Scienze della terra

Le carote di ghiaccio sono uno degli strumenti più utili nella ricostruzione delle variazioni climatiche del passato. In questo studio i principi della Geochimica Isotopica sono stati applicati alla carota di ghiaccio di TALDICE (159°11'E 72°49'S, quota 2315 m s.l.m., temperatura media annua superficiale -41°C, tasso di accumulo 80 mm we yr-1, lunghezza della carota 1620 m) raccolta nell’ambito del progetto internazionale TALDICE (TALos Dome ICE core project). Il lavoro scientifico sviluppato in questa tesi è stato portato a termine nell’ambito del progetto HOLOCLIP (www.holoclip.org) volto all’integrazione dei proxy climatici ottenuti dalle carote di ghiaccio e di sedimento marino dell’Antartide con i dati della modellistica (modello climatico di complessità intermedia LOVECLIM) relativi al presente interglaciale, l’Olocene. Lo scopo di questa tesi è di ricostruire, con un’alta risoluzione temporale (decennale), la variabilità climatica nel sito di Talos Dome per l’intero Olocene (circa gli ultimi 12.000 anni), attraverso l’analisi degli isotopi stabili dell’ossigeno (δ18O) sui campioni di dettaglio (10 cm) dei primi 690 metri di questa carota. Sulla base della scala dell’età messa a punto da Severi et al. (2012), ottenuta sincronizzando il segnale dei solfati vulcanici di TALDICE con quello di EDC, questo passo di campionamento corrisponde ad una risoluzione temporale media relativa all’Olocene di 1.8 anni. Il trend a lungo termine ottenuto dal profilo del δ18O di TALDICE, mostra degli andamenti in comune con quelli già osservati in altre carote di ghiaccio provenienti dal plateau dell’Antartide orientale ossia un optimum, all’inizio dell’Olocene tra circa 11.6 e 9.2 ka BP, un minimo centrato intorno agli 8 ka e un optimum secondario intorno ai 2 ka. Applicando uno smoothing binomiale a 500 anni sul record isotopico e sottraendo il trend a lungo termine sono stati identificati 12 sub-eventi caldi significativi, intervallati da altrettanti sub-eventi freddi occorsi durante l’Olocene, corrispondenti ad una variazione di temperatura di circa 0.8°C. Le fasi corrispondenti a trends di raffreddamento corrispondono ad una diminuzione della frequenza, dell’ampiezza e della durata dei sub-eventi significativi. La wavelet analysis effettuata sul profilo delle anomalie isotopiche permette di individuare due periodi, prima e dopo i 6.5-6.8 ka BP, caratterizzati da diverse frequenze predominanti. Questa transizione delle periodicità avviene subito dopo il completamento dell’apertura del Mare di Ross (Baroni and Hall, 2004; Baroni et al., 2005) ed è visibile anche dai risultati della wavelet analysis effettuata sui record delle polveri e sul record isotopico della carota di ghiaccio di Taylor Dome. L’analisi della variabilità (deviazione standard mobile di 3000 anni) applicata su TALDICE, Taylor Dome, EDC e EDML mostra una somiglianza della distribuzione della variabilità climatica nei siti più costieri rispetto quelli più interni (EDC), probabilmente associabile a processi legati alla variazione del ghiaccio marino. Dall’osservazione dei principali trend di temperatura ricavati sia dalle carote di ghiaccio antartiche che da carote di sedimento marino dell’emisfero meridionale per i periodi 10-8, 4-6, 6-4, 4-1 ka BP si evidenzia un generale trend di raffreddamento alle alte latitudini dell’emisfero meridionale durante l’Olocene. Nelle carote di ghiaccio antartiche questo trend di raffreddamento non è presente in maniera omogenea in tutti i record isotopici: in alcuni casi si verifica una situazione di relativa stabilità (EDC), in altri un trend di leggero riscaldamento (TALDICE) e in altri ancora un trend di raffreddamento (Vostok). Dal record composito riferito agli ultimi 2000 anni, prodotto per l’Antartide Orientale nell’ambito di questo lavoro di tesi, risulta che nel periodo che va dal 400 al 900 CE (Common Era) c’è una prevalenza di anomalie positive (calde) mentre nel periodo successivo, che va dal 1300 CE al 1800 CE, c’è una prevalenza di anomalie negative (fredde), superiori in numero, durata ed intensità rispetto alle prime. Nel corso degli ultimi 2000 anni si osserva un debole trend di raffreddamento di -0.1‰/1ka ossia di -0.2°C/1ka in accordo con i risultati del recente lavoro pubblicato nell’ambito del programma PAGES 2k che evidenzia un trend di diminuzione della temperature a scala globale nel corso degli ultimi 2000 anni fino al periodo pre-industriale.

Il clima e le sue variazioni sono argomenti di rilevante interesse scientifico e di grande attualità. L’Antartide, coperta per la quasi totalità da ghiacci, esposta all’impatto dei cambiamenti climatici, ma priva di fonti d’inquinamento antropico, conserva pressoché inalterate le informazioni climatiche ed ambientali del passato, rivelandosi così un insostituibile laboratorio naturale al servizio degli studiosi. Dalla calotta antartica si ricavano quindi carote di ghiaccio in cui sono archiviate le informazioni climatiche degli ultimi 800.000 anni. Tuttavia, è necessaria una maggior conoscenza del continente (circolazione atmosferica e oceanica, interazione tra i venti e la topografia) per aumentare la rappresentatività dei dati ottenuti da una singola perforazione. A causa della complessità del sistema glaciale dell’Antartide, non è stato sino ad ora possibile stabilire se la massa d’acqua (neve e ghiaccio) accumulatasi in un anno venga restituita al mare completamente o solo in parte, oppure se giunga in mare una quantità d’acqua superiore a quella ricevuta. Ogni disequilibrio, anche se modesto, del bilancio di massa dell’Antartide potrà avere un impatto sostanziale sul livello del mare globale e rappresentare quindi una variabile dominante nelle previsioni future. Collocata nell’ambito del progetto scientifico "Bilancio di massa superficiale dell'area di drenaggio di Dome-C", finanziato dal PNRA (Programma Nazionale di Ricerche in Antartide) e dal Progetto ITASE (International Trans-Antarctic Scientific Expedition), la presente ricerca di dottorato si propone quindi di: • incrementare i dati sulla variazione spaziale e temporale dell’accumulo nevoso, che consentiranno di diminuire le incertezze sul ruolo dell’Antartide rispetto alle variazioni del livello marino globale; • ricostruire le variazioni climatico - ambientali degli ultimi 150 anni; • fornire nuovi dati isotopici per la validazione dei modelli climatici; • definire le influenze delle “Teleconnections” atmosferiche sul clima antartico per migliorare l’interpretazione dei dati di temperatura ed accumulo desunti dalle carote di ghiaccio. I profili degli isotopi stabili e dell’analisi dell’attività tritio, delle carote di nevato e ghiaccio dell’Antartide vengono usati per valutare in modo efficace sia le variazioni di temperatura del passato che i cambiamenti del tasso d’accumulo. Inoltre, i dati ottenuti da tali analisi sono fondamentali pure per convalidare i modelli applicati all’Antartide. In questa ricerca di dottorato, applicando le metodologie della geochimica isotopica alle carote di nevato prelevate nell’area del bacino di drenaggio di Dome C (Antartide orientale) durante le campagne antartiche 2001 - 02 e 2002 – 03, è stata stimata la variazione spaziale dell’accumulo nevoso mediante l’analisi dell’attività tritio. I risultati ottenuti sono in buon accordo con i dati pregressi della medesima area, evidenziando valori maggiori dell’accumulo nella fascia costiera, compresi tra 200 e 400 mm w.eq. a-1, valori intermedi tra 60 e 90 mm w.eq. a-1 nella fascia altitudinale dei 2000 - 2200 m, per arrivare ai bassi valori per la parte più interna del plateau di 25 - 30 mm w.eq. a-1. Inoltre, la fascia costiera dell’area prospiciente il Mare di Ross (Baia Terra Nova) è caratterizzata, a parità di quota, da valori minori dell’accumulo rispetto l’area della Terra Giorgio V. Quindi questi nuovi dati contribuiscono ad aumentare le conoscenze sulla variazione spaziale e temporale del tasso d’accumulo nel bacino di drenaggio di Dome C. Per di più, una maggior disponibilità di dati in situ è necessaria per calibrare in modo adeguato i modelli matematici che sempre più spesso vengono utilizzati negli studi antartici. La caratterizzazione delle precipitazioni dell’area presa in esame è stata possibile grazie allo studio isotopico (18O, D e d) di due carote provenienti da siti costieri ad accumulo elevato (GV7 e WL3). La comprensione delle diverse modalità della circolazione atmosferica (ENSO, SAM ecc…) ed il confronto di queste con i profili isotopici ottenuti, ha permesso di definire le influenze di queste “Teleconnections” atmosferiche sul clima del settore antartico oggetto di questo studio. Si è notata una maggiore influenza dell’indice SAM rispetto al El Niño sulla variabilità della composizione isotopica (18O e D), nonché un legame fra i valori dell’eccesso di deuterio e la maggiore o minore estensione del ghiaccio marino riconducibile, a sua volta, ai principali “modi” di circolazione atmosferica (SAM e SOI).