Storia climatica della Terra: ribaltati i cambiamenti in atto

Gli scienziati hanno compilato un bilancio storico e altamente fedele, delle variazioni del clima terrestre, con un'estensione di 66 milioni di anni nel passato. Il documento rivela quattro stati climatici distinti, che i ricercatori hanno soprannominato Hothouse, Warmhouse, Coolhouse e Icehouse. Questi importanti stati climatici sono sopravvissuti per milioni e a volte decine di milioni di anni, e all'interno di ognuno di essi il clima mostra variazioni ritmiche corrispondenti ai cambiamenti dell'orbita terrestre intorno al sole.

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Storia climatica della Terra

Per la prima volta, un gruppo di ricercatori, ha compilato un record continuo e ad alta fedeltà, sulle variazioni del clima terrestre che si estende in un lasso di 66 milioni di anni. Il dato rivela ben quattro stati climatici distinti, che i ricercatori hanno soprannominato Hothouse, Warmhouse, Coolhouse e Icehouse.

Questi importanti stati climatici, sono persistiti per milioni di anni, e all’interno di ognuno di essi il clima mostra variazioni ritmiche corrispondenti ai cambiamenti dell’orbita terrestre intorno al sole. Ma ogni stato climatico ha una risposta distintiva alle variazioni orbitali, che determinano cambiamenti relativamente piccoli delle temperature globali rispetto ai cambiamenti drammatici tra i diversi stati climatici.

Le nuove scoperte, pubblicate il 10 settembre su Science, sono il risultato di decenni di lavoro e di una grande collaborazione internazionale. La sfida era quella di determinare le variazioni climatiche del passato su una scala temporale abbastanza fine da vedere la variabilità attribuibile alle variazioni orbitali (nell’eccentricità dell’orbita terrestre intorno al sole e nella precessione e inclinazione del suo asse di rotazione).

Storia climatica della Terra: gli autori della ricerca descrivono il risultato raggiunto

Sappiamo da molto tempo che i cicli glaciali-interglaciali sono scanditi dai cambiamenti dell’orbita terrestre, che alterano la quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre, e gli astronomi hanno calcolato queste variazioni orbitali indietro nel tempo“; ha spiegato il coautore James Zachos, illustre professore di scienze terrestri e planetarie e Ida Benson Lynn, professore di Ocean Health all’Università di Santa Cruz.

Come abbiamo ricostruito i climi del passato, abbiamo potuto vedere abbastanza bene i cambiamenti grossolani a lungo termine. Sapevamo anche che ci sarebbe dovuta essere una variabilità ritmica su scala più fine dovuta alle variazioni orbitali, ma per molto tempo è stato considerato impossibile recuperare quel segnale”. Afferma Zachos. “Ora che siamo riusciti a catturare la variabilità climatica naturale, possiamo vedere che il riscaldamento antropogenico previsto sarà molto maggiore“.

Negli ultimi 3 milioni di anni, il clima della Terra è stato in uno stato di Icehouse (Gelo) caratterizzato dall’alternanza di periodi glaciali e interglaciali. L’uomo moderno si è evoluto durante questo periodo, ma le emissioni di gas serra, e altre attività umane stanno ora portando il pianeta verso gli stati climatici di Warmhouse (riscaldamento globale) e Hothouse (riscaldamento/effetto serra) che non si vedevano dall’epoca dell’Eocene, terminata circa 34 milioni di anni fa. Durante i primi anni dell’Eocene, non esistevano le calotte polari e le temperature medie globali erano dai 9 ai 14 gradi Celsius più alte di oggi.

Le proiezioni dell’IPCC per 2300 nello scenario “business-as-usual” porteranno potenzialmente la temperatura globale ad un livello che il pianeta non ha visto in 50 milioni di anni“. Ha detto Zachos.

I cicli di MilanKovitch

Fondamentale, per la compilazione del nuovo documento climatico, è stato ottenere nuclei di sedimenti di alta qualità. Dai bacini oceanici profondi attraverso l’International Ocean Drilling Program (ODP, poi Integrated Ocean Drilling Program, IODP; successo nel 2013 con l’International Ocean Discovery Program). Le firme dei climi passati sono registrate nei gusci di plancton microscopico (chiamato foraminifera) e conservate nei sedimenti del fondo marino.

Dopo aver analizzato i nuclei dei sedimenti, i ricercatori hanno dovuto sviluppare una “astro-cronologia”, facendo corrispondere le variazioni climatiche, registrate negli strati di sedimenti, con le variazioni dell’orbita terrestre (note come cicli di Milankovitch).

La comunità ha capito come estendere questa strategia a intervalli più vecchi a metà degli anni ’90”, ha detto Zachos, che ha condotto uno studio pubblicato nel 2001 su Science che ha mostrato la risposta climatica alle variazioni orbitali per un periodo di 5 milioni di anni, che copre il passaggio dall’epoca dell’Oligocene al Miocene, circa 25 milioni di anni fa.

Questo ha cambiato tutto, perché se avessimo potuto farlo, sapevamo di poter tornare indietro di circa 66 milioni di anni e di poter collocare questi eventi transitori e le principali transizioni del clima terrestre nel contesto delle variazioni della scala orbitale”, continua il ricercatore.

Zachos ha collaborato per anni con l’autore principale Thomas Westerhold presso il Centro di Scienze Ambientali Marine dell’Università di Brema (MARUM) in Germania. Una struttura che ospita un vasto deposito di nuclei di sedimenti.

Il laboratorio di Brema insieme al gruppo di Zachos all’UCSC ha generato gran parte dei nuovi dati per la parte più vecchia dello studio storico.

Westerhold ha supervisionato una fase critica, impiombando insieme segmenti sovrapposti del record climatico, ottenuti da nuclei di sedimenti provenienti da diverse parti del mondo.

La compilazione del Record Climatico

È un processo noioso assemblare questo lungo megasplice di record climatici, e volevamo anche replicare i record con nuclei di sedimenti separati per verificare i segnali, quindi è stato un grande sforzo della comunità internazionale che ha lavorato insieme“, ha detto Zachos.

Ora che hanno compilato un record climatico continuo, astronomicamente datato, degli ultimi 66 milioni di anni, i ricercatori possono vedere che la risposta del clima alle variazioni orbitali, dipende da fattori quali i livelli di gas serra e l’estensione delle calotte polari.

In un mondo estremo ad effetto serra senza ghiaccio, non ci sarà alcun feedback che coinvolga le calotte di ghiaccio, e questo cambia la dinamica del clima“. Rileva Zachos.

La maggior parte delle principali transizioni climatiche degli ultimi 66 milioni di anni, sono state associate ai cambiamenti dei livelli di gas serra.

Zachos ha fatto ricerche approfondite sul PaleoceneEocene Thermal Maximum (PETM), per esempio, dimostrando che questo episodio di rapido riscaldamento globale, che ha spinto il clima in uno stato di Hothouse, è stato associato a un massiccio rilascio di carbonio nell’atmosfera.

Allo stesso modo, nel tardo Eocene, mentre i livelli di anidride carbonica nell’atmosfera stavano calando, in Antartide cominciarono a formarsi delle lastre di ghiaccio e il clima passò allo stato di Coolhouse (raffreddamento).

Il clima può diventare instabile quando si avvicina a una di queste transizioni, e vediamo risposte più deterministiche alle forzature orbitali, e questo è qualcosa che vorremmo capire meglio”. Conclude Zachos.

Nella fattispecie, la ricerca del Professore, pone l’accento su come il nuovo record climatico fornisce un quadro di riferimento prezioso per molte aree di ricerca.

Conclusioni

Non è utile solo per testare i modelli climatici, ma anche per i geofisici che studiano diversi aspetti della dinamica terrestre; ed ancora per i paleontologi che studiano come i cambiamenti ambientali guidino l’evoluzione delle specie.

I coautori Steven Bohaty, ora all’Università di Southampton, e Kate Littler, ora all’Università di Exeter, hanno entrambi lavorato con Zachos alla UC Santa Cruz.

Tra i coautori dell’articolo ci sono anche ricercatori di più di una dozzina di istituzioni in tutto il mondo. Questo lavoro è stato finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), dal Natural Environmental Research Council (NERC), dal programma Horizon 2020 dell’Unione Europea, Natio.