Geologia e Litologia 9 Paleoclimatologia

PALEOCLIMATOLOGIA
IL QUATERNARIO
Il Quaternario è l'ultimo Periodo dell'Era Cenozoica, in cui
noi stiamo tuttora vivendo. Iniziò circa 1,8 milioni di anni
fa con l'Epoca chiamata Pleistocene (che terminò circa
10.000 anni fa) e continua con l'Epoca detta Olocene.
IL QUATERNARIO
9Nel Quaternario si è verificata l'espansione dei ghiacciai che avanzarono e si
ritirarono ripetutamente nel corso dell’epoca denominata Pleistocene.
9Negli ultimi 1,8 milioni di anni si sono verificate almeno cinque grandi
glaciazioni (Donau, Gunz, Mindel, Riss e Würm). Durante tali fasi la formazione di
quantità di ghiaccio molto ingenti sottraeva acqua agli oceani, provocando
l'abbassamento del livello del mare e lasciando emerse vaste aree continentali.
Nelle fasi interglaciali (ovvero quelle intermedie tra due glaciazioni) più calde, il
ritiro dei ghiacci determinava l'aumento del livello medio del mare.
9Durante l'ultima fase glaciale, il Würm, terminata circa 10.000 anni fa, e che ha
raggiunto il suo apice circa 19.500 anni fa, il livello del mare si è abbassato fino a
120 m sotto il livello attuale, originando un grande cambiamento della geografia
delle coste e l'emersione di vaste porzioni di piattaforma continentale, nonché la
creazione di un ponte fra l'Asia ed il Nord America ("il corridoio di Bering"),
responsabile, fra l'altro, di migrazioni di animali fra i due continenti e del
popolamento umano del Nord America.
IL QUATERNARIO
9Attorno alla metà dell’800 si cominciò ad affermare la teoria che vaste regioni
dell’Europa erano state coperte da ghiacciai poi scomparsi, osservando l’ubicazione
dei depositi glaciali e delle forme di erosione glaciale. Ben presto ci si rese conto che
più di una volta le stesse regioni erano state interessate da avanzate e ritirate dei
ghiacciai. La successione dei periodi glaciali e interglaciali fu riconosciuta nelle Alpi
da studiosi austriaci che distinsero 5 grandi glaciazioni denominate dalla più antica:
Donau, Gunz, Mindel, Riss e Wurm, separate da periodi più caldi.
9Un primo raffreddamento si verificò circa 2.4 milioni di anni fa, seguito da molti
altri intervallati da periodi caldi. Si pensa che negli ultimi 1.6 milioni di anni vi siano
state 6 o 7 fasi glaciali, all’interno dei quali si collocano le 5 principali riconosciute in
Europa e Nord America. Durante queste ere glaciali, la temperatura media globale era
2°-3°C minore di quella attuale, e i ghiacci ricoprivano ampie porzioni del globo. Il
livello medio degli oceani era circa 100-120 m più basso dell’attuale. I periodi più
caldi tra le età glaciali sono detti interglaciali.
IL QUATERNARIO
In Italia, la Sardegna era collegata alla Corsica e molte isole del Tirreno erano
attaccate alla terraferma. L'abbassamento del livello del Mar Adriatico determinò
un'enorme espansione della pianura padana, le cui coste arrivavano fino a Sud di
Ancona.
IL
QUATERNARIO
9Oggi i ghiacciai ricoprono circa il 10% delle terre emerse, ma durante i periodi glaciali del
Pleistocene, l’ultimo dei quali ebbe il suo massimo attorno a 19.500 anni fa, essi erano estesi su
circa il 30 % delle terre emerse.
9In particolare, la calotta della Laurentide occupava gran parte del Nord America, con una
superficie di circa 13.000.000 kmq, e l’Europa Settentrionale era coperta da una calotta di circa
4.000.000 kmq. Anche le valli alpine erano completamente riempite dai ghiacciai.
9Alla latitudine di Milano i ghiacciai scesero dal Nord e arrivarono fino a poche decine di km da
dove oggi si trova il capoluogo lombardo.
Queste ricostruzioni delle posizioni passate dei ghiacciai sono rese possibili dal rilevamento di
depositi glaciali come le morene.
IL QUATERNARIO
Le aree alpine che sono state percorse da un ghiacciaio presentano una morfologia particolare
dovuta al modellamento glaciale.
9Le valli a U sono una tipica morfologia prodotta dal passaggio di un ghiacciaio, dovuta alla
presenza nel fondovalle di una spessa coltre di depositi glaciali di fondo.
9Gli affioramenti rocciosi presenti lungo il fondovalle e sulle pareti presentano scanalature e
chiamate strie glaciali, che sono orientate secondo la direzione di scorrimento del ghiacciaio.
9I tipici depositi di accumulo di un ghiacciaio, comunemente noti come morene si rinvengono
dove è avvenuta la deposizione del materiale portato dalla lingua glaciale.
9Tra il materiale roccioso trasportato dai ghiacciai si hanno anche i cosiddetti “massi erratici”.
IL QUATERNARIO
Strie glaciali e massi
erratici sono gli indizi
più evidenti dell’attività
di erosione, trasporto e
deposizione dei
ghiacciai
CAUSE DELLE GLACIAZIONI
9L’eccentricità dell’orbita terrestre varia fra un valore minimo e uno massimo in
un periodo complessivo di circa 100.000 anni. La causa delle variazioni di questo
parametro dell’orbita è individuato nell’attrazione esercitata da Giove.
9L’inclinazione dell’asse terrestre rispetto alla perpendicolare al piano
dell’eclittica oscilla fra 22.1 gradi e 24.5 gradi (attualmente è di 23.5°) in un
periodo di circa 41.000 anni.
9Infine il moto di precessione contribuisce a determinare il massimo
dell’insolazione alternativamente sull’emisfero australe e su quello boreale. Oggi
al perielio, si ha l’inverno boreale e l’estate australe, e in afelio si ha l’estate
boreale e l’inverno australe. Ricordiamo il ruolo delle masse oceaniche nello
stabilizzare il clima. Fra 13.000 anni, l’asse terrestre punterà su Vega, e la
situazione si sarà invertita, con estate al massimo dell’insolazione e inverno al
minimo dell’insolazione, nel nostro emisfero.
LA TEORIA DI MILANKOVITCH
Milankovitch descrisse i
cambiamenti nella
quantità di radiazione
solare ricevuta dalla
Terra facendo
riferimento a cause
astronomiche
Mutamenti
nell’eccentricità
dell’orbita e
dell’inclinazione
dell’asse terrestre
VARIAZIONI DELL’ECCENTRICITA’ DELL’ORBITA
Periodicità: 100.000 anni
Questo è uno dei tre cicli di Milankovitch, che si pensa possano influire in modo
determinante sulle glaciazioni e sui periodi interglaciali.
Essi influenzano direttamente la distribuzione di energia solare sul globo, e accentuano o
diminuiscono i contrasti fra le stagioni.
La variazione di eccentricità dell’orbita da un valore massimo ad un minimo ed ancora ad
un massimo, con un periodo tra i due massimi valori di circa 100.000 anni, fa variare la
differenza fra energia solare ricevuta al perielio e all’afelio. Oggi l’orbita della Terra è a
bassa eccentricità.
VARIAZIONE DELL’INCLINAZIONE DELL’ASSE DI
ROTAZIONE
E’ un altro dei tre cicli di Milankovitch che, insieme agli altri, può avere un
notevole effetto sul clima sulla Terra.
Pianeti come Mercurio hanno l’asse perpendicolare al piano dell’orbita (eclittica)
e dunque non hanno stagioni.
Più l’asse è inclinato più estremi sono i contrasti fra le stagioni.
Periodicità: 41.000 anni
PRECESSIONE E CAMBIAMENTI
CLIMATICI
Quando l’asse di rotazione, fra 13.000 anni, punterà verso la
stella Vega, nel nostro emisfero l’estate si avrà quando la
Terra sarà in perielio, mentre l’inverno con la Terra in afelio
(esattamente come accade oggi per l’emisfero australe).
Questo potrà generare contrasti fra estate ed inverno più
estremi di oggi, in concomitanza con l’influsso degli altri 2
cicli di Milankovitch.
PRECESSIONE E CAMBIAMENTI
CLIMATICI
This figures
have been
derived from
the Vostok
ice core,
taken in
Antarctica.
J.R. Petit, J.
Jouzel. et.
al. Climate
and
atmospheric
history of the
past 420 000
years from
the Vostok
ice core in
Antarctica,
Nature 399
(3June), pp
429-436,
1999 Link to
web-site
http://www.gr
ida.no/climat
e/vital/02.ht
m
This figures
have been
derived from
the Vostok
ice core,
taken in
Antarctica.
J.R. Petit, J.
Jouzel. et.
al. Climate
and
atmospheric
history of the
past 420 000
years from
the Vostok
ice core in
Antarctica,
Nature 399
(3June), pp
429-436,
1999 Link to
web-site
http://www.gr
ida.no/climat
e/vital/02.ht
m
ALTRE POSSIBILI CAUSE DELLE GLACIAZIONI
I CLIMI DEL PASSATO SONO STATI INFLUENZATI
ANCHE DALLA POSIZIONE DEI CONTINENTI SUL
GLOBO TERRESTRE.
TETTONICA
A ZOLLE,
CO2 E
CLIMA
I vulcani producono gas ricchi di CO2. Se il vulcanismo globale rallenta, come nel caso
dell’assembramento e stabilizzazione dei supercontinenti, si ha meno CO2
nell’atmosfera, e si può innescare il raffreddamento globale. Un aumento dell’attività
vulcanica invece immette maggiori gas ricchi di CO2 nell’atmosfera e produce un
riscaldamento globale
LE GLACIAZIONI PRIMA DEL QUATERNARIO
9Depositi glaciali sono stati individuati in rocce di differente erà: le più antiche testimonianze di
attività glaciale sono contenute in rocce del Sudafrica appartenenti al Proterozoico.
9Successivamente, nell’Era Paleozoica vi furono altre grandi glaciazioni nel periodo Ordoviciano,
nel Devoniano, nel Carbonifero e nel Permiano. Le cause della glaciazione Carbonifero-Permiana
sembrano legate al fatto che grandi masse continentali in posizione polare si siano coperte di
ghiaccio ed avere indotto un raffreddamento globale.
LE GLACIAZIONI PRIMA DEL QUATERNARIO
9L’assenza di glaciazioni durante il Mesozoico si può spiegare con l’esistenza, durante quell’Era, di
una fascia oceanica equatoriale continua, progressivamente chiusa durante il Cenozoico, fra 50
milioni e 15 milioni di anni fa.
9Per quanto riguarda le glaciazioni dell’Era Cenozoica, già nell’Oligocene (30 milioni di anni fa) ci
fu un primo raffreddamento globale: il mutamento climatico sembra essere dovuto a cambiamenti nel
regime delle correnti oceaniche superficiali, ed in particolare all’interruzione, connessa con la deriva
dei continenti, della circolazione subtropicale esistente nel Cretaceo.
9Attorno a 6 milioni di anni fa, nel Miocene superiore, vi fu un netto aumento del volume del
ghiaccio antartico, che produsse un abbassamento del livello del mare e contribuì all’isolamento del
Mediterraneo, che si prosciugò durante la crisi di salinità messiniana.
LA PICCOLA ERA GLACIALE
9La piccola era glaciale è un periodo storico
che va dalla metà del XV secolo alla metà del
XIX secolo. Un periodo di 400 anni durante il
quale in Europa i ghiacciai montani erano
espansi ed il clima era così freddo da causare
gravi carestie.
9Già a partire dal tredicesimo secolo si erano
verificati inverni molto freddi o estati
particolarmente piovose (1204/5, 1233/4,
1269/70, 1309/10 e 1407/8), ma alcuni
climatologi sostengono che il vero cambiamento
di rotta si possa identificare nell’inverno del
1431, uno dei peggiori del 2° millennio, il primo
di sette inverni successivi con un centro di alta
pressione persistente che interessò la
Scandinavia e che portò freddissimi venti dalla
Siberia. Durante quegli inverni cessò la
produzione di vino in Inghilterra e scomparvero
gli ulivi nella pianura Padana.
VULCANI E CLIMA
Alle fluttuazioni climatiche degli ultimi secoli, hanno contribuito anche le
eruzioni vulcaniche maggiori, che hanno riversato enormi quantità di
ceneri vulcaniche e di gas vulcanici (soprattutto SO2) nell’atmosfera.
Tra queste ricordiamo l’eruzione di Laki, 1783, con 12 Km3 di basalto ed
enormi volumi di HF; l’eruzione del Tambora (anno senza estate), del
Pinatubo nel 1991.
LAKI, ISLANDA, 1783
9Il volume del magma emesso
nell’eruzione di Laki fu di circa 12 Km
cubici di lava basaltica che si riversò su
quasi 600 kmq di territorio.
9Assieme al materiale solido furono
immesse nell’atmosfera 80 milioni di
tonnellate di gas (HF).
9Più della metà degli animali da
allevamento morì per avvelenamento o
per fame ed ebbe inizio un lungo
periodo di carestia che portò alla morte
di 20.000 persone, pari al 30 per cento
della popolazione islandese dell’epoca.
LAKI, ISLANDA, 1783
9L’inverno del 1784 fu uno dei più freddi che si ricordino in Europa. I dati delle
stazioni meteorologiche italiane non lasciano dubbi sull’impatto dell’eruzione
islandese.
9Su 171 anni presi in considerazione, il 1784 risulta il più nevoso.
9Importante fu la testimonianza del famoso scienziato Benjamin Franklin che in
quel periodo si trovava a Parigi e descrisse la permanente presenza di una nebbia
scura. La luce solare giungeva a terra estremamente debole ed anche in estate non
era in grado di scaldare il terreno.
9Negli Stati Uniti orientali, la temperatura media dell’inverno del 1784 fu di 4.8°C
inferiore alla media calcolata sui 225 inverni precedenti.
L’ANNO SENZA ESTATE
9Alla fine del 1815 si ebbe in Indonesia la
maggiore eruzione della storia: 150 Km cubi di
pomici emesse dal vulcano Tambora (90.000
vittime sull’Isola di Sumbawa e a Bali).
9Questa eruzione ebbe conseguenze climatiche,
che vennero sentite in tutto il mondo, ed in
particolare in Europa, USA e Canada. Il 1816
venne definito l’anno senza estate.
9Negli Stati Uniti orientali, in luglio e agosto le
temperature medie rimasero attorno a 4°C.
9Attorno al 20 agosto le minime scesero sotto lo
zero. Per tutta quell’estate gelo e neve distrussero i
raccolti.
9Da metà settembre del 1816 iniziò l’inverno
peggiore della storia degli USA, dopo quello del
1784, conseguente all’eruzione del Laki.
PINATUBO, FILIPPINE, 1991
920 milioni di tonnellate di anidride solforosa
sono state immesse nell’atmosfera nel 1991
durante l’eruzione del vulcano Pinatubo,
Filippine. Gli effetti dell’eruzione sul clima del
pianeta si sono fatti sentire per parecchi anni.
9La combinazione di SO2 e vapore acqueo
nell’atmosfera ha creato uno strato di aerosol
che ha bloccato parte della radiazione solare
incidente, negli anni 1991 e 1992.
9Gli inverni del 1991, del 1992 e del 1993 in
regioni come l’Alaska, la Groenlandia, il Nord
Europa, il Medio Oriente e la Cina, sono stati
particolarmente freddi.
9Si sono inoltre registrati fenomeni
meteorologici rari come la neve in Israele e la
morte dei coralli del Mar Rosso.
SUPER-VULCANI E CLIMA
L’eruzione di Yellowstone, 2.2 milioni di anni fa, emise un volume di 2500 km3 di
magma frammentato.
La storia geologica della grande caldera (70 km di diametro) fa prevedere che questo
super-vulcano generi un’eruzione cataclismatica ogni 600.000 anni. L’ultima
eruzione risale a 640.000 anni fa. Le conseguenze sul clima globale di un evento di
questa portata sarebbero gravissime: l’immissione nell’atmosfera terrestre di un
volume di materiale piroclastico pari a 16 volte quello emesso dal Tambora, farebbe
entrare la Terra in un “inverno vulcanico”.