Set di dati futuri sulla distribuzione annuale globale del suolo gelato basati sul modello Frost Number con coefficiente Kappa

Perché il suolo gelato sotto i nostri piedi è importante

Ben al di sotto della neve e della tundra artica, e in quota nelle catene montuose dall'Himalaya alle Ande, esiste un terreno che rimane congelato anno dopo anno. Questo strato nascosto, chiamato suolo gelato, trattiene acqua, modella i paesaggi, sostiene edifici e strade e immagazzina enormi quantità di carbonio. Con il riscaldamento del pianeta, questo fondamento gelato sta iniziando a scongelarsi, con conseguenze per gli ecosistemi, le infrastrutture e il clima. Lo studio qui riassunto fornisce una delle previsioni più dettagliate finora su come cambierà il suolo gelato della Terra per il resto di questo secolo, offrendo a scienziati, pianificatori e comunità una visione più chiara di ciò che ci aspetta.

Uno sguardo più vicino al suolo gelato del mondo

Il suolo gelato non è tutto uguale. Alcuni terreni o rocce rimangono congelati in modo continuo per almeno due anni o più, mentre altre aree congelano e scongelano con le stagioni, e altre ancora congelano solo per brevi periodi. Insieme, queste forme di suolo gelato coprono attualmente una grande parte della superficie terrestre nell'emisfero settentrionale, inclusi Siberia, Alaska, Canada settentrionale, l'alta Pianura tibetana, le Alpi e parti delle Ande. Quando questo suolo gelato cambia, può interrompere le risorse idriche locali, destabilizzare versanti e costruzioni e liberare carbonio antico che può ulteriormente riscaldare il clima. Prevedere esattamente dove il suolo gelato persisterà o scomparirà è però difficile, perché dipende da dettagli sottili della temperatura durante tutto l'anno, non solo da quanto sono rigidi gli inverni.

Costruire un termometro migliore per il sottosuolo

Gli autori affrontano questa sfida perfezionando uno strumento relativamente semplice ma potente noto come modello Frost Number. Invece di simulare ogni processo fisico nel suolo, questo modello utilizza la durata e l'intensità con cui l'aria resta sotto o sopra lo zero termico ogni anno per stimare se il terreno sottostante rimane congelato. Un ingrediente chiave è una soglia numerica che decide quando un luogo viene considerato permanentemente, stagionalmente o solo brevemente gelato. Studi passati spesso sceglievano questa soglia in modo più o meno arbitrario, limitando l'accuratezza. In questo lavoro i ricercatori hanno testato sistematicamente molti possibili valori di soglia confrontandoli con mappe moderne e ad alta risoluzione del suolo gelato costruite a partire da satelliti, misure di campo e altri dati. Hanno utilizzato una misura statistica chiamata coefficiente Kappa per trovare le soglie che si adattavano meglio alla realtà, tarandole separatamente per le regioni ad alta latitudine e per le alte montagne, e per le tre principali categorie di suolo gelato.

Dai modelli climatici alle mappe dettagliate del futuro

Una volta identificate le soglie migliori, il team ha utilizzato proiezioni climatiche dalla più recente generazione di modelli globali (CMIP6). Piuttosto che impiegare l'output grezzo dei modelli, si sono basati su un dataset attentamente corretto e ridotto in scala che fornisce temperature dell'aria giornaliere su una griglia globale fine, con una risoluzione di circa un quarto di grado. Dal 1950 al 2099 hanno calcolato indici annuali di congelamento e disgelo in ogni cella della griglia, li hanno convertiti in un indicatore di gelo e poi hanno classificato ogni località come perennemente gelata, stagionalmente gelata, gelata in modo intermittente o non gelata. Hanno ripetuto questo processo per quattro diversi scenari futuri, che vanno da forti riduzioni delle emissioni e azione climatica a uno scenario ad alte emissioni con mitigazione limitata, creando un set completo di mappe globali annuali ora rese pubblicamente disponibili.

Cosa rivelano le mappe su un mondo che si riscalda

Il quadro risultante è netto. Qualunque sia il percorso futuro considerato, le aree sottostanti da suolo gelato di lunga durata si riducono sensibilmente nel corso del secolo, mentre si espandono le regioni che gelano solo stagionalmente o per brevi periodi. Entro la metà del secolo, si prevede che tra circa un quinto e quasi un terzo del terreno oggi a lungo gelato si scongelerà, a seconda dello scenario. Verso la fine del secolo le perdite aumentano ulteriormente: nello scenario a più alte emissioni scompare circa tre quinti del permafrost globale perennemente gelato. I cambiamenti più drammatici si verificano lungo i margini meridionali dell'attuale cintura di permafrost artico e nelle regioni montane elevate come la Pianura tibetana, dove gran parte del terreno a lunga durata gelata si trasforma in suolo solo stagionalmente gelato. Gli scenari a emissioni più basse mostrano comunque perdite sostanziali, ma il ritmo del ritiro è più lento e le aree gelate rimanenti sono più estese.

Usare le nuove mappe per prepararsi al cambiamento

Per assicurarsi che il loro approccio fosse attendibile, gli autori hanno confrontato le loro ricostruzioni storiche con diverse mappe indipendenti del suolo gelato per Russia, Canada e l'Artico più ampio, trovando forte accordo sia in termini di estensione che di pattern spaziali. Poiché il dataset risultante copre l'intero globo a risoluzione relativamente alta e si estende su 150 anni, può ora servire come riferimento comune per molti tipi di studi. Gli idrologi possono usarlo per esplorare come potrebbero cambiare i flussi fluviali e le acque sotterranee; gli ecologi possono esaminare come i pattern di congelamento–disgelo influenzano la vegetazione e la fauna; gli ingegneri possono identificare dove strade, condotte e edifici sono maggiormente a rischio; e gli scienziati del clima possono stimare meglio quanto carbonio potrebbe essere rilasciato dai suoli in scongelamento. Per i non specialisti, il messaggio principale è chiaro: il suolo gelato non è una curiosità lontana sotto la tundra polare. È un fondamento fragile e sensibile al clima del nostro pianeta che sta già cambiando, e le nostre scelte sulle emissioni future influenzeranno fortemente quanto di esso riusciremo a conservare.

Citazione: Pan, X., Li, H. & Nie, X. Future global annual frozen ground distribution datasets based on Frost Number Model with Kappa coefficient. Sci Data 13, 561 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06918-9

Parole chiave: permafrost, suolo gelato, cambiamento climatico, riscaldamento dell'Artico, Pianura tibetana