Cause delle glaciazioni Premessa: Il SISTEMA TERRA

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Annabella Sassi
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Cause delle glaciazioni Premessa: Il SISTEMA TERRA 1 il sistema clima realizza scambi di massa e di energia tra atmosfera e idrosfera 2 ma anche la litosfera (gas vulcanici, degradazione, erosione)

1 Cause delle glaciazioni Premessa: Il SISTEMA TERRA 1 il sistema clima realizza scambi di massa e di energia tra atmosfera e idrosfera 2 ma anche la litosfera (gas vulcanici, degradazione, erosione) interagisce con atmosfera e idrosfera 3 la biosfera si situa tra idrosfera, atmosfera e idrosfera. 4 e 5 la tettonica a zolle scambia massa tra litosfera e mantello profondo GQt 07 6 sistema geodinamico nel nucleo: origine del campo magnetico 1

2 Le cause delle glaciazioni (Quaternarie) -forzanti esterne (external forcing) : i fattori esterni al «Sistema Terra» che ne condizionano il clima - interazioni interne al sistema terra - variazioni feedback : «Retroazioni» -NB nello schema NON si considerano forzanti antropiche GQt 07 2

3 GQt 07 3

4 Clima e stagioni..: effetto dell inclinazione dell asse di rotazione terrestre sul piano dell eclittica ovvero sul piano della rivoluzione intorno al Sole GQt 07 4

James Croll (1821 1890) 1864: Theory eccentricity

influenzasse soprattutto la radiazione solare

5 James Croll ( ) 1864: Theory eccentricity was sufficiently great to account for every extreme of climatic change evidenced by geology. Croll credeva che l eccentricità dell orbita influenzasse soprattutto la radiazione solare ricevuta in inverno..poco sole molto ghiaccio GQt 07 5

LA TEORIA MILANKOVIANA ma il merito andrebbe almeno condiviso con James Croll Le ipotesi di Milutin Milankovitch: variazioni cicliche dell energia solare ricevute dal pianeta e legate a parametri

6 LA TEORIA MILANKOVIANA ma il merito andrebbe almeno condiviso con James Croll Le ipotesi di Milutin Milankovitch: variazioni cicliche dell energia solare ricevute dal pianeta e legate a parametri astronomici TEORIA ASTRONOMICA DEL CLIMA Formulata negli anni 30, Validata solo dagli anni 70: le variazioni di configurazione orbitale potrebbero determinare cambiamenti climatici globali. Ma ancora in discussione GQt 07 6

7 3 parametri orbitali: eccentricità, obliquità, precessione GQt 07 7

07 afelio Sopra: Orbita terrestre rispetto al Sole con e=0

8 ECCENTRICITA (e) perielio Periodi: 100 kyr 125 kyr piccola eccentricità 95 kyr 413 kyr grande eccentricità GQt 07 afelio Sopra: Orbita terrestre rispetto al Sole con e=0 (sx) orbita quasi circolare e e=0.5 (dx) orbita molto ellittica 8

9 Modifica la durata delle stagioni GQt 07 9

OBLIQUITA (T) L obliquità dell asse terrestre rispetto al piano dell eclittica (TILTING, da cui l abbreviazione T) varia periodicamente da 21. a 23.5, e viceversa.

10 OBLIQUITA (T) L obliquità dell asse terrestre rispetto al piano dell eclittica (TILTING, da cui l abbreviazione T) varia periodicamente da 21. a 23.5, e viceversa. Un ciclo completo si completa in 41 kyr. Periodo: 41 kyr GQt 07 NB: T è un valore importante alle ALTE LATITUDINI (Poli) Influenza la stagionalità Al diminuire di T, l insolazione estiva alle alte Lat aumenta, se T è alto le estati polari sono più fresche. T ha meno importanza alle BASSE LATITUDINI 10

PRECESSIONE (p) Definita come cambiamento di direzione dell asse di rotazione terrestre rispetto alle stelle fisse; è un movimento giroscopico controllato da interazioni gravitazionali con Luna e

11 PRECESSIONE (p) Definita come cambiamento di direzione dell asse di rotazione terrestre rispetto alle stelle fisse; è un movimento giroscopico controllato da interazioni gravitazionali con Luna e Sole (in modo equivalente)., la p normale ha un periodo di 21.7 kyr luglio GQt 07 Modifica afelio e perielio Adesso perielio (149.5 mil km) in gennaio, e afelio (152,1) in luglio, circa anni fa perielio in 11

12 GQt 07 12

13 L inclinazione varia tra 22.5 e 24.5 Secondo la teoria di Milankovitch, la variazione periodica dei parametri dell orbita terrestre (eccentricità, inclinazione e precessione) regola la distribuzione e l intensità assoluta dell insolazione della radiazione solare che arriva sulla Terra alle diverse latitudini GQt 07 13

14 Combining cyclical functions GQt 07 14

Si ma la radiazione solare totale su tutto il pianeta cambia poco Se il

15 400 kyr 400 kyr 400 kyr Milnakovich era convinto che questi tre parametri controllassero l insolazione. Si ma la radiazione solare totale su tutto il pianeta cambia poco Se il grafico mostra le variazioni dell insolazione nell emisfero Nord..e in quello Sud? Magari è complementare GQt 07 15

16 - I parametri non influenzano tanto la quantità assoluta di energia che arriva sul pianeta, quanto la stagionalità: la differenza tra estate e inverno (anche la differenza tra emisfero N e emisfero S??) - Scarsa stagionalità: poca differenza tra estate e inverno. Riduzione dell insolazione estiva, estati fresche, scarsa fusione. Inverno tepido, molta umidità. Molte precipitazione nevose GLACIAZIONE - Elevata stagionalità: aumento dell insolazione estiva, estati calde, elevata fusione della neve. Inverni freddi, poca umidità, diminuzione dell innevamento DEGLACIAZIONE Ma è fondamentale la distribuzione delle terre emerse dei due emisferi!! E la terra si riscalda (e si raffredda) molto più velocemente del mare GQt 07 16

17 Anni 70-80: attraverso lo studio delle carote di ghiaccio e carote marine profonde (sequenze continue) si quantificano e datano le variazioni climatiche GQt 07 17

18 La teoria di Milankovitch riprende interesse. La ciclicità dei dati climatici viene confrontata con la ciclicità dei parametri orbitali MIS:Marine isotopic stages. Equivalgono alle fasi glaiciali e interglaciali Gli stage dispari rappresentano stage caldi (interglaciali)..; gli stage pari quelli freddi GQt 07 18

19 NON tutti i picchi freddi determinano glaciazioni GQt 07 19

20 RISULTATI - Da 2.75 a 0.9 milioni di anni i cicli glaciali sembrano controllati dal ciclo astronomico dei 41. kyr (inclinazione) - da 0.9 kyr all attuale ciclo 100 kyr - i cicli di 100 ky non sembrano collegati alla sola eccentricità dell orbita, ma anche all inclinazione dell orbita. -- r GQt 07 20

21 PROBLEMI (tanti) Datazione dei dati sperimentali (age model): necessità di datare in modo preciso eventi sempre più ravvicinati (10 2 anni) Analisi spettrale (ciclicità delle serie temporali) dei dati sperimentali RUOLO DELLA CO 2 e del CH 4, ambedue gas serra, ma che sembrano comportarsi diversamente altri fattori amplificativi GQt 07 21

22 Fattori amplificativi e meccanismi di feedback (Siegert, 2001) - Livello del mare. Inizio glaciazione abbassamento l.m.m nuove aree di piattaforma che emergono e ghiacciano - albedo. Aree ad elevata albedo non assorbono il calore, Se si estendono le aree ricoperte di ghiaccio aumenta l albedo più superficie che NON assorbe calore - C0 2 : ma causa o effetto?: all inizio dei periodo glaciali Il tenore della CO2 in atmosfera si abbassa. - Quota delle calotte polari: più si elevano e si espandono più aumenta la superficie al di sopra dell ELA -> aumenta la superficie dei bacini di alimentazione glaciale - Circolazione oceanica: cambia il modo di trasferire il Calore tra le varie fasce latitudinali_ GQt 07 22

circolazione atmosferica e la circolazione marina compensano trasportando

23 Premessa: - il sistema climatico delle Terra è attivato dall energia del sole che si ripartisce in modo NON omogeneo sulla sua superficie - la circolazione atmosferica e la circolazione marina compensano trasportando calore dall equatore ai poli e freddo dai poli all equatore GQt 07 23

24 Etna dicembre 2002 ERUZIONI VULCANICHE emissione di ceneri diminuzione trasparenza dell atmosfera raffreddamento VEI: volcanic explosivity index; 6 = >10 km 3 di materiale eiettato, 7 > 100 km Eruzione del Tambora, Indonesia l anno senza estate GQt 07 24

Atlantico settentrionale, rinforzando la corrente del Golfo, e portando

25 Posizione terre emerse < = > circuito correnti marine La chiusura dell istmo di Panama, circa 3-5 ma fa, ha modificato la circolazione dell Atlantico settentrionale, rinforzando la corrente del Golfo, e portando acque calde e umide nell Artico. Aumento delle precipitazoni GQt 07 25

26 Antartide: frammentazione e isolamento GQt 07 26

27 Effetti dei sollevamenti delle montagne Rocciose e dell Himalaya sulla circolazione atmosferica (venti e piogge) Tutti questi sollevamenti + l innalzamento di Alpi e Appennini avvengono durante il Cenozoico GQt 07 27

28 La CO 2 gas serra Siegert, 2000: Per ragioni non del tutto comprese quando fa più freddo la concentrazione di CO 2 nell atmosfera si abbassa Diminuisce l effetto serra -> la temperatura si abbassa ancora di più PERCHE? Ipotesi: se si abbassa a temperatura, aumenta la superficie marina ricoperta da ghiaccio Diminuiscono gli scambi di CO 2 tra atmosfera e mare Oppure Aumenta la solubilità delle CO 2 nelle acque oceaniche GQt 07 28

29 Caldo Freddo GQt 07 29

30 Ma l innalzamento di una catena montuosa provoca un aumento del tasso di alterazione delle rocce! Alterazione dei silicati (feldspati) CaAl 2 Si 2 O 8 + 2H 2 CO 3 + H 2 O <====> Ca HCO 3- + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Dissoluzione dei carbonati CaCO 3 + H 2 O + CO 2 <====> Ca HCO 3 - Ambedue queste reazione «usano» CO 2, e quindi sottraggono CO 2 dall atmosfera e lo restituiscono sotto forma di ione bicarbonato alle acque continentali GQt 07 30

31 1 La degradazione delle rocce: interazione litosfera e clima 3 La degradazione dei silicati rimuove CO 2 dall atmosfera 2 La variabilità dalla concentrazione della CO 2 in atmosfera induce una corrispondente variabilità della velocità della degradazione GQt 07 31

32 Sintesi clorofilliana (vegetazione, foreste, utilizzo del suolo) e precipitazione di gusci calcarei in ambiente marino Ambedue questi processi tolgono CO 2 al sistema GQt 07 32

33 Già Milankovitch aveva ipotizzato che ci dovesse essere un ritardo tra la causa (l insolazione) e l effetto.(l aumento dei volume dei ghiacci) E che l emisfero settentrionale..reagiva per primo..mentre quello meridionale seguiva Linea rossa: variazione dell insolazione Linea blu: responso dei ghiacci GQt 07 33

Vari modelli di relazioni e ritardi tra insolazione, gas serra e glacialismo Doppio ritardo: Insolazione CO 2 glacialismo Forzante esterne: Insolazione Forzanti interne (alcune): Gas

34 Vari modelli di relazioni e ritardi tra insolazione, gas serra e glacialismo Doppio ritardo: Insolazione CO 2 glacialismo Forzante esterne: Insolazione Forzanti interne (alcune): Gas serra, circolazione atmosferica e oceanica, distribuzione orizzontale e verticale delle masse continentali NB l energia emessa dal sole viene considerata costante!! GQt 07 34

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