Premessa: Il SISTEMA TERRA

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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


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


Inclinazione asse


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


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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


- 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



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


http://phl.upr.edu/library/notes/analysisofthedistributionoflandandoceans


NB nell’emisfero settentrionale il DOPPIO di terre emerse

dell’emisfero meridionale


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..)


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


NON tutti i picchi freddi determinano glaciazioni


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


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


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

2019-2020

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Antartide: frammentazione e isolamento



Effetti dei sollevamenti delle montagne Rocciose e dell’Himalaya sulla circolazione atmosferica (venti e piogge)

2019-2020

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


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


Caldo

Freddo


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


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


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


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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