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 2015-2016 GQt 07 6 sistema geodinamico nel nucleo: origine del campo magnetico 1
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 2015-2016 GQt 07 2
2015-2016 GQt 07 3
Clima e stagioni..: effetto dell inclinazione dell asse di rotazione terrestre sul piano dell eclittica ovvero sul piano della rivoluzione intorno al Sole 2015-2016 GQt 07 4
James Croll (1821 1890) 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 2015-2016 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 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 2015-2016 GQt 07 6
3 parametri orbitali: eccentricità, obliquità, precessione 2015-2016 GQt 07 7
ECCENTRICITA (e) perielio Periodi: 100 kyr 125 kyr piccola eccentricità 95 kyr 413 kyr grande eccentricità 2015-2016 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
Modifica la durata delle stagioni 2015-2016 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. Un ciclo completo si completa in 41 kyr. Periodo: 41 kyr 2015-2016 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 Sole (in modo equivalente)., la p normale ha un periodo di 21.7 kyr luglio 2015-2016 GQt 07 Modifica afelio e perielio Adesso perielio (149.5 mil km) in gennaio, e afelio (152,1) in luglio, circa 11.000 anni fa perielio in 11
2015-2016 GQt 07 12
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. 2015-2016 GQt 07 13
Combining cyclical functions 2015-2016 GQt 07 14
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 2015-2016 GQt 07 15
- 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 2015-2016 GQt 07 16
Anni 70-80: attraverso lo studio delle carote di ghiaccio e carote marine profonde (sequenze continue) si quantificano e datano le variazioni climatiche 2015-2016 GQt 07 17
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 2015-2016 GQt 07 18
NON tutti i picchi freddi determinano glaciazioni 2015-2016 GQt 07 19
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 2015-2016 GQt 07 20
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 2015-2016 GQt 07 21
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_ 2015-2016 GQt 07 22
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 2015-2016 GQt 07 23
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 3 2015-2016 Eruzione del Tambora, Indonesia l anno senza estate GQt 07 24
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 2015-2016 GQt 07 25
Antartide: frammentazione e isolamento 2015-2016 GQt 07 26
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 2015-2016 GQt 07 27
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 2015-2016 GQt 07 28
Caldo Freddo 2015-2016 GQt 07 29
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 2+ + 2HCO 3- + Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 Dissoluzione dei carbonati CaCO 3 + H 2 O + CO 2 <====> Ca 2+ + 2HCO 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 2015-2016 GQt 07 30
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 2015-2016 GQt 07 31
Sintesi clorofilliana (vegetazione, foreste, utilizzo del suolo) e precipitazione di gusci calcarei in ambiente marino Ambedue questi processi tolgono CO 2 al sistema.. 2015-2016 GQt 07 32
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 2015-2016 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 serra, circolazione atmosferica e oceanica, distribuzione orizzontale e verticale delle masse continentali NB l energia emessa dal sole viene considerata costante!! 2015-2016 GQt 07 34