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Autore: Franco Zavatti
Data di pubblicazione: 09 Settembre 2020
Fonte originale:  http://www.climatemonitor.it/?p=53359

In un post precedente ho usato dati di Torio e Uranio e dei loro rapporti, provenienti anche da una grotta del Portogallo centro-occidentale (la Buraca Gloriosa, vicino alla città di Alvados) descritti in Tatcher et al., 2020. e disponibili nel sito NOAA dei paleo dati.

Qui uso il δ13C (d13C) e il δ18O (d18O) provenienti dalla stessa grotta per valutarne l’andamento nel tempo e il rapporto con eventi climatici (tipo eventi di Bond, qui per una spiegazione sommaria) e con situazioni storiche e preistoriche della società umana.

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Intanto fisso alcuni parametri climatici, caratterizzati dall’evoluzione temporale dei due rapporti isotopici considerati (nelle grotte, Thatcher et al., 2020)

  • δ13C: valori più bassi significano più umidità (più vegetazione, più CO2 del suolo, minori tempi di infiltrazione, minore precipitazione della calcite per la formazione delle stalagmiti).
  • δ18O: valori più bassi indicano maggiore umidità (più piogge in superficie) mentre più alti indicano maggiore aridità.

Da parte degli autori si sottolinea che l’andamento crescente di questi rapporti isotopici (aridità) traccia anche la diminuzione del soleggiamento estivo dell’emisfero nord e si affianca alla diminuzione della SST del margine iberico; è anche consistente con cambiamenti nella circolazione di Hadley e con una migrazione verso sud della zona di convergenza intertropicale (ITCZ).

Io non mi addentro in connessioni che non conosco bene ma noto, e cercherò di mostrare in questo caso, che il d18O è un indicatore della variazione di temperatura che nelle grotte è costante per brevi periodi ma che senz’altro risente della temperatura generale (esterna) su tempi dell’ordine delle migliaia di anni.

Gli autori pubblicano dati ad alta risoluzione ma rendono disponibili solo le medie su 100 anni, raccolte in intervalli (bin) della stessa larghezza (anni da 1 a 100; da 101 a 200, ecc). Ho utilizzato qui, come anno, l’anno iniziale di ogni bin. Uso anche la notazione Ka=Kyr BP per indicare le migliaia di anni fa (BP= Before Present, con il presente fissato al 2013 in questo lavoro).
I dati relativi a d13C sono mostrati in figura 1 insieme al loro spettro MEM. Nella stessa figura sono visibili anche i fit lineari di due sezioni del dataset che producono pendenze statisticamente incompatibili ed evidenziano un comportamento diverso del rapporto isotopico in due periodi distinti. Il punto di separazione (3.5-2.0 Kyr=1.5 BCE) corrisponde quasi esattamente (circa 1.1-1.2 BCE) al passaggio tra l’età del Bronzo e l’età del Ferro e vorrei poter dire che la coincidenza è casuale; il passaggio da una situazione ambientale arida (d13C crescente) ad una più umida è però troppo importante per escludere a priori conseguenze dirette. Questo è ovviamente riferito al Portogallo (a 30 km dall’Oceano), ma vedremo che qualcosa di molto simile è accaduto anche in Grecia, nel Peloponneso.

Fig.1: Serie di d13C e suo spettro MEM. Il quadro superiore mostr i dati osservati (non disponibili), organizzati dagli autori come valori medi su intervalli di 100 anni (da 1 a 100; da 101 a 200 anni, ecc) e scaricabili via rete. Si vedono chiaramente gli eventi a 4.2 e 8.2 Kyr. Da 3.2 Ka ad oggi l’andamento si stabilizza, mostrando una parallela stabilizzazione dell’aridità. Negli spettri, il massimo principale corrisponde al periodo degli eventi di Heinrich.

La figura 1 permette anche di confutare un’affermazione degli autori che all’inizio del post ho considerato valida, e cioè:

  The long-term trend in carbon and oxygen isotopic variability suggests drier conditions in the middle to late Holocene in Portugal as evidenced by increasing δ13C and δ18O values throughout the time period 9.0 ka to present.

La supposta crescita continua di entrambi i rapporti isotopici, da 9000 anni fa ad oggi, non c’è stata perché è stata interrotta da un netto cambiamento attorno a 3500 anni fa.

Le considerazioni appena espresse sono valide anche per la serie del d18O dove le fluttuazioni sono accentuate e la diminuzione dell’aridità (e, aggiungo io, della temperatura) dopo 3.5 Ka è indiscutibile.

Fig.2: Serie di d18O e suo spettro MEM. I dati sono organizzati (dagli autori) come quelli di figura 1. Oltre a quanto detto per la figura precedente, qui si nota la presenza della PEG (0.7-0.2 Ka o 1300-1813 CE) e la risalita successiva, identificabile come la crescita attuale della temperatura, che facilmente può essere configurata come uscita dal periodo freddo.

Qui si vede (come, in modo meno evidente, nella figura 1) la netta diminuzione dell’aridità-temperatura che inizia attorno a 0.7 Ka (1300 CE) e termina a circa 0.2 Ka (1813 CE), proprio in corrispondenza della Piccola Era Glaciale (PEG). L’ultimo tratto in crescita giustifica l’affermazione di molti che in realtà con il riscaldamento attuale stiamo assistendo al recupero dalla PEG e non a qualche fenomeno di “cattiveria climatica” umana.

Non l’ho fatto finora, ma è il caso di sottolineare come i due fit lineari delle figure precedenti dipendano dalla scelta dei punti iniziale e finale dei periodi interessati e siano quindi arbitrari. Per questo in figura 2 ho calcolato anche il fit parabolico su tutti i dati disponibili (linea verde) che mostra il suo massimo, e quindi gli adiacenti cambiamenti di pendenza, in corrispondenza del punto di separazione usato per i fit lineari e giustifica a posteriori la scelta fatta.

Certamente le due serie possono essere considerate indicative di condizioni aride o umide e dipendono dalle piogge filtrate all’interno della grotta e dal ritmo del filtraggio, ma entrambe sono indicative anche della temperatura, come si vede da questi due grafici in cui le stelle identificano la PEG e gli eventi a 4.2 e 8.2 Ka, dei quali almeno il primo (PEG) e il terzo (evento di Bond #5) indicano variazioni di temperatura. Probabilmente anche il secondo (evento di Bond #3), alla latitudine del Portogallo, indica una situazione calda (oltre che arida). C’è anche l’evento a 2.8 Ka (evento di Bond #2) che qui non tratto.

Gli spettri delle due serie mostrano massimi netti tra i quali risaltano quelli con periodo 6.8-6.9 Kyr (eventi di Heinrich) e 4.7 Kyr; poi sono presenti alcuni massimi tra 2 e 3 Kyr. I miei spettri MEM sono limitati dalla frequenza di Nyquist pari a 0.5 che qui si traduce in un periodo minimo di 2 Kyr.

Confronto con δ13C e δ18O della grotta Hermes (Grecia)

Kluge et al., 2020 pubblicano un interessante lavoro sulla grotta di Hermes (nel Peloponneso) e costruiscono i confronti con altre numerose grotte. Qui uso le serie d13C e d18O digitalizzate dalla loro figura 5, particolarmente chiara e facile da maneggiare. Il risultato è nelle due figure successive.

Fig.3: Serie del d13C e suo spettro Lomb. I valori numerici derivano dalla digitalizzazione della figura 5, 1.o quadro. La serie mostra un cambiamento improvviso a 1 Ka (~1000 CE) mentre prima di questa data l’andamento è lineare, debolmente crescente.

Questa serie mostra un improvviso aumento del d13C a partire da 1 Ka (circa l’anno 1000 CE) mentre prima è praticamente costante o debolmente crescente su tutto l’intervallo considerato.
Se quanto detto in precedenza è valido anche in questo caso, dall’anno 1000 CE si osserva un improvviso aumento delle piogge (dell’umidità), forse l’inizio della PEG in Grecia, alla quale sarebbe associata una temperatura non particolarmente rigida, tale da non far ricordare i fiumi e le lagune ghiacciate di altre parti dell’Europa.

L’andamento del d18O è più simile a quello portoghese, con un aumento e una successiva diminuzione dell’umidità-temperatura. Come messo in evidenza dal fit del 3.o ordine mostrato come una linea viola, il punto di svolta (il massimo) è attorno al 700-800 BCE (grosso modo l’inizio della tradizione scritta greca che identifichiamo con Omero) ma il passaggio dalla salita alla discesa è molto smussato (molto più che nel caso portoghese), al punto che la “non salita”, o plateau, potrebbe iniziare a 3.1 Ka, o 1100 BCE e quasi coincidere con quanto osservato nella Buraca Gloriosa. In ogni caso non ci si aspetta che i tempi e i ritmi siano gli stessi vicino all’Oceano Atlantico e all’interno del Mediterraneo Orientale. In particolare si nota che l’evento a 4.2 Ka qui sembra avvenire poco prima, a 4.1 Ka.

Fig.4: Serie temporale di d18O e il suo spettro Lomb. I valori numerici sono la digitalizzazione della figura 5, secondo pannello, di Kluge et al., 2020. La linea rossa è il fit lineare da cui è stato calcolato lo spettro mentre la linea viola è il fit con un polinomio del terzo ordine usato per definire l’inizio della discesa. L’inserto a fondo giallo è un ingrandimento della parte iniziale sinistra dello spettro.

Gli spettri mostrano un’estesa struttura il cui massimo principale ha un periodo variabile tra 3 e 5 Kyr e numerosi massimi secondari con periodi da 700 a 10 anni, senza trascurare un accenno di massimo a 1.5-1.6 Kyr (periodo degli eventi di Bond)

Commenti conclusivi

  1. Tramite le serie dei rapporti isotopici del carbonio e dell’ossigeno, in due grotte, si è osservato un punto di cambiamento climatico corrispondente all’incirca al passaggio dall’Età del Bronzo all’Età del Ferro (1000-1200 BCE), sia in Portogallo che, con le immaginabili e osservabili differenze, in Grecia.
  2. Nelle stesse serie compaiono gli eventi di Bond 2, 3 e 5, dei quali uno (il #3, a 4.2 Ka) era visibile anche nelle serie del Torio e dell’Uranio derivate per la grotta portoghese.
  3. È nettamente visibile il periodo corrispondente alla PEG e la successiva salita, riferita al riscaldamento globale attuale che quindi appare come un naturale recupero dal periodo freddo e non come un evento eccezionale dovuto a cause esogene (attività umane).
  4. Gli spettri mettono in evidenza i periodi caratteristici di forti e rapidi cambiamenti climatici (eventi di Bond e di Einrich), ma anche, debolmente in queste serie, i periodi dei cicli solari (sia da 1000 a 150 anni -da Eddy a Jose- che a 10 e 20 anni -Hale e Schwabe).

Bibliografia

 

  • Andy Baker, Andreas Hartmann, Wuhui Duan, Stuart Hankin, Laia Comas-Bru, Mark O. Cuthbert, Pauline C. Treble, Jay Banner, Dominique Genty, Lisa M. Baldini, Miguel Bartolomé, Ana Moreno, Carlos Pérez-Mejías & Martin Werner: Global analysis reveals climatic controls on the oxygen isotope composition of cave drip water, Nature Communications, 10, 2984, 2019. https://doi.org/10.1038/s41467-019-11027-w
  • Tobias Kluge, Tatjana S. Münster, Norbert Frank, Elisabeth Eiche, Regina Mertz-Kraus, Denis Scholz, Martin Finné, Ingmar Unkel: A 4000-year long Late Holocene climate record from Hermes Cave (Peloponnese, Greece) , Climate of the Past , May 2020. https://doi.org/10.5194/cp-2020-47
  • Diana L Thatcher, Alan D Wanamaker, Rhawn F Denniston, Yemane Asmerom, Victor J Polyak, Daniel Fullick, Caroline C Ummenhofer, David P Gillikin and Jonathan A Haws. Hydroclimate variability from western Iberia (Portugal) during the Holocene: Insights from a composite stalagmite isotope record. The Holocene, 30 (7), 966-981, 2020. https://doi.org/10.1177/0959683620908648
    Tutti i dati e i grafici sono disponibi nel sito di supporto
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