Le carote di ghiaccio: i migliori archivi del clima del passato
Le carote di ghiaccio sono i migliori archivi del clima del passato in quanto contengono le bolle di aria che risalgono al momento della loro formazione e con esse informazioni climatico/ambientali sulla temperatura, gli aerosol, l’attività solare, le eruzioni vulcaniche.
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Argomenti trattati Che informazioni si possono ottenere dai carotaggi dei ghiacci? |
Introduzione
Le carote di ghiaccio sono degli archivi eccezionali del clima del passato. Le bolle d'aria intrappolate al loro interno offrono una finestra unica su epoche remote, fornendo informazioni preziose su vari aspetti climatici e ambientali.
Si possono avere informazioni sulle temperature del passato. Le bolle d'aria contengono isotopi dell'ossigeno che variano in proporzione alla temperatura dell'aria al momento della loro formazione. Analizzando questi isotopi, gli scienziati possono ricostruire la temperatura del passato con grande precisione.
Le bolle d'aria possono contenere particelle di aerosol, minuscole gocce o particelle solide sospese nell'atmosfera. La loro analisi fornisce informazioni su eventi come incendi boschivi, eruzioni vulcaniche e tempeste di polvere, che possono influenzare il clima.
L'attività solare varia nel tempo e può influenzare il clima terrestre. Le carote di ghiaccio contengono isotopi del berillio che riflettono l'intensità dell'attività solare passata.
Le eruzioni vulcaniche possono immettere nell'atmosfera grandi quantità di gas e ceneri, influenzando il clima. Le carote di ghiaccio possono rivelare la presenza di tracce chimiche di queste eruzioni, permettendo di datarle e stimarne l'impatto climatico.
A questi dati si aggiungono informazioni sulla composizione chimica dell'atmosfera, sulle precipitazioni ed eventi geologici
Pertanto, analizzando l'aria rimasta intrappolata nelle carote di ghiaccio, è possibile ricostruire lo stato dell'atmosfera presente nel momento in cui è rimasta inglobata nel ghiaccio stesso. In realtà, c'è una piccola incertezza, e si riferisce al fatto che, dal momento in cui avviene la precipitazione nevosa al momento in cui il ghiaccio sigilla l'atmosfera al suo interno, possono passare diversi anni (fino ad un centinaio).
NOTA. Le carote di ghiaccio offrono un modo unico per studiare l'attività solare passata. Esse contengono infatti isotopi del berillio, in particolare il berillio-10 (10Be), che viene prodotto nell'atmosfera terrestre quando i raggi cosmici interagiscono con gli atomi di ossigeno e azoto. Il 10Be ha un'emivita di 1,36 milioni di anni, quindi si accumula nel ghiaccio e può essere misurato con grande precisione.
Meccanismo di intrappolamento dell’aria nei ghiacci
Processo di compattazione del ghiaccio. Nel corso del tempo, la neve si trasforma lentamente in ghiaccio sigillando al suo interno la composizione dell'atmosfera al momento della formazione del ghiaccio stesso. La densità della neve, inizialmente dell'ordine di 100 kgm-3, cresce lentamente fino al valore tipico del ghiaccio di circa 830 kgm-3.(Fonte: progetto Epica)
Gli scienziati raccolgono i campioni dagli strati di ghiaccio che sono rimasti indisturbati nelle regioni polari per migliaia di anni. La perforazione dei ghiacci è iniziata negli anni '60 nelle calotte glaciali della Groenlandia e dell'Antartide. E’ stato estratto un campione lungo oltre 3053 m dalla calotta glaciale della Groenlandia, fornendo dati sul clima di oltre 100.000 anni.
Gli scienziati possono determinare indirettamente le condizioni climatiche esistenti al momento della formazione di questi strati in quanto ogni anno si forma un livello identificabile. La neve cade nelle regioni polari, aggiungendosi agli strati anno dopo anno. La neve estiva ha spesso una diversa struttura cristallina rispetto alla neve invernale.
Sezione lunga 19 cm di una carota di ghiaccio nella quale è possibile distinguere i singoli strati annuali. Le frecce indicano i periodi estivi. (Fonte: ResearchGate)
Gli scienziati hanno sviluppato dei metodi adatti a misurare piccole quantità di elementi che si trovano naturalmente nell'atmosfera terrestre. Per mezzo di questa tecnica, determinano le temperature storiche usando vari elementi chimici chiamati isotopi.
Uno di questi isotopi è una forma dell'elemento ossigeno chiamato ossigeno-18. Questo isotopo è chimicamente identico all'ossigeno-16 molto più comune. Tuttavia, l'ossigeno-18 (con due neutroni extra nel suo nucleo) è leggermente più pesante. Durante gli anni in cui la terra è più calda, la quantità di ossigeno-18 è maggiore (l’ossigeno è presente ad esempio nell’acqua). Confrontando la quantità di ossigeno pesante con la quantità di ossigeno normale, è possibile svelare i cambiamenti di temperatura che si sono verificati nel tempo.
I paleoclimatologi analizzano anche le piccole bolle di gas atmosferici che vengono incorporate negli strati di ghiaccio.
L'analisi delle bolle di gas intrappolate nel ghiaccio è un metodo ingegnoso e potente utilizzato dai paleoclimatologi per ricostruire il clima del passato. Queste bolle, infatti, offrono una sorta di "campione" dell'atmosfera presente al momento della formazione del ghiaccio, consentendo agli scienziati di misurarne la composizione con grande precisione.
Le bolle di gas contengono tracce di gas come anidride carbonica (CO2), metano (CH4) e biossido di azoto (N2O), la cui concentrazione è cambiata nel tempo. Analizzando questi gas, gli scienziati possono ricostruire la storia del clima e l'influenza umana su di esso.
La concentrazione di gas serra come la CO2 è direttamente correlata alla temperatura globale. Analizzando la quantità di CO2 nelle bolle di ghiaccio, gli scienziati possono quindi ricostruire le curve di temperatura del passato, identificando periodi di glaciazione e periodi di riscaldamento.
La temperatura della Terra nel passato
La Terra ha 4,5 miliardi di anni e la paleoclimatologia è arrivata a studiare il clima della Terra fino a circa 2,5 miliardi di anni. A tale epoca, infatti, arrivano le rocce e i fossili più antichi attraverso i quali è possibile ricostruire, in maniera più o meno approssimata, il clima terrestre. Attraverso l'analisi climatica terrestre si sono potuti individuare dei cicli climatici precisi che si ripetono nel tempo con intervalli di tempo alquanto regolari.
Questa figura mostra i cambiamenti della temperatura antartica durante gli ultimi cicli glaciali/interglaciali dell'epoca glaciale e confrontato con i cambiamenti del volume di ghiaccio globale. Il giorno presente è sulla sinistra. Le variazioni nel volume del ghiaccio globale e i cambiamenti nella temperatura antartica sono fortemente correlati. Le righe orizzontali indicano la temperatura e il volume di ghiaccio attuali. (progetto Global Warming Art)Le misurazioni sono state effettuate in due siti distinti in Antartide - uno nella stazione di Vostok e l'altra in una posizione separata chiamata EPICA.
I ghiacci, gli anelli degli alberi e altri studi paleontologici suggeriscono che le temperature che vengono attualmente misurate sono insolite e non hanno precedenti durante i precedenti 1300 anni. L'ultima volta che le regioni polari erano più calde dei livelli attuali di temperatura era più di 125.000 anni fa. È anche degno di nota il fatto che, a quel tempo, le riduzioni dei volumi di ghiaccio polare provocarono un aumento significativo del livello del mare e la ricollocazione di molte linee costiere dalle loro posizioni originali.
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