FAQ: Influenza del permafrost sulle frane ¶

I cambiamenti nel permafrost alpino sono per lo più nascosti, ma hanno conseguenze sempre più significative per le regioni montane. La diminuzione della stabilità dei pendii di permafrost si ripercuote sulle infrastrutture di alta montagna e porta a un aumento dei rischi naturali come la caduta di massi e le colate detritiche. Qui riassumiamo alcune informazioni di base sul permafrost nelle Alpi svizzere e sul suo potenziale ruolo nei principali fenomeni di instabilità delle rocce. Risposte alle domande più importanti.

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Cos'è il permafrost e dove si trova nelle Alpi svizzere?

Il permafrost è costituito da terreni, rocce e sedimenti in cui la temperatura non supera mai gli zero gradi Celsius per almeno due anni (in genere per periodi molto più lunghi).Nelle Alpi svizzere, il permafrost si trova nelle aree detritiche al di sopra di circa 2200 metri sul livello del mare e nelle pareti rocciose al di sopra di circa 3000 metri sul livello del mare. Sul versante in ombra, il limite del permafrost è di qualche centinaio di metri più basso rispetto ai versanti meridionali soleggiati. Si estende fino a diverse decine di metri di profondità, e fino a diverse centinaia di metri sulle cime più alte.In Svizzera, il permafrost è presente su circa il 3% della superficie del Paese.Le temperature medie annue misurate del permafrost variano da meno dieci gradi Celsius nelle località più alte esposte a nord a pochi gradi sotto lo zero vicino al confine del permafrost. La maggior parte del permafrost nelle Alpi svizzere è caldo, cioè la sua temperatura è solo di uno o due gradi al di sotto del punto di fusione.Una semplice panoramica della distribuzione del permafrost può essere ottenuta utilizzando la mappa del permafrost dell'SLF (PGIM) su maps.wsl.ch. Nelle fessure e nei pori microscopicamente piccoli (cavità) della roccia permafrost si trova ghiaccio che può avere migliaia di anni.Questo ghiaccio può diventare visibile dopo una caduta di massi nella zona di frattura, ma spesso le piccole quantità sono appena riconoscibili.

Come è cambiato il permafrost in Svizzera negli ultimi decenni?

Le misurazioni a lungo termine mostrano che le temperature del permafrost in Svizzera e nel mondo sono aumentate in modo significativo negli ultimi decenni.
In Svizzera, i dati di misurazione risalgono al 1988 e il monitoraggio del permafrost è coordinato da 25 anni dalla rete svizzera di monitoraggio del permafrost PERMOS. Le ultime valutazioni mostrano cambiamenti nelle temperature del suolo nella regione del permafrost nell'ultimo decennio 2015-2024 a una profondità compresa tra -0,1 e +1,1 gradi Celsius.I cambiamenti maggiori si osservano nelle località fredde e ad alta quota e nelle aree rocciose.A differenza dei ghiaioni, il permafrost roccioso contiene poco ghiaccio e può quindi riscaldarsi più rapidamente.A venti metri di profondità, il riscaldamento è solo della metà.A profondità ancora maggiori, di cinquanta metri e oltre, il riscaldamento è ancora modesto, poiché i cambiamenti in prossimità della superficie degli ultimi decenni raggiungono questa profondità solo con un lungo ritardo. Una panoramica dei cambiamenti nella distribuzione del permafrost negli ultimi venti metri circa del suolo dagli anni Ottanta è mostrata anche su maps.wsl.ch.

Quali sono i fattori che determinano una frana?

Una frana è generalmente definita come un volume molto grande, pari o superiore a un milione di metri cubi.
La possibilità di una frana dipende dall'effetto combinato di tre fattori:
1. la topografia: il pendio è sufficientemente ripido? 
2. l'orientamento delle zone deboli del pendio: in quale direzione corrono le fessure o gli strati rocciosi?
3. le proprietà materiali della montagna: quanto sono grandi la resistenza e le forze di attrito all'interno di una massa rocciosa?
Se la combinazione di tutti e tre i fattori rende possibile una frana in linea di principio, le sollecitazioni nel pendio dovute alla gravità porteranno all'affaticamento della roccia nel corso di migliaia di anni e a un certo punto si verificherà una frana.Altri fattori esterni possono accelerare questo processo di affaticamento e influenzare la tempistica di una frana.

Quali sono i fattori di influenza esterni? 

I fattori di influenza esterni sono numerosi.
A seconda della situazione iniziale, la loro influenza sullo sviluppo dell'instabilità della roccia può variare notevolmente. Di seguito ne riportiamo una selezione incompleta:
- Erosione del ghiacciaio (ripidimento del pendio nel corso di migliaia di anni) 
- Apporto di acqua nel pendio (aumento della pressione e della temperatura, indebolimento di alcuni tipi di roccia a causa della saturazione per decenni).
- Ritiro del ghiacciaio (rilievo e cambiamenti nella pressione dell'acqua nel corso di decenni) 
- Permafrost (riscaldamento e perdita di ghiaccio, vedi sezione seguente)
- Effetti termomeccanici (variazioni stagionali delle sollecitazioni nell'arco di migliaia di anni)
- Terremoti (destabilizzazione dinamica in pochi secondi)
- Processi chimici (erosione dovuta a reazioni chimiche nella roccia).

Che influenza ha il permafrost sulla stabilità dei pendii rocciosi ripidi?

I cambiamenti nel permafrost possono influenzare sia gli smottamenti vicini alla superficie, come la caduta di rocce o massi, sia i movimenti di pendio in profondità, superiori a un milione di metri cubi, che possono portare a frane.
Qui ci concentriamo sull'influenza del permafrost sulle frane.
Il ghiaccio del permafrost influenza l'idrologia dei pendii montani. La roccia nel permafrost freddo è difficilmente permeabile all'acqua, poiché il ghiaccio sigilla le fessure. Se il ghiaccio nel sottosuolo si riscalda o si scongela lentamente, l'acqua può penetrare nelle fessure e provocare una contropressione. Questo aumenta le tensioni nel pendio e accelera la fatica della roccia. Questo processo è stato osservato durante la frana del Pizzo Cengalo, vicino a Bondo, nell'agosto 2017, e attualmente sta giocando un ruolo importante anche nel caso della Spitze Stei, sopra Kandersteg. Anche alcuni tipi di roccia perdono notevolmente forza quando si saturano d'acqua. Questi effetti variano notevolmente a seconda del tipo di roccia, della frattura e della situazione idrologica. Anche il ghiaccio del permafrost presente nei crepacci e nei pori microscopici della roccia può influenzare i movimenti dei pendii. Il ghiaccio è un materiale plastico, simile all'argilla da modellare.
La resistenza del ghiaccio diminuisce con l'aumentare della temperatura. Inoltre, la resistenza del ghiaccio dipende dalla velocità con cui viene deformato. Più il ghiaccio viene caricato velocemente, maggiore è la sua resistenza. Se viene caricato molto lentamente, non offre alcuna resistenza. Il ghiaccio del permafrost può quindi limitare la velocità di deformazione di un'instabilità del pendio esistente e ritardarne il crollo di anni o addirittura decenni. 
Anche l'entità di questo effetto ritardante varia notevolmente da caso a caso. Sul Pizzo Cengalo, ad esempio, le strutture rocciose intatte sono state sfondate in numero sempre maggiore. Rispetto alla loro resistenza, la forza del ghiaccio è poco significativa (in questo caso era rilevante la già citata crescente permeabilità all'acqua). Sulla Spitze Stei, sopra Kandersteg, si tratta di un processo di scivolamento instabile su una superficie di scorrimento con velocità di deformazione molto più elevate. La resistenza del ghiaccio può fare la differenza. I dati di monitoraggio indicano che il ghiaccio limita la velocità di deformazione e ritarda la caduta. Questo effetto ritardante diminuisce con il riscaldamento o lo scioglimento del permafrost.

Quali fattori possono aver giocato un ruolo nella frana di Blatten?

Nel caso del Kleiner Nesthorn sopra Blatten, la struttura rocciosa era soggetta a caduta.
Millenni di erosione da parte dei ghiacciai hanno fatto sì che il pendio diventasse più ripido di quanto la struttura rocciosa avrebbe consentito a lungo termine. L'area del crollo si trova nella zona del permafrost. Le misurazioni effettuate in siti simili e la mappa informativa sul permafrost dell'SLF (PGIM) indicano temperature del permafrost comprese tra meno tre e meno due gradi Celsius e uno spessore di oltre cento metri nell'area della demolizione. La rottura è avvenuta a grande profondità e il permafrost in quest'area è influenzato da cambiamenti a lungo termine e non dalle condizioni meteorologiche delle ultime settimane o mesi. Come ovunque nelle Alpi svizzere o nelle montagne europee, anche sul Kleiner Nesthorn il permafrost si è riscaldato negli ultimi decenni. È quindi possibile che la perdita di ghiaccio e l'aumento delle infiltrazioni d'acqua abbiano provocato pressioni dinamiche e sollecitazioni aggiuntive nel pendio. Questo potrebbe a sua volta aver accelerato il crollo. Indagini più dettagliate sulla struttura rocciosa, sulle condizioni del permafrost e sul processo di destabilizzazione seguiranno ora e potranno fornire indizi sull'influenza che i cambiamenti nel permafrost hanno avuto sulla destabilizzazione e sul suo andamento nel caso del Kleiner Nesthorn.

• Caduta massi, frane e simili: FAQ e dossier
• Gruppo di ricerca sul permafrost

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