08 Giu Grace
È l’acronimo di Gravity Recovery and Climate Experiment un progetto di monitoraggio satellitare delle anomalie gravitazionali del pianeta.
La Terra è un sistema dinamico composto dall’acqua di laghi, fiumi, delle falde sotterranee, da oceani, neve, ghiaccio, un nucleo diviso fra fase liquida e viscosa, un mantello esterno sollecitato meccanicamente da forze convettive provenienti dal nucleo e dai continui spostamenti delle placche tettoniche. L’analisi degli effetti locali sulla gravità terrestre di tutte queste componenti negli ultimi decenni è stata realizzata con satelliti specializzati.
Il progetto Grace è stato immaginato come una radicale evoluzione delle spedizioni satellitari del secolo scorso sulla gravità terrestre. Un lavoro del 1997 del National Research Council, ha posto le basi concettuali di questo nuovo modello di missione finalizzata allo scopo di ottenere dati con una precisione mai prima raggiunta dalle precedenti. La Nasa e il German Research Centre for Geosciences hanno provveduto al finanziamento, alla progettazione e alla gestione operativa di Grace.
Per raggiungere gli obbiettivi di questa missione, sono stati posti sulla stessa orbita due satelliti gemelli collocati a 220 chilometri di distanza e a 500 di altezza, una configurazione in grado di fornire ogni 30 giorni una copertura globale della superficie terrestre. I vari componenti del sistema operativo distribuiti fra lo spazio e le stazioni di controllo a terra erano connessi con sistemi laser e radar in grado di percepire differenze di livello fino ai dieci micrometri.
Il lancio dei satelliti è avvenuto nel 2002 e grazie ad un continuo aggiornamento dei sistemi di bordo, il progetto inaspettatamente è andato avanti fino al 2017, cinque anni oltre le previsioni. L’importanza delle osservazioni realizzate da Grace in molti settori scientifici connessi con la gravità terrestre e in particolare per l’idrologia è stata tale che è stato approntato e messo in orbita nel 2018 un secondo sistema di satelliti gemelli, il Grace-Fo, con aggiornamenti tecnologici diffusi in tutta l’architettura satellitare e dei sistemi di comunicazione. Attualmente sono ancora in orbita.
Già con i risultati dei primi anni di esercizio, la missione Grace è andata molto oltre agli obbiettivi di progetto. Sono state costruite mappe delle anomalie gravitazionali di varie località terrestri fino a mille volte più accurate delle precedenti, un sorprendente salto di qualità nella raccolta dei dati che si è trasferito positivamente sul lavoro di oceanografi, geodeti, glaciologi e geologi. Ma per l’eterogenesi dei fini, questa missione che era nata per indagare a largo raggio sulle principali cause delle anomalie gravitazionali terrestri, ha di fatto prodotto una eccezionale e non prevedibile accelerazione del lavoro degli idrologi che ha trasformato la loro professione. Da una quarantina di pubblicazioni scientifiche sul tema realizzate nel 2002 si è passati alle oltre duecentocinquanta annuali vent’anni dopo.
Una recente rassegna ha valutato dal punto di vista storico e scientifico il significato di questa spedizione. “La scienza del ciclo dell’acqua è oggi diventata possibile grazie alla missione satellitare Grace” è il commento di Matthew Rodell della NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland “I suoi risultati sulla valutazione delle attuali risorse idriche, in particolare delle acque di falda, sono diventati una “variabile essenziale” che deve essere inserita in tutti i modelli climatici più aggiornati”. Un passo in avanti epocale perché a cavallo dei due secoli la scienza dell’acqua era pericolosamente arretrata per un insieme di questioni tecnologiche, metodologiche e di approccio concettuale superato dai fatti.
“L’acqua è al centro di ogni disciplina della scienza della Terra poiché condiziona la formazione dei sistemi ecologici locali e continentali, la distribuzione della popolazione umana nei territori del pianeta ed è legata all’agricoltura e alla meteorologia” commenta Rodell “E’ quindi sorprendente che a fine secolo scorso non fosse disponibile nessun metodo per valutare scientificamente il ciclo dell’acqua sul pianeta, nemmeno a livello locale. La quantificazione e l’analisi di questo aspetto così cruciale, sarebbe rimasta nel limbo delle buone intenzioni e delle approssimazioni se non fossero intervenuti questi nuovi modelli di osservazione e di analisi dati introdotti dalla spedizione Grace”.
La missione ha prodotto un tale flusso di informazioni che ha dovuto essere ottimizzato per ottenere risultati fruibili dal punto di vista idrologico. La svolta è avvenuta nel 2009 con due pubblicazioni realizzate sulla valutazione delle riserve idriche sotterranee del nord dell’India. Ambedue descrivevano lo stato preoccupante delle riserve della falda acquifera che da decenni erano utilizzate per supportare l’agricoltura in quel clima semi arido. Una situazione già nota a livello locale, ma l’analisi quantitativa del fenomeno era al di là delle possibilità degli strumenti scientifici tradizionali disponibili in loco. È stata la svolta che ha validato i risultati innovativi di Grace e ha impresso un nuovo corso alla scienza dell’acqua.
Ci sono trentasette mega falde acquifere localizzate in varie aree del pianeta, secondo un censimento del Worldwide Hydrogeological Mapping and Assesment Program. Contengono miliardi di chilometri cubi di acqua dolce e sono una risorsa unica dell’umanità che va preservata. Condizionano l’economia, l’ecologia e i biomi dei territori in cui sono localizzate. “La gestione delle loro risorse richiede solide conoscenze idrogeologiche per analizzare i processi che mettono in moto queste mega falde e il complesso rapporto che sviluppano con l’ambiente circostante” commenta Jac van der Gun della International Groundwater Resources Consultant in Olanda, un top player dell’idrologia globale “L’acquisizione di dettagliate conoscenze di queste mega riserve idriche con il progetto Grace ha significato lo sviluppo di una migliore comprensione del loro ruolo nei processi climatici ed economici globali”
“Grazie ai dati collezionati in più di un decennio dalle spedizioni Grace e Grace Fo, finalmente ora disponiamo di una conoscenza più dettagliata delle maggiori falde acquifere del pianeta e dell’esaurimento in atto di alcune di loro” commenta Eileen Poeter della Colorado School of Mines, Colorado “Al contrario di altre missioni che contavano solo sulle immagini riprese al suolo, la missione Grace è stata in grado di misurare variazioni di gravità così ridotte che è stato possibile valutare anche i minimi cambiamenti delle masse d’acqua nelle falde acquifere, eventi troppo complessi da intercettare con i tradizionali strumenti di lavoro”.
Alexandra Richey dell’University of California, Irvine, California, è la prima firmataria di un’ampia ricerca su queste falde e sui problemi connessi con i loro potenziali stress da eccesso di consumo. “Nonostante l’evidente importanza che riveste la conoscenza dello ‘stato di salute’ di queste falde, all’inizio del secolo non disponevano di dati utilizzabili su queste trentasette realtà globali data la complessità dell’impresa e i costi connessi con il loro monitoraggio” commenta Richey “Con il progetto Grace siamo stati in grado di valutare con sufficiente precisione i prelievi idrici e le risposte delle falde a questi consumi. Abbiamo inoltre messo in relazione questi sistemi acquiferi con la densità di popolazione locale e con i biomi tipici del loro ecosistema per formulare previsioni attendibili a breve e a lungo termine sul loro futuro.”
Nel suo lavoro, Large Aquifer System Around the World, Jac van der Gun ci ricorda che “L’umanità dipende in modo determinante da questa risorsa. Mentre la popolazione globale sta rapidamente raggiungendo i dieci miliardi e le principali falde acquifere si stanno lentamente esaurendo, dobbiamo essere sempre più consapevoli come cittadini del mondo, della cruciale importanza che riveste l’acqua per la nostra sopravvivenza e per quella degli ecosistemi animali e vegetali del pianeta. Non sempre questo accade perché la percezione comune è che l’acqua sia una risorsa illimitata come l’aria, un punto di vista che va superato quanto prima possibile”.
