Perché l’acqua lungo le strade sta sciogliendo il permafrost?

Lungo la Gonghe‑Yushu Expressway, una delle arterie più importanti del Plateau Qinghai‑Xizang, il permafrost sta subendo un cambiamento rapido. Grazie a droni equipaggiati con fotocamere ad alta risoluzione e a radar a penetrazione del suolo (GPR), gli scienziati hanno mappato in 3 D le pozzanghere che si formano accanto alla carreggiata. I dati mostrano che un terzo dei 228 km di autostrada è coperto da acqua stagnante, soprattutto nei tratti pianeggianti o poco drenati. Da estate a inverno l’estensione delle zone allagate si riduce di quasi il 90 %, ma la presenza di acqua in estate è decisiva: le aree bagnate hanno un tasso di cedimento del manto stradale del 14,3 %, contro il 5,7 % delle zone asciutte. L’acqua, infatti, funge da “cuscinetto termico” che trasmette calore al permafrost sottostante, accelerandone lo scioglimento. Le indagini GPR hanno rivelato un abbassamento della superficie del permafrost e segni di erosione idrotermica del suolo. Questi risultati suggeriscono che, per mantenere la stabilità delle infrastrutture, è fondamentale monitorare costantemente l’accumulo d’acqua e adottare soluzioni di drenaggio più efficaci, soprattutto in un clima che si riscalda rapidamente.

L’integrazione di UAV e GPR rappresenta una svolta metodologica per lo studio dei processi permafrostici in ambienti di ingegneria civile. I modelli di nuvola di punti generati dai droni consentono una ricostruzione metrico‑spaziale della topografia con risoluzione centimetricamente fine, permettendo di identificare micro‑depressioni dove l’acqua si accumula. L’imaging termico a infrarossi, sincronizzato con le acquisizioni fotogrammetriche, fornisce mappe di temperatura superficiale che evidenziano le aree di riscaldamento anomalo. Parallelamente, il GPR, operante a frequenze tra 200 MHz e 500 MHz, penetra fino a 10 m di suolo ghiacciato, rivelando la posizione della frontiera permafrost‑active layer (PAL) e le variazioni di impedenza elettrica associate a cambiamenti di contenuto d’acqua e densità del suolo. L’analisi spettrale dei riflettori GPR ha mostrato una diminuzione dell’interfaccia permafrost‑soil di circa 0,6 m nelle zone allagate, indice di un abbassamento della zona di congelamento. Inoltre, la correlazione tra i dati termici e le misurazioni GPR ha permesso di quantificare il contributo termico dell’acqua stagnante: le zone bagnate mostrano un aumento medio di 2,3 °C rispetto alle aree asciutte durante il periodo di massima insolazione. Questo surplus termico, sebbene temporaneo, è sufficiente a spostare la linea di zero‑grado verso il basso, accelerando il processo di talik formation. Dal punto di vista ingegneristico, la perdita di coesione del suolo permafrostico comporta una riduzione della capacità portante dell’embankment, aumentando il rischio di cedimenti differenziali. Le simulazioni numeriche basate su modelli di trasferimento di calore a conduzione‑convezione, calibrate con i dati UAV‑GPR, prevedono che, se le condizioni di accumulo idrico persistono, la zona di instabilità potrebbe estendersi di oltre 15 % entro i prossimi 20 anni. Questi risultati supportano la necessità di interventi di drenaggio attivo, come trincee di scarico o sistemi di geotessili drenanti, e di monitoraggio continuo mediante piattaforme UAV autonome, per mitigare gli effetti idro‑termici sul permafrost e garantire la sicurezza delle infrastrutture stradali in regioni alpine vulnerabili al cambiamento climatico.