PALEOCLIMATOLOGIA

IL QUATERNARIOIl Quaternario è l'ultimo Periodo dell'Era Cenozoica, in cui noi stiamo tuttora vivendo. Iniziò circa 1,8 milioni di anni fa con l'Epoca chiamata Pleistocene (che terminò circa 10.000 anni fa) e continua con l'Epoca detta Olocene.

IL QUATERNARIONel Quaternario si è verificata l'espansione dei ghiacciai che avanzarono e si

ritirarono ripetutamente nel corso dell’epoca denominata Pleistocene.

Negli ultimi 1,8 milioni di anni si sono verificate almeno cinque grandi glaciazioni (Donau, Gunz, Mindel, Riss e Würm). Durante tali fasi la formazione di quantità di ghiaccio molto ingenti sottraeva acqua agli oceani, provocando l'abbassamento del livello del mare e lasciando emerse vaste aree continentali. Nelle fasi interglaciali (ovvero quelle intermedie tra due glaciazioni) più calde, il ritiro dei ghiacci determinava l'aumento del livello medio del mare.

Durante l'ultima fase glaciale, il Würm, terminata circa 10.000 anni fa, e che ha raggiunto il suo apice circa 19.500 anni fa, il livello del mare si è abbassato fino a 120 m sotto il livello attuale, originando un grande cambiamento della geografia delle coste e l'emersione di vaste porzioni di piattaforma continentale, nonché la creazione di un ponte fra l'Asia ed il Nord America ("il corridoio di Bering"), responsabile, fra l'altro, di migrazioni di animali fra i due continenti e del popolamento umano del Nord America.

IL QUATERNARIOAttorno alla metà dell’800 si cominciò ad affermare la teoria che vaste regioni

dell’Europa erano state coperte da ghiacciai poi scomparsi, osservando l’ubicazione dei depositi glaciali e delle forme di erosione glaciale. Ben presto ci si rese conto che più di una volta le stesse regioni erano state interessate da avanzate e ritirate dei ghiacciai. La successione dei periodi glaciali e interglaciali fu riconosciuta nelle Alpi da studiosi austriaci che distinsero 5 grandi glaciazioni denominate dalla più antica: Donau, Gunz, Mindel, Riss e Wurm, separate da periodi più caldi.

Un primo raffreddamento si verificò circa 2.4 milioni di anni fa, seguito da molti altri intervallati da periodi caldi. Si pensa che negli ultimi 1.6 milioni di anni vi siano state 6 o 7 fasi glaciali, all’interno dei quali si collocano le 5 principali riconosciute in Europa e Nord America. Durante queste ere glaciali, la temperatura media globale era 2°-3°C minore di quella attuale, e i ghiacci ricoprivano ampie porzioni del globo. Il livello medio degli oceani era circa 100-120 m più basso dell’attuale. I periodi piùcaldi tra le età glaciali sono detti interglaciali.

IL QUATERNARIOIn Italia, la Sardegna era collegata alla Corsica e molte isole del Tirreno eranoattaccate alla terraferma. L'abbassamento del livello del Mar Adriatico determinò un'enorme espansione della pianura padana, le cui coste arrivavano fino a Sud di Ancona.

IL QUATERNARIOOggi i ghiacciai ricoprono circa il 10% delle terre emerse, ma durante i periodi glaciali del

Pleistocene, l’ultimo dei quali ebbe il suo massimo attorno a 19.500 anni fa, essi erano estesi su circa il 30 % delle terre emerse.

In particolare, la calotta della Laurentide occupava gran parte del Nord America, con una superficie di circa 13.000.000 kmq, e l’Europa Settentrionale era coperta da una calotta di circa 4.000.000 kmq. Anche le valli alpine erano completamente riempite dai ghiacciai.

Alla latitudine di Milano i ghiacciai scesero dal Nord e arrivarono fino a poche decine di km da dove oggi si trova il capoluogo lombardo.Queste ricostruzioni delle posizioni passate dei ghiacciai sono rese possibili dal rilevamento di depositi glaciali come le morene.

IL QUATERNARIO

Le aree alpine che sono state percorse da un ghiacciaio presentano una morfologia particolare dovuta al modellamento glaciale.

Le valli a U sono una tipica morfologia prodotta dal passaggio di un ghiacciaio, dovuta alla presenza nel fondovalle di una spessa coltre di depositi glaciali di fondo.

Gli affioramenti rocciosi presenti lungo il fondovalle e sulle pareti presentano scanalature e chiamate strie glaciali, che sono orientate secondo la direzione di scorrimento del ghiacciaio.

I tipici depositi di accumulo di un ghiacciaio, comunemente noti come morene si rinvengono dove è avvenuta la deposizione del materiale portato dalla lingua glaciale.

Tra il materiale roccioso trasportato dai ghiacciai si hanno anche i cosiddetti “massi erratici”.

IL QUATERNARIO

Strie glaciali e massi erratici sono gli indizi più evidenti dell’attivitàdi erosione, trasporto e deposizione dei ghiacciai

CAUSE DELLE GLACIAZIONI

L’eccentricità dell’orbita terrestre varia fra un valore minimo e uno massimo in un periodo complessivo di circa 100.000 anni. La causa delle variazioni di questo parametro dell’orbita è individuato nell’attrazione esercitata da Giove.

L’inclinazione dell’asse terrestre rispetto alla perpendicolare al piano dell’eclittica oscilla fra 22.1 gradi e 24.5 gradi (attualmente è di 23.5°) in un periodo di circa 41.000 anni.

Infine il moto di precessione contribuisce a determinare il massimo dell’insolazione alternativamente sull’emisfero australe e su quello boreale. Oggi al perielio, si ha l’inverno boreale e l’estate australe, e in afelio si ha l’estate boreale e l’inverno australe. Ricordiamo il ruolo delle masse oceaniche nello stabilizzare il clima. Fra 13.000 anni, l’asse terrestre punterà su Vega, e la situazione si sarà invertita, con estate al massimo dell’insolazione e inverno al minimo dell’insolazione, nel nostro emisfero.

LA TEORIA DI MILANKOVITCH

Mutamenti

nell’eccentricità

dell’orbita e

dell’inclinazione

dell’asse terrestre

Milankovitch descrisse icambiamenti nella quantità di radiazione solare ricevuta dalla Terra facendo riferimento a cause astronomiche

VARIAZIONI DELL’ECCENTRICITA’ DELL’ORBITA

Periodicità: 100.000 anni

Questo è uno dei tre cicli di Milankovitch, che si pensa possano influire in modo determinante sulle glaciazioni e sui periodi interglaciali.

Essi influenzano direttamente la distribuzione di energia solare sul globo, e accentuano o diminuiscono i contrasti fra le stagioni.

La variazione di eccentricità dell’orbita da un valore massimo ad un minimo ed ancora ad un massimo, con un periodo tra i due massimi valori di circa 100.000 anni, fa variare la differenza fra energia solare ricevuta al perielio e all’afelio. Oggi l’orbita della Terra è a bassa eccentricità.

VARIAZIONE DELL’INCLINAZIONE DELL’ASSE DI ROTAZIONE

E’ un altro dei tre cicli di Milankovitch che, insieme agli altri, può avere un notevole effetto sul clima sulla Terra.

Pianeti come Mercurio hanno l’asse perpendicolare al piano dell’orbita (eclittica) e dunque non hanno stagioni.

Più l’asse è inclinato più estremi sono i contrasti fra le stagioni.

Periodicità: 41.000 anni

PRECESSIONE E CAMBIAMENTI CLIMATICI

Quando l’asse di rotazione, fra 13.000 anni, punterà verso la stella Vega, nel nostro emisfero l’estate si avrà quando la Terra sarà in perielio, mentre l’inverno con la Terra in afelio (esattamente come accade oggi per l’emisfero australe).

Questo potrà generare contrasti fra estate ed inverno piùestremi di oggi, in concomitanza con l’influsso degli altri 2 cicli di Milankovitch.

PRECESSIONE E CAMBIAMENTI CLIMATICI

This figureshave beenderived from the Vostokice core, taken in Antarctica.

J.R. Petit, J. Jouzel. et. al. Climateand atmospherichistory of the past 420 000 years from the Vostokice core in Antarctica, Nature 399 (3June), pp429-436, 1999 Link toweb-site http://www.grida.no/climate/vital/02.htm

This figureshave beenderived from the Vostokice core, taken in Antarctica.

J.R. Petit, J. Jouzel. et. al. Climateand atmospherichistory of the past 420 000 years from the Vostokice core in Antarctica, Nature 399 (3June), pp429-436, 1999 Link toweb-site http://www.grida.no/climate/vital/02.htm

ALTRE POSSIBILI CAUSE DELLE GLACIAZIONI

I CLIMI DEL PASSATO SONO STATI INFLUENZATI ANCHE DALLA POSIZIONE DEI CONTINENTI SUL GLOBO TERRESTRE.

I vulcani producono gas ricchi di CO2. Se il vulcanismo globale rallenta, come nel caso dell’assembramento e stabilizzazione dei supercontinenti, si ha meno CO2

nell’atmosfera, e si può innescare il raffreddamento globale. Un aumento dell’attivitàvulcanica invece immette maggiori gas ricchi di CO2 nell’atmosfera e produce un riscaldamento globale

TETTONICA A ZOLLE, CO2 E CLIMA

Depositi glaciali sono stati individuati in rocce di differente erà: le più antiche testimonianze di attività glaciale sono contenute in rocce del Sudafrica appartenenti al Proterozoico.

Successivamente, nell’Era Paleozoica vi furono altre grandi glaciazioni nel periodo Ordoviciano, nel Devoniano, nel Carbonifero e nel Permiano. Le cause della glaciazione Carbonifero-Permianasembrano legate al fatto che grandi masse continentali in posizione polare si siano coperte di ghiaccio ed avere indotto un raffreddamento globale.

LE GLACIAZIONI PRIMA DEL QUATERNARIO

L’assenza di glaciazioni durante il Mesozoico si può spiegare con l’esistenza, durante quell’Era, di una fascia oceanica equatoriale continua, progressivamente chiusa durante il Cenozoico, fra 50 milioni e 15 milioni di anni fa.

Per quanto riguarda le glaciazioni dell’Era Cenozoica, già nell’Oligocene (30 milioni di anni fa) ci fu un primo raffreddamento globale: il mutamento climatico sembra essere dovuto a cambiamenti nel regime delle correnti oceaniche superficiali, ed in particolare all’interruzione, connessa con la deriva dei continenti, della circolazione subtropicale esistente nel Cretaceo.

Attorno a 6 milioni di anni fa, nel Miocene superiore, vi fu un netto aumento del volume del ghiaccio antartico, che produsse un abbassamento del livello del mare e contribuì all’isolamento del Mediterraneo, che si prosciugò durante la crisi di salinità messiniana.

LE GLACIAZIONI PRIMA DEL QUATERNARIO

LA PICCOLA ERA GLACIALELa piccola era glaciale è un periodo storico

che va dalla metà del XV secolo alla metà del XIX secolo. Un periodo di 400 anni durante il quale in Europa i ghiacciai montani erano espansi ed il clima era così freddo da causare gravi carestie.

Già a partire dal tredicesimo secolo si eranoverificati inverni molto freddi o estati particolarmente piovose (1204/5, 1233/4, 1269/70, 1309/10 e 1407/8), ma alcuni climatologi sostengono che il vero cambiamento di rotta si possa identificare nell’inverno del 1431, uno dei peggiori del 2° millennio, il primo di sette inverni successivi con un centro di alta pressione persistente che interessò la Scandinavia e che portò freddissimi venti dalla Siberia. Durante quegli inverni cessò la produzione di vino in Inghilterra e scomparverogli ulivi nella pianura Padana.

Alle fluttuazioni climatiche degli ultimi secoli, hanno contribuito anche le eruzioni vulcaniche maggiori, che hanno riversato enormi quantità di ceneri vulcaniche e di gas vulcanici (soprattutto SO2) nell’atmosfera.Tra queste ricordiamo l’eruzione di Laki, 1783, con 12 Km3 di basalto edenormi volumi di HF; l’eruzione del Tambora (anno senza estate), del Pinatubo nel 1991.

VULCANI E CLIMA

LAKI, ISLANDA, 1783

Il volume del magma emessonell’eruzione di Laki fu di circa 12 Kmcubici di lava basaltica che si riversò su quasi 600 kmq di territorio.

Assieme al materiale solido furono immesse nell’atmosfera 80 milioni di tonnellate di gas (HF).

Più della metà degli animali da allevamento morì per avvelenamento o per fame ed ebbe inizio un lungo periodo di carestia che portò alla morte di 20.000 persone, pari al 30 per cento della popolazione islandese dell’epoca.

LAKI, ISLANDA, 1783L’inverno del 1784 fu uno dei più freddi che si ricordino in Europa. I dati delle

stazioni meteorologiche italiane non lasciano dubbi sull’impatto dell’eruzioneislandese.

Su 171 anni presi in considerazione, il 1784 risulta il più nevoso. Importante fu la testimonianza del famoso scienziato Benjamin Franklin che in

quel periodo si trovava a Parigi e descrisse la permanente presenza di una nebbia scura. La luce solare giungeva a terra estremamente debole ed anche in estate non era in grado di scaldare il terreno.

Negli Stati Uniti orientali, la temperatura media dell’inverno del 1784 fu di 4.8°C inferiore alla media calcolata sui 225 inverni precedenti.

L’ANNO SENZA ESTATEAlla fine del 1815 si ebbe in Indonesia la

maggiore eruzione della storia: 150 Km cubi di pomici emesse dal vulcano Tambora (90.000 vittime sull’Isola di Sumbawa e a Bali).

Questa eruzione ebbe conseguenze climatiche, che vennero sentite in tutto il mondo, ed in particolare in Europa, USA e Canada. Il 1816 venne definito l’anno senza estate.

Negli Stati Uniti orientali, in luglio e agosto le temperature medie rimasero attorno a 4°C.

Attorno al 20 agosto le minime scesero sotto lo zero. Per tutta quell’estate gelo e neve distrussero i raccolti.

Da metà settembre del 1816 iniziò l’inverno peggiore della storia degli USA, dopo quello del 1784, conseguente all’eruzione del Laki.

PINATUBO, FILIPPINE, 199120 milioni di tonnellate di anidride solforosa

sono state immesse nell’atmosfera nel 1991 durante l’eruzione del vulcano Pinatubo, Filippine. Gli effetti dell’eruzione sul clima del pianeta si sono fatti sentire per parecchi anni.

La combinazione di SO2 e vapore acqueo nell’atmosfera ha creato uno strato di aerosolche ha bloccato parte della radiazione solare incidente, negli anni 1991 e 1992.

Gli inverni del 1991, del 1992 e del 1993 in regioni come l’Alaska, la Groenlandia, il Nord Europa, il Medio Oriente e la Cina, sono statiparticolarmente freddi.

Si sono inoltre registrati fenomenimeteorologici rari come la neve in Israele e la morte dei coralli del Mar Rosso.

L’eruzione di Yellowstone, 2.2 milioni di anni fa, emise un volume di 2500 km3 di magma frammentato.

La storia geologica della grande caldera (70 km di diametro) fa prevedere che questo super-vulcano generi un’eruzione cataclismatica ogni 600.000 anni. L’ultima eruzione risale a 640.000 anni fa. Le conseguenze sul clima globale di un evento di questa portata sarebbero gravissime: l’immissione nell’atmosfera terrestre di un volume di materiale piroclastico pari a 16 volte quello emesso dal Tambora, farebbe entrare la Terra in un “inverno vulcanico”.

SUPER-VULCANI E CLIMA