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Autore: Franco Zavatti
Data di pubblicazione: 24 Luglio 2020
Fonte originale:  http://www.climatemonitor.it/?p=53118

L’atmosfera, gli oceani e la biosfera contengono grandi quantità di carbonio scambiabile: il 14C (o radiocarbonio, tempo di dimezzamento pari a 5570 anni) è solo un attore minore nello scenario dello scambio di carbonio tra questi depositi. Infatti il rapporto tra 14C e 12C vale circa 10-12, ma la sua caratteristica è quella di essere facilmente misurabile ed è usato per la datazione del legno e di altri materiali organici. Il radiocarbonio viene calcolato come Δ14C (‰) che deriva dalla deviazione di 14C misurato, rispetto all’attività standard dell’acido ossalico.

È possibile connettere il 14C in atmosfera alle variazioni del flusso dei raggi cosmici galattici, legate a loro volta alla variazione del vento solare e quindi, in definitiva, all’attività solare.

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Il radiocarbonio può essere misurato nella biosfera dagli anelli di accrescimento degli alberi (che forniscono la successione temporale) e dal legno, preparato opportunamente. Negli oceani, la sua presenza si misura da carotaggi di coralli.

In questo post prendo spunto da un articolo di Stuiver e Braziunas (1993) in cui viene pubblicata una serie annuale di d14C derivata da alberi del nord-ovest degli USA per il periodo 1510-1954. Mi propongo di verificare la relazione con il d14C da coralli e con l’attività solare (raggi cosmici e numero di macchie solari).

Il primo passo è stato quello di estrarre i valori che Stuiver e Braziunas pubblicano all’interno dell’articolo (altri tempi!): non ho potuto estrarre con un copia-incolla i 445 dati e li ho dovuti riscrivere a mano. In questo modo ho potuto verificare la mancanza di 19 valori, che attribuisco ad errori nella compilazione della lista, dato che gli autori scrivono “Missing or duplicate rings are usually absent in trees grown in this environment …“, riferendosi agli abeti del nord-ovest americano da cui hanno derivato la serie. Ho quindi sostituto arbitrariamente i 19 dati mancanti con valori interpolati.

Fig.1: Serie di Δ14C dalla tabella 1 di Stuiver e Braziunas (1993) e suo spettro MEM. Nel riquadro giallo sono messi in evidenza i periodi tipici di ENSO.

Dal quadro in alto si può notare che la serie disponibile è in gran parte contenuta nella Piccola Era Glaciale (PEG), periodo che è caratterizzato da importanti fluttuazioni di temperatura pur in un quadro generalmente freddo.

Due periodi particolarmente freddi si sono avuti tra il 1580 e il 1610 e tra il 1810 e il 1870, correlati in modo diverso al Δ14C: durante il primo la serie mostra un preciso minimo relativo, mentre nel secondo la diminuzione è meno evidente ed è seguita da un brusco calo per il quale non sono in grado di identificare una causa, forse anche per la fine della serie. Osservo, però, che anche misure più recenti di Δ14C (Goodkin et al., 2019) derivate da coralli lungo la costa del Vietnam, mostrate nella figura 4, si interrompono nel 1950, forse per le varie contaminazioni seguite alle esplosioni nucleari degli anni ’50-’60.

I quadri successivi di figura 1 mostrano lo spettro del Δ14C su tre intervalli di periodi; in particolare il riquadro giallo evidenzia i periodi caratteristici di ENSO (2-9 anni) mentre negli altri due sono presenti periodi di tipo solare (162 anni, ~ il ciclo di Jose di 150 anni; 89 anni, il ciclo di Gleissberg; 11 anni, ciclo di Schwabe), oceanico (61 anni, AMO; 42 anni, PDO); atmosferico (20-40 anni, NAO). Nello spettro di Δ14C vediamo quindi numerosi segnali di eventi naturali.

In figura 2 mostro il modello di raggi cosmici, costruito da Usoskin e collaboratori nel 2002.

Fig.2: Modello di raggi cosmici galattici (Usoskin et al., 2002) e suo spettro. Nel quadro in alto la line rossa è un filtro su 30 anni che verrà riprodotto in figura 3.

Lo spettro mostra alcuni massimi (53.6, 30, 21 anni) presenti in forma di bassa potenza anche in Δ14C e, in basso, la struttura del massimo a 10-11 anni già messa in evidenza da Scafetta (2012). Il confronto tra Δ14C e modello di raggi cosmici viene fatto in figura 3 dove si nota un’evidente somiglianza tra le due strutture.

Fig.3: Confronto tra Δ14C e modello dei raggi cosmici (figura 2, quadro superiore).

Credo che la spiegazione che i raggi cosmici influenzino la produzione di Δ14C e quindi anche la piccola frazione di anidride carbonica costruita con il 14C -cioè il 14CO2- sia troppo semplicistica, anche perché dalla figura si vede che tra il 1700 e il 1830 i raggi cosmici precedono, di circa 5-20 anni, il Δ14C ma che, dopo quest’ultima data, l’anticipo quasi si annulla per poi diventare un ritardo. In pratica, la sensazione che quella di figura 3 possa essere una vera relazione causa-effetto tra raggi cosmici e carbonio 14 deve essere guardata con attenzione, in mancanza di una spiegazione fisica convincente.

È importante anche verificare la consistenza tra il Δ14C da alberi e da ambiente marino, allo scopo di valutare l’uniformità o meno della distribuzione spaziale di questo isotopo. Per questo in figura 4 presento l’equivalente di figura 1 per i carotaggi sulla costa del Vietnam (Gookinet al., 2019).

Fig.4: Δ14C da carotaggi di coralli di fronte alla costa del Vietnam.

La serie è quasi esattamente sovrapponibile a quella di figura 1 e anche gli spettri, pur con qualche differenza di potenza e di periodi, mostrano la stessa struttura. Anche la serie delle macchie solari (SSN) mostra nello spettro analogie con quello del Δ14C, come si vede in figura 5.

Fig.5: Spettro della serie del numero di macchie solari (SSN) per anno. È disponibile anche un ingrandimento tra 0 e 30 anni. Lo spettro è stato calcolato nel 2012, prima che venisse introdotta la nuova versione 2 (v2, Group Number o GN) della serie. Un confronto tra gli spettri delle due serie (vecchia e nuova) è disponibile in questo grafico.

La constatazione rafforza l’idea che il Δ14C non dipenda (o dipenda in minima parte) da fattori locali o legati a particolari materiali e che possa generarsi da cause generali in grado di rendere più uniforme la sua distribuzione spaziale.

Bibliografia

 

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  • Goodkin, N.F., Bolton, A., Hughen, K.A., Karnauskas, K.B., Griffin, S., Phan, K.H., Vo, S.T., Ong, M.R., and Druffel, E.R.M. East Asian Monsoon Variability Since the Sixteenth CenturyGeophysical Research Letters40, 4790-4798, 2019. https://doi.org/10.1029/2019GL081939
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  • Minze Stuiver and Thomas F. Braziunas: Sun, ocean, climate and atmospheric 14CO2:
    an evaluation of casual and spectral relationships
    The Holocene3, no.4, 289-305, 1993.doi:10.1177/095968369300300401.
  • Usoskin, I.G., K. Mursula, S.K. Solanki, M. Schuessler and G.A. Kovaltsov. A physical reconstruction of cosmic ray intensity since 1610.J. Geophys. Res.107(A11), 1374, 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009343

 

Tutti i dati e i grafici sono disponibi nel sito di supporto

 

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