I ricercatori hanno dimostrato che il rimescolamento verticale non è l’unica forza trainante del rinnovamento invernale dell’acqua in profondità. Anche le forti correnti provenienti dal bacino del Petit Lac e dalla costa del Grand Lac svolgono un ruolo cruciale.
Il rimescolamento verticale profondo nei cosiddetti laghi temperati avviene in inverno, quando le acque superficiali si raffreddano a causa dell’abbassamento delle temperature. Queste acque diventano dense e fredde e si muovono verticalmente verso il basso, mescolandosi con le acque più profonde e trasportando ossigeno e nutrienti. Questo rimescolamento delle acque è essenziale per il mantenimento degli ecosistemi lacustri. Nel Lago di Ginevra, le acque superficiali ben ossigenate non raggiungono generalmente il fondo del lago, dove l’acqua può essere completamente priva di ossigeno. Tuttavia, durante gli inverni eccezionalmente freddi, si verifica un processo di miscelazione verticale su larga scala, noto come miscelazione completa, caratterizzato da una temperatura uniforme dalla superficie al fondo. Questo processo era tradizionalmente considerato l’unico modo per garantire il rinnovamento delle acque profonde.
A causa del riscaldamento globale, la miscelazione verticale completa sta diventando sempre più rara. "Le temperature sono in costante aumento dal 2012 e i livelli di ossigeno sul fondo del lago di Ginevra sono diminuiti del 90% in 10 anni", spiega Naifu Peng, ricercatore del Laboratorio di tecnologia ecologica (ECOL) dell’EPFL. Specializzato in modelli di simulazione, Naifu Peng concentra la sua ricerca sulle conseguenze del cambiamento climatico. Il suo ultimo studio, condotto insieme ai colleghi dell’ECOL e pubblicato sulla rivista Water Resources Research, ha analizzato i meccanismi specifici coinvolti nel rinnovamento invernale delle acque profonde del Lago di Ginevra.
Idrodinamica invernale
Secondo la Commissione internazionale per la protezione delle acque del lago di Ginevra (CIPEL), l’ultimo rimescolamento completo si è verificato nel lago di Ginevra durante il freddissimo inverno del 2012. Il team dell’EPFL ha condotto un’indagine approfondita su questo caso specifico, studiando i meccanismi fondamentali alla base di questa miscelazione completa. I ricercatori hanno scoperto che il rinnovamento delle acque profonde non era dovuto solo al mescolamento verticale, ma anche a processi di mescolamento tridimensionali molto più complessi. Il Lago di Ginevra è composto da due bacini, il Grand Lac (309 m di profondità, 85 km3) a est, e il Petit Lac (75 m di profondità, 4 km3) a ovest, più piccolo e meno profondo, che si capovolge ogni anno. Questa particolare forma, formata da due bacini, è propria del Grand Lac ed è responsabile del rinnovamento degli strati più profondi.
Gli scienziati dell’ECOL hanno condotto osservazioni sul campo e modelli numerici per studiare in dettaglio l’idrodinamica dell’intero Lago di Ginevra durante l’inverno 2012. Il loro approccio combinato ha rivelato i limiti del mescolamento verticale nel rinnovamento delle acque profonde del Grande Lago. "Analizzando la temperatura dell’acqua e la concentrazione di ossigeno, abbiamo scoperto che alla fine di quell’anno non si è verificata una miscelazione completa dovuta al mescolamento verticale", spiega Naifu Peng. "Grazie al nostro modello digitale ad alta risoluzione, abbiamo una migliore comprensione di come questo processo si sia svolto in tutto il lago. In particolare, l’acqua proveniente lateralmente dal bacino del Petit Lac e dalle zone litoranee poco profonde del Grand Lac ha rinnovato gli strati più profondi del lago". L’acqua delle zone poco profonde del lago si raffredda più rapidamente e provoca correnti laterali legate alla densità dell’acqua, che permettono il rinnovo dell’acqua negli strati più profondi del Grand Lac. "In questo modo, il raffreddamento della superficie durante l’inverno porta a flussi alimentati da gradienti di densità sia verticali che orizzontali: è così che nel 2012 si è potuto verificare il completo rimescolamento".
Con il riscaldamento globale, il rimescolamento verticale in profondità nel Lago di Ginevra si verificherà solo durante occasionali inverni molto freddi. Ma i processi di rimescolamento laterale continueranno a contribuire al rinnovamento degli strati più profondi del lago. "Il lago di Ginevra non è l’unico a presentare questa struttura a due bacini; lo stesso tipo di rimescolamento invernale potrebbe quindi verificarsi in altri laghi temperati simili."
Riferimenti
N. Peng, U. Lemmin, F. Mettra, R. S. Reiss e D. A. Barry, "Deepwater Renewal in a Large, Deep Lake (Lake Geneva): Identifying and Quantifying Winter Cooling Processes Using Heat Budget Decomposition", Water Resources Research, aprile 2024.
