COMPENDIO DI STORIA DEL CLIMA

IL CLIMA NEL PALEOZOICO E MESOZOICO

La storia “antica” del clima terrestre è in gran parte avvolta nel mistero: man mano che ci inoltriamo nel Deep time, la nostra capacità di riconoscere e spiegare i fenomeni naturali diminuisce.

Le cause sono:

- Sistemi climatici a n componenti, mutabili nel tempo e/o ignote;

- Bassa risoluzione e/o discontinuità (X-Y) del segnale stratigrafico;

- Problemi di riconoscimento e/o datazione degli eventi;

- Difficoltà di taratura degli Archivi e dei Proxy.

I tenori di O2 libero sono variati (e molto) nel tempo: fino a ~2.4 Ga, l’atmosfera ne era del tutto priva.

IL GREAT OXYGENATION EVENT (GOE)

IL GREAT OXYGENATION EVENT (GOE)Fino a ~2.4, l’ossigeno generato dalla fotosintesi cianobatterica

veniva immediatamente sequestrato negli oceani per ossidare la

materia organica e il ferro contenuto nei basalti (olivine, pirosseni):

4 Fe2+O (aq) + O2 → 2 Fe2

3+O3 (s)

Il processo era discontinuo (per cause orbitali?): alternanze di strati

ferrosi (spessore < 10 cm) e argille.

Il risultato sono i cosiddetti BIF (Banded Iron Formation: ~3.5–1.8 Ga), indicativi di acque ossigenate in modo scarso e discontinuo.

IL GREAT OXYGENATION EVENT (GOE)

A ~2.4 Ga, un eccesso di ossigeno “sfugge” nell’atmosfera e determina la rapida ossidazione del metano atmosferico:

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O

rapido calo delle temperature (accelerato da < degas vulcanica?) e onset della Glaciazione Huroniana (2.4 – 2.1 Ga).

IL GREAT OXYGENATION EVENT (GOE)

LA SNOWBALL EARTHLa formazione di BIF riprende nel Neoproterozoico (~850 – 542 Ma), quando la Terra viene per tre volte coperta un’enorme coltre glaciale (integralmente: Snowball Earth o, più probabilmente, al 60%: Slushball Earth).

I meccanismi di innesco sono ancora poco chiari: forse vulcanesimo, o eccesso di weathering dei silicati: [breakup di Rodinia, rifting e uplift]

LA SNOWBALL EARTH

Le testimonianze dell’evento sono rappresentate sia in termini litologici (tilliti, dropstones) che geochimici (perturbazioni nel δ13Ccarb)

La Snowball Earth ha rappresentato un momento di enorme pressione evolutiva ( Esplosione cambriana)

LA SNOWBALL EARTH

Durante il Paleozoico si sono verificati due lunghe e intense glaciazioni (Ordoviciano-Siluriano e Carbonifero-Permiano), la cui cronologia è correlabile alle due grandi orogenesi.

IL THERMAL MAXIMUM CRETACEOIl Cretaceo è stato il periodo più caldo di tutta la storia della Terra.

Era un mondo privo di calotte glaciali e con alti tenori di gas serra,

dove non esistevano gradienti latitudinali di temperatura.

la circolazione oceanica era di tipo ALOTERMICO, ossia controllata

prevalentemente da gradienti di salinità.

Questo meccanismo è molto meno efficace del termoalino (1 : 1.000)

e la circolazione è faticosa, come testimoniato da una serie di eventi

anossici oceanici (OAE).

IL THERMAL MAXIMUM CRETACEOL’ipertermale cretaceo (limite Cenomaniano/Turoniano), che avviene forse in risposta all’espansione dell’Atlantico settentrionale, scatena l’OAE 2, con la deposizione del Livello Bonarelli.

IL CENOZOICO

MONDO “GREENHOUSE”:assenza di calotte glaciali

persistenti

MONDO “DOUBTHOUSE”:fase transizionale, crescita di coltri glaciali metastabili

MONDO “ICEHOUSE”:Presenza costante di calotte glaciali ~persistenti ai poli

Southern Hemishpere Glaciation (SHG)

PALEOGENE

IPOTESI PER LA SHG- Apertura del Passaggio di Drake:-formazione della corrente circumpolare antartica

-“isolamento termico” dell’Antartide

-sviluppo di una calotta prevalentemente aggradante, con un margine “stabile”

- Eccesso di CO2 atmosferica durante il mondo greenhouse:sviluppo nel tempo di robusti feedback a favorire il sequestro di gas-serra, con effetti a lungo termine

- Rallentamento dello spreading oceanico durante il Cenozoico:diminuzione di degassazione di CO2 dagli oceani

(Flusso attuale nel PdD: 130 Sv)

Con PdD aperto, il flusso di calore verso le alte latitudini diminuisce del 20%: non basta a innescare la SHG

APERTURA DEL PASSAGGIO DI DRAKE: FORMAZIONE DELLA CORRENTE CIRCUMPOLARE ANTARTICA ED “ISOLAMENTO” TERMICO DELL’ANTARTIDE

Spessore della calotta antartica in tempi discreti su t0=0, tf=10 Myr e p(CO2) da 4PAL a 2PAL con PdD aperto (DeConto & Pollard, 2003).

SVILUPPO DI UNA CALOTTA AGGRADANTE

ALKENONIMetaboliti delle aptofite, costituiti da una lunga catena chetonica (C:35 – C:40; i più comuni sono C37:2 e C37:3).Resistenti alla diagenesi, si rinvengono a partire dal Cretaceo inferiore. La saturazione dipende da SST: a SST basse prevale C37:3.

ALKENONIE’ possibile utilizzare gli alkenoni come paleotermometri:

E (in modo complesso) come proxy dei tenori di CO2:

)C (C

C UK'37

3:372:37

2:37

0.034

0.039) - (UK'37 C)( T

NAHCOLITEMinerale del comune Bicarbonato di Sodio (NaHCO3).

Dati sperimentali indicano che la Nahcolite precipita solo a tenori

di CO2 atmosferica superiori a 1.125 ppm, molto più che gli attuali

380 ppm.

In condizioni simili, le simulazioni indicano T medie ~10-12 °C

superiori alle attuali.

Northern Hemisphere Glaciation (NHG)

Southern Hemisphere Glaciation (SHG)

NEOGENE

MIOCENEDa notare:

• si sollevano le Ande (= -CO2, vulcanesimo),

• l’uplift dell’orogeno tibetano accelera (= -CO2),

• l’istmo di Panama si sta chiudendo (= ...?)

CAMBIAMENTI CLIMATICI NEL PLIO-PLEISTOCENELe curve del 18O indicano che la storia climatica degli ultimi 5 Myr è molto complessa, con:1) un progressivo “appesantimento” dei valori isotopici nel tempo;2) un “salto” a ca. 3 Ma, con valori isotopici rapidamente più “pesanti” e la comparsa di una chiara ciclicità;3) a ca. 3 Ma, comparsa nell’Atlantico del primo IRD a “basse” latitudini (40-50°N).

Ca. 3.2 Ma (inizio del “Pliocene glaciale”) si forma una calotta nell’emisfero nord: è un evento fondamentale che prende il nome di

Northern Hemisphere Glaciation (NHG)

IPOTESI PER LA NHG- Sollevamento dell’orogeno tibeto-himalayano, che determina:-Sviluppo di ghiacciai montani (maggiore albedo globale);-Modificazioni nella circolazione atmosferica, con intensificazione del monsone asiatico (+ umido a S, + arido a N) e maggiore penetrazione meridionale delle correnti fredde circumpolari;-Weathering (intenso sequestro di CO2). - Rallentamento dello spreading oceanico durante il Cenozoico diminuzione di degassazione di CO2 dagli oceani

- Chiusura dell’istmo di Panama riorganizzazione della circolazione oceanica, perturbazione nei processi di ridistribuzione dell’energia fra basse e alte latitudini e della salinità fra Pacifico ed Atlantico

- Sollevamento di orogeni minori sviluppo di fitte foreste collinari e montane a discapito della vegetazione erbacea, incremento dei tassi di sequestro della CO2

Ulteriore possibile feedback: CO2 intrappolata nel ghiaccio

DINAMICHE DELLA CHIUSURA DELL’ISTMO

DI PANAMA

• Il Pliocene Inferiore, più “caldo” dell’interglaciale attuale, è privo di

ghiacci nell’emisfero settentrionale;

• A ~3.2 Ma appaiono i primi segni di una calotta glaciale

settentrionale (NHIS) in Groenlandia;

• A ~2.5 Ma il NHIS si stabilizza;

• Il NHIS rimane piccolo sino a ~0.95 Ma;

• A ~0.95 Ma, il NHIS si espande (“Pleistocene glaciale”).

IL CLIMA DEGLI ULTIMI 5 Myr: SINTESI

LE “SORPRESE CLIMATICHE”Sono aberrazioni del trend climatico prevedibile.

Sicuramente presenti in tutto il record geologico, sono ben documentate nella parte più recente, grazie a:

- Carote di ghiaccio- Carote ODP- Alta risoluzione dei dati- Prevedibilità delle dinamiche a medio-lungo termine

IL MIS 11 (ca. 400.000 anni fa)Interglaciale lunghissimo; forte contrasto con la glaciazione precedente; tassi di insolazione ridotti (come per l’Olocene)

Dati NOAA

CICLI DANSGAARD-OESCHGERCICLI DI BOND

HEINRICH EVENTSOscillazioni climatiche ad alta frequenza che caratterizzano LGM e Olocene

Cicli DANSGAARD-OESCHGERPorzione “calda” di oscillazioni climatiche ad alta frequenza (p=~1.475 yr) durante l’ultima glaciazione. Durante l’Olocene prendono il nome di “Cicli di Bond”

HEINRICH EVENTSControparte “fredda” dei Cicli Dansgaard-Oeschger (Iceberg armada)

YOUNGER DRYAS (ca. 13 ka)Evento transiente durante l’ultima deglaciazione: ritorno a condizioni quasi-glaciali per più di 1000 anni breakdown del sistema di circolazione termoalina

Il “Medieval Warm Period” (MWP, ca. 1.6 ka)

Fase fredda fra l’800 ed il 1200 DC Intensificazione del NAD?

La “Little Ice Age” (LIA, ca. 1.6 ka)Fase fredda fra il 1400 ed il 1800 Collasso della NADW?

La laguna di Venezia gelata (1703), di G. Bella