Cambiamenti climatici a scala globale negli ultimi anni

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1 TRENTINO CLIMA 2008 Evoluzione del clima: tendenze, effetti e scenari futuri Trento Museo Tridentino di Scienze Naturali febbraio 2008 Cambiamenti climatici a scala globale negli ultimi anni Giuseppe Orombelli Giuseppe Orombelli Università di Milano Bicocca Glacier garden - Luzern

2 International Year of Planet Earth As we progress into the twenty-first century, modern society faces one of its greatest challenges: climate change. Earth scientists are uniquely placed to help tackel this issue. Nature, 2008

3 2007 IPCC, 2007

4 Archivi naturali del clima Paleoclimatologia

5 Crosta continentale? ARCHEANO Generazione e stabilizzazione dei cratoni Eventi snowball paleoproterozoici PROTEROZOICO lacuna glaciale proterozoica Eventi snowball neoproterozoici FANEROZOICO Negli ultimi 3,5 miliardi di anni la Terra è oscillata tra condizioni glaciali (ere glaciali) e condizioni molto più calde delle attuali, con un escursione della Tma di alcune decine di gradi. (Tma globale attuale 14 C) Durate geologiche (10/100 Ma) Cause geologiche Successione schematica, in miliardi di anni (Ga( Ga), delle ere glaciali dall Archeano al presente (ultimi 3 miliardi di anni). Le colonnine più alte indicano glaciazioni diffuse all intera Terra, quelle intermedie glaciazioni alle medie- alte latitudini, quelle minori attività glaciale a scala regionale (da Hambrey,, 1999) Ga

6 Era Glaciale Cenozoica PETM EECO Curva isotopica dei Foraminiferi bentonici (ultimi 70 milioni di anni). La temperatura di fondo degli oceani dai valori max raggiunti intorno a 50 Ma (Early Eocene Climatic Optimum) è diminuita fino ai valori attuali. Fasi di rapido affreddamento si sono avute intorno a 36, 12 e 2,5 Ma fa. PETM Paleocene/Eocene Thermal Maximum (Flower, 1999)

7 ANDRILL, McMurdo Ice Shelf Project (Antartide, Mare di Ross) Successione stratigrafica Mio-Pleistocenica: verde: diamicton av. glaciale grigio: mudstone rit. glaciale giallo: diatomiti mare aperto arancio: depositi piroclastici Oltre 60 oscillazioni della calotta antartica negli ultimi 13 milioni di anni Naish et al. 2007

8 Variabilità climatica a diverse scale di tempo: da 10 9 a 10 4 anni ere glaciali 3,5 Ga Ma Cicli 10 4 a MPT durate 10 7 a EECO t Cause geologiche 5 Ma 2 Ma Cause astronomiche Zachos et al., 2001 ODP 659 ODP 849

9 Variabilità climatica a diverse scale di tempo : da 10 5 a 10 0 anni ka 90 ka T 15 C 10 ka T 5 C 2 ka 140 a T 1,4 T 0,8 PEG Cicli 10 4 a var. sec. var. dec. PCM 10 2 a EPICA DC T 12 C 10 3 a North GRIP t oceano merid. GISP 2 Moberg et al., 2005 WMO, 2005

10 Quaternario (ultimi 2 Ma): curva isotopica composita + caldo MBE (Mid( Bruhnes Event) ~ 450 ka BP MPT (Mid( Pleistocene Transition) ~ ka BP cicli 100 ka cicli 41 ka + freddo Bruhnes Matuyama età ka BP t

11 Dome C (3233 m) Antartide

12 Campo estivo EPICA a Dome C Tenda perforazione Laboratorio Laboratorio

13 Il sistema elettromeccanico di perforazione

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16 Conducibilità elettrica in solido

17 EPICA DC mila anni di storia del clima curva isotopica del ghiaccio (in nero), confrontata con la curva isotopica marina (in rosso). In ascissa il tempo in migliaia di anni. Cambio di ampiezza a ka (MBE) MBE B M 0-10 Jouzel et al t

18 Metano ppb + 130% in 200 anni Val. preind. 715 CO ppm + 35 % in 200 anni Val. preind. 280 Campi di variabilità naturale di gas-serra e la perturbazione umana del ciclo del C Metano Max 780 ppb Min 400 ppb MBE Max 300 ppm Min 180 ppm CO EPICA DC CO 2 e metano variano in fase e in proporzione alla temperatura Brook, 2006 oggi Temperatura + 2 C -8 C tempo

19 [a] [b] δd /oo (V-SMOW) EPICA Dome C dust [c] EDC dust flux Holocene Age (kyr B.P.) Laser and CC dust concentration (ppb) dust flux Anche la concentrazione delle polveri atmosferiche mostra leggere differenze tra il periodo pre-mbe e il periodo successivo. I livelli di polvere negli interglaciali sono sempre molto bassi (~15 ng di polvere per g di ghiaccio) ma i periodi glaciali hanno dei massimi meno accentuati nella porzione più antica. Feed back positivo delle polveri atmosferiche Da Lambert, Delmonte et al., in press, modificato MBE: kyr B.P. transizione MIS 12 / MIS 11

20 Perforazione GRIP: curva δ O Instabilità climatica alla scala del millennio durante l ultima Glaciazione Evidenza di frequenti e ampie variazioni climatiche di breve durata negli ultimo 80 mila anni in Groenlandia ( Tma 8-16 C): eventi di Dansgaard-Oeschger Le transizioni climatiche sono brusche (durata pochi decenni) Olocene YD freddo caldo

21 Esempi di radicali cambiamenti climatici repentini (pochi decenni): fine dell evento freddo YD in Groenlandia, avvenuta in meno di 25 anni, con un aumento della Tma di una decina di C e il raddoppio delle precipitazioni Olocene Pleistocene YD B/A OD

22 EPICA DML - variazioni climatiche alla scala del millennio in Antartide, confrontate con quelle in Groenlandia (NGRIP) (ultimi 120 mila anni) Antartide Groelandia EPICA Comm. Memb., 2006

23 Correlazione N/S mediante segnale CH 4 (MIS3: 50 MIS3: ka BP) Le bande brune indicano le fasi fredde stadiali in Groenlandia e corrispondono a picchi caldi in Antartide Antartide Groenlandia EPICA Community Members, 2006

24 Altalena bipolare Sud Nord Le variazioni climatiche della durata del millennio non sono in fase nelle due regioni polari: il Sud anticipa il Nord di oltre un migliaio di anni. Groenlandia Antartide Stocker,, 2003

25 La circolazione oceanica termoalina e il nastro trasportatore La macchina del clima: il bilancio radiativo nella fascia intertropicale è positivo, mentre è negativo nelle regioni polari.

26 Variazioni dei gas/serra durante l ultima deglaciazione: CO 2 segue, con un ritardo, la temperatura in Antartide, mentre il metano m risente delle condizioni ambientali nell emisfero Nord (minimo nel YD) δd CO 2 CH 4 Monin et al., 2001

27 Variazioni della temperatura delle acque superficiali e profonde nell Oceano Pacifico meridionale e tropicale, dedotte da carote di sedimenti oceanici. Il riscaldamento che ha posto fine all ultima glaciazione ha avuto inizio in Antartide circa 19 mila anni fa, per cause astronomiche amplificate dal feed back dei ghiacci marini e si è propagato poi alla fascia intertropicale ed infine all emisfero Nord. L aumento di CO 2 rilasciata dall Oceano Meridionale è iniziato con circa un migliaio di anni di ritardo rispetto all iniziale aumento di temperatura. Scott et al., 2007 Insolazione 65 Sud EPICA CO 2 Temp. Sup. Pacifico tropicale Temp. Sup. Pacifico meridionale Temp. prof. Pacifico tropicale Temp. aria Antartide DF

28 Tra e anni fa si è conclusa bruscamente l ultima glaciazione ( Tma + 10 C Pma + 100%) Olocene Younger Dryas

29 Un Olocene bipartito? 5000 anni dal presente Temperatura media annua in Groenlandia, desunta dall analisi isotopica del ghiaccio nella perforazione NorthGRIP,, calibrata con l analisi del profilo termico nel pozzo di trivellazione anni fa Tma è scesa improvvisamente di circa 3 C ed è risalita di circa 5 C. Da 5000 anni fa Tma è oscillata intorno ad un trend in raffreddamento Johnsen et al., 2001

30 Fasi di ritiro e di avanzata dei ghiacciai delle Alpi: tra 10 e 5 mila anni fa hanno prevalso condizioni di minore estensione delle attuali, mentre negli ultimi 5 mila anni i ghiacciai alpini sono ripetutamente avanzati su posizioni via via più estese, in connessione al declinare della radiazione solare (da circa 520 a 440 W m 2 ) Orombelli, 2007 Fasi di ritiro Oetzi Fasi di avanzata

31 Laghi Siti archeologici Il Sahara verde: BP

32 Nord Sud Sahara orientale: date 14 C Kuper & Kropelin, 2006

33 La presenza umana nel Sahara orientale nell Olocene > BP BP BP BP Kuper & Kropelin,, 2006

34 Fluttuazioni del Ghiacciaio Aletsch negli ultimi 3 mila anni Periodo Freddo Età del Ferro Optimum Climatico Romano Periodo Freddo Alto Medievale Periodo Caldo Medievale Piccola Età Glaciale: 3 max: avanzata ritiro PFEF OCR PFAM PCM PEG Holzhauser, Magny & Zumbuhl, 2005

35 I dati della Geologia Il clima terrestre è un sistema instabile, soggetto a variazioni a diverse scale temporali, dai decenni ai milioni di anni. Cause geologiche producono grandiose variazioni climatiche della durata di decine di milioni di anni, a seguito delle quali la Terra è oscillata tra condizioni quasi interamente glaciali e condizioni molto più calde delle attuali. Cause astronomiche innescano cicli climatici quasi periodici, della durata di decine di migliaia di anni. Fenomeni di feed back positivo (ghiaccio/albedo, gas-serra, polveri atmosferiche, ecc.) ne amplificano gli effetti.

36 A lungo è prevalso il ciclo dell obliquità, della durata di ~ anni e di ampiezza contenuta. Dalla Transizione Medio Pleistocenica (~900 mila anni fa) è prevalso il ciclo dell eccentricità (~100 mila anni). Dall Evento Medio Bruhnes (430 mila anni fa) l ampiezza dei cicli è aumentata: gli ultimi quattro cicli, durati ciascuno circa 100 mila anni, hanno prodotto lunghe fasi fredde (le glaciazioni) e più brevi periodi caldi come l attuale (interglaciali).

37 Fenomeni di instabilità nella circolazione oceanica producono variazioni climatiche, della durata di un millennio, più accentuate e brusche nell emisfero N, più attenuate e in opposizione di fase in quello S. Queste variazioni climatiche risultano più evidenti nei periodi freddi glaciali, mentre sono presenti, ma più attenuate, nelle fasi interglaciali. Cause di varia natura (variabilità solare, attività vulcanica, instabilità interna del sistema climatico, ecc.) producono variazioni climatiche secolari/decennali, di ampiezza molto più contenuta delle precedenti.

38 futuro Il futuro??? passato Eccentricità, insolazione e volume totale dei ghiacci negli ultimi 100 mila anni e loro proiezione nei prossimi 100 mila anni a: MIS 11 b: LGM/Olocene LGM Nei prossimi 30 mila anni, l eccentricità molto bassa dovrebbe consentire valori intermedi di insolazione alle alte latitudini, sfavorevoli all inizio di una glaciazione. Il volume totale dei ghiacci sulla Terra dovrebbe mantenersi circa uguale a quello attuale. (In assenza di perturbazioni umane al sistema climatico).