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1 il sistema clima realizza scambi di massa e di energia tra atmosfera e idrosfera 2 ma anche la litosfera (gas vulcanici, degradazione, erosione) interagisce con atmosfera e idrosfera 3 la biosfera si situa tra idrosfera, atmosfera e idrosfera. 4 e 5 la tettonica a zolle scambia massa tra litosfera e mantello profondo 6 sistema geodinamico nel nucleo: origine del campo magnetico
Premessa: Il SISTEMA TERRA
2019-2020 C10 cause glaciazioni
Le cause «naturali» delle glaciazioni (Quaternarie)
2019-2020 2
• forzanti esterne (external forcing) : i fattori esterni al «Sistema Terra» che ne condizionano il clima
• interazioni interne al “sistema terra
• variazioni “feedback”: «Retroazioni»
• NB nello schema NON si considerano forzanti antropicheC10 cause glaciazioni
2019-2020 C10 cause glaciazioni 3
Milankovic
2019-2020 C10 cause glaciazioni 4
Clima e stagioni..: effetto dell’inclinazione dell’asse di
rotazione terrestre sul piano dell’eclittica ovvero sul piano
della rivoluzione intorno al Sole
5C10 cause glaciazioni 5
Premessa: - il sistema climatico delle Terra è attivato dall’energia del sole che si ripartisce in modo NON omogeneo sulla sua superficie
- la circolazione atmosferica e la circolazione marinacompensano trasportando “calore” dall’equatore ai poli e “freddo” dai poli all’equatore
2019-2020
James Croll(1821 – 1890)
1864: “Theory eccentricity was sufficiently great
to account for every extreme of climatic change
evidenced by geology.”
Croll credeva che l’eccentricità dell’orbita
influenzasse soprattutto la radiazione solare
ricevuta in inverno..Poco sole…molto ghiaccio
2019-2020 6C10 cause glaciazioni
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Le ipotesi di Milutin Milankovitch: variazioni ciclichedell’energia solare ricevute dal pianeta e legate aparametri astronomici
TEORIA ASTRONOMICA DEL CLIMA
Formulata negli anni ’30, Validata solo dagli anni ‘70: le variazionicicliche della configurazione orbitale potrebbero determinarecambiamenti climatici globali. Ma ancora in discussione neimeccanismi
LA TEORIA MILANKOVIANAma il merito andrebbe almeno condiviso con James Croll
C10 cause glaciazioni2019-2020
3 parametri orbitali: eccentricità, obliquità, precessione
2019-2020 8C10 cause glaciazioni
Inclinazione asse
9C10 cause glaciazioni 9
Secondo la teoria di Milankovitch, la variazione
periodica dei parametri dell’orbita terrestre
(eccentricità, inclinazione e precessione) regola la
distribuzione e l’intensità assoluta dell’insolazione
della radiazione solare che arriva sulla Terra alle diverse
latitudini.
L’inclinazione varia
tra 22.5° e 24.5°
2019-2020
2019-2020 C10 cause glaciazioni 10
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Milnakovich era convinto che questi tre parametri controllassero l’insolazione….Si ma la radiazione solare totale su tutto il pianeta cambia poco…Se il grafico mostra levariazioni dell’insolazione nell’emisfero Nord..e in quello Sud ? Magari è complementare
400 kyr
400 kyr
400 kyr
2019-2020 C10 cause glaciazioni
- I parametri non influenzano tanto la quantità assoluta di energia che arriva sul pianeta: la ridistribuiscono a diverse latitudini, nei diversi periodi dell’anno, nei due emisferi
- stagionalità: la differenza di temperatura tra estate e inverno (importante anche la differenza tra emisfero N e emisfero S)
- Scarsa stagionalità: poca differenza tra estate e inverno. Riduzione dell’insolazione estiva, estati fresche, scarsa fusione. Inverno tepido, molta umidità. Molte precipitazione nevose
Condizoni favorevoli ad una fase GLACIALE
- Elevata stagionalità: aumento dell’insolazione estiva, estati calde, elevata fusione della neve. Inverni freddi, poca umidità, diminuzione dell’innevamento
DEGLACIAZIONE
Ma è fondamentale la diversa distribuzione delle terre emerse
nei due emisferi !!
E la terra si riscalda (e si raffredda) molto più
velocemente del mare
2019-2020 12C10 cause glaciazioni
2019-2020 C10 cause glaciazioni 13
costanza di
temperature all’equatore
- Sempre ampie
differenze di temperatura
tra estate e inverno
all’aumentare delle
latitudine
- Ampie escursioni
termiche a terra, molto
inferiori a mare
- Ampie escursioni
stagionali nell’emisfero N,
meno in quello S
Emisfero nord equatore emisfero sud
2019-2020 C10 cause glaciazioni 14
http://phl.upr.edu/library/notes/analysisofthedistributionoflandandoceans
2019-2020 C10 cause glaciazioni 15
NB nell’emisfero settentrionale il DOPPIO di terre emerse
dell’emisfero meridionale
2019-2020 16C10 cause glaciazioni
Anni ‘70 -80: attraverso lo studio delle carote di ghiaccio e carote
marine profonde (sequenze continue) si quantificano e datano le
variazioni climatiche (non necessariamente glaciazioni..)
2019-2020 C10 cause glaciazioni 17
La teoria di Milankovitch riprende interesse.La ciclicità dei dati climatici viene confrontata con la ciclicità
dei parametri orbitali
MIS: Marine isotopic stages. Equivalgono alle fasi glaciali e interglaciali
Gli stage dispari rappresentano stage caldi (interglaciali)..; gli stage pari
quelli freddi
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NON tutti i picchi freddi determinano glaciazioni
2019-2020 C10 cause glaciazioni 19
RISULTATI
-13 glaicazioni principali e altre 9 secondarie ?
-prima di 1.2 a milioni di anni i cicli glaciali
sembrano controllati dal ciclo astronomico dei 41.
kyr (inclinazione)
-1.2 ma a 900 kyr: periodo di transzione
- da 900 kyr all’attuale ciclo 100 kyr
-- r
2019-2020 C10 cause glaciazioni 20
PROBLEMI (tanti)
• Datazione dei dati sperimentali (age model):
necessità di datare in modo preciso eventi sempre più
ravvicinati (102 anni)
• Analisi spettrale (ciclicità delle serie temporali) dei
dati sperimentali
• RUOLO DELLA CO2 e del CH4, ambedue gas serra,
ma che sembrano comportarsi diversamente
• altri fattori amplificativi
Fattori amplificativi e meccanismi di feedback(Siegert, 2001)
- Livello del mare. Inizio glaciazione abbassamento l.m.m
nuove aree di piattaforma che emergono e ghiacciano
- albedo. Aree ad elevata albedo non assorbono il calore,
Se si estendono le aree ricoperte di ghiaccio aumenta l’albedo
più superficie che NON assorbe calore
- Quota delle calotte polari: più si elevano e si espandono più
aumenta la superficie al di sopra dell’ELA -> aumenta la
superficie dei bacini di alimentazione glaciale
- C02: ma causa o effetto ?: all’inizio dei periodo glaciali
l’abbassamento della temperatura e successivo abbassamento
delIl tenore della CO2 in atmosfera. Diminuzione effetto serra
+ freddo
-Circolazione oceanica: cambia il modo di trasferire il calore tra
le varie fasce latitudinali_2019-2020 21C10 cause glaciazioni
22C10 cause glaciazioni 22
La chiusura dell’istmo di Panama, circa 3-5 ma fa, ha modificato la circolazione
dell’Atlantico settentrionale, rinforzando la corrente del Golfo, e portando acque
calde e umide nell’Artico . Aumento delle precipitazoni…
Posizione terre emerse < = > circuito correnti marine
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Antartide: frammentazione e isolamento
2019-2020 C10 cause glaciazioni
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Effetti dei sollevamenti delle montagne Rocciose e dell’Himalaya sulla circolazione atmosferica (venti e piogge)
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Tutti questi sollevamenti + l’innalzamento di Alpi e Appennini avvengono durante il Cenozoico
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ERUZIONI VULCANICHE
raffreddamento
emissione di ceneri
diminuzione trasparenza
dell’atmosfera
Etnadicembre 2002
VEI: volcanicexplosivity index;6 = >10 km3 di materiale eiettato,
7 > 100 km3
Eruzione del Tambora, Indonesial’anno senza estateC10 cause glaciazioni2019-2020
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La CO2 gas serra
Siegert, 2000: Per ragioni non del tutto comprese quando fa
più freddo la concentrazione di CO2 nell’atmosfera si abbassa
Diminuisce l’effetto serra -> la temperatura si abbassa
ancora di più
PERCHE’ ?
Ipotesi: se si abbassa a temperatura, aumenta la superficie
marina ricoperta da ghiaccio
Diminuiscono gli scambi di CO2 tra atmosfera e mare
Oppure
Aumenta la solubilità delle CO2 nelle acque oceaniche
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Caldo
Freddo
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Alterazione dei silicati (feldspati)
CaAl2Si2O8 + 2H2CO3 + H2O <====> Ca2+ + 2HCO3- +
Al2Si2O5(OH)4
Dissoluzione dei carbonati
CaCO3 + H2O + CO2 <====> Ca2+ + 2HCO3-
Ma l’innalzamento di una catena montuosa provoca un aumento del tasso di alterazione delle rocce !
Ambedue queste reazione «usano» CO2, e quindi sottraggono CO2 dall’atmosfera e lo restituiscono sotto forma di ione bicarbonato alle acque continentali
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1 La degradazione delle rocce: interazione litosfera e clima
3 La degradazione dei
silicati rimuove CO2
dall’atmosfera
2 La variabilità dalla concentrazione della CO2 in atmosfera induce
una corrispondente variabilità della velocità della degradazione
30C10 cause glaciazioni 30
Sintesi clorofilliana (vegetazione, foreste, utilizzo del suolo)
e precipitazione di gusci calcarei in ambiente marino
Ambedue questi processi tolgono CO2 al sistema..
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Quali di questi processi «pesano» di più e quali«pesano» di meno ?
Ciclo del Carbonio, calcolo dei flussi
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Già Milankovitch aveva ipotizzato che ci dovesse
essere un ritardo tra la causa (l’insolazione) e l’effetto
(l’aumento dei volume dei ghiacci) E che l’emisfero
settentrionale..reagiva per primo..mentre quello
meridionale seguiva
Linea rossa:
variazione dell’insolazione
Linea blu:
responso dei ghiacci
NB importanza di datazioni precise
e calibrate
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Forzante esterne:
Insolazione
Forzanti interne (alcune):
Gas serra, circolazione
atmosferica e oceanica,
distribuzione “orizzontale
e verticale delle masse
continentali
Vari modelli di relazioni e ritardi tra insolazione,
temperatura/composizione dell’atmosfera (gas serra) e espansione dei
ghiacci continentali, livello del mare
NB l’energia emessa dal sole viene considerata costante !!
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