. This site is a perfect opportunity to investigate ABL thanks to the availability of these three essential facilities in the same place: Gruvebadet (GVB) atmospheric observatory, Zeppelin (ZEP) station and Amundsen-Nobile Climate Change Tower (CCT).
GVB (78.918°N, 11.895°E; 61 m above sea level) is located 800 m south-west of the Ny-Ålesund and it is managed by ISP-CNR. It is an atmospheric laboratory dedicated to the chemical and physical monitoring of atmospheric aerosol begun in 2010 and is still ongoing; the sampling was normally performed from March to October for each year, but since winter 2018/2019, all-year-round samplings have started. Moreover, several campaigns were performed using a tethered balloon equipped also with an optical particle counter (OPC) and meteorological sensors to investigate size-segregated particle samples at ground level and in the free atmosphere and to provide aerosol profiles in and above the boundary layer.
The ZEP observatory (78.908°N, 11.881°E; 474 m above sea level) is located at the top of the Zeppelin mountain, about 3 km from the coast of the fjord and 1 km from GVB. It is owned and managed by the Norwegian Polar Institute and is part of the Global Atmospheric Watch network. Compared to stations closer to sea level, the ZEP station is less affected by local anthropogenic aerosol and pollution sources and by local air flow phenomena such as katabatic winds.
The CCT was installed at the end of 2009 about 2 km west of Ny-Ålesund on the southern coast of Kongsfjorden. The tower is 34-m high and the main sensors are sonic anemometers and low-frequency thermo-hygrometers and anemometers. CCT was conceived to provide a scientific platform for atmospheric monitoring activities in an orographically complex area, to complement other researches, and to host new experiments and instruments devoted to the study of the ABL dynamics, in different atmospheric conditions.
Aerosol plays a relevant role on climate by scattering and absorbing the solar radiation and by influencing cloud formation (i.e. cloud condensation nuclei). Aerosol particles are transported from the middle latitude influencing the composition of Arctic atmosphere, with consequent effects on cloud formation, albedo or sea ice. Several aspects remain poorly known, representing the challenge of the recent aerosol research. For example, organic compounds have notable consequences for atmospheric chemistry and cloud formation, but limited information about the sources of key compound classes such as sugars were produced. On the other hand, the positive forcing of black carbon (BC) is well known because it enhances light absorption processes in the atmosphere, especially in the Arctic, and after its deposition over the glaciers, where triggers and accelerates melting processes. However, the dynamics of BC entertainment in the ABL are still a poorly understood process and may have a wide variability depending on local conditions.
The key challenge of BETHA-NyÅ is to set up an inter-comparison aerosols measurement experiment between GVB and ZEP stations to understand the ABL dynamic effects on the aerosol composition in the Arctic region. The composition data obtained at the two stations will be integrated with meteorological information obtained at CCT and through radiosondes. The sampling alignment in a long-term scenario will be crucial to obtain statistical significant conclusions about the impact of ABL on the atmospheric composition in the Arctic.

The project aims at quantifying the impact of precipitation on the surface distribution of ice and snow and on the surface radiation budget. The goal will be achieved by means of an integrated approach based on ground-based, in situ, and satellite-based measurements in combination with a regional climate model. Observations will be used also to improve model representations of key physical processes. Field activities will take place at the Thule High Arctic Atmospheric Observatory, Greenland.

L'ultima deglaciazione è una fase di riscaldamento che segue l'ultimo massimo glaciale (21k fa). I modelli suggeriscono che, durante questa transizione, la fusione del permafrost ha esercitato un feedback positivo sul cambiamento climatico rilasciando CO2/CH4 in atmosfera. Processi e tempi di rilascio del carbonio rimangono  tuttavia ancora poco chiari. PAST-HEAT esaminerà il comportamento del permafrost durante l'ultima deglaciazione per migliorare la nostra comprensione sul ciclo del carbonio post-glaciale e chiarire come i suoli artici risponderanno ai cambiamenti climatici in un futuro scenario di amplificazione polare.