Interglaciali tra 0 e 800 mila anni

Riassunto: dai dati del gruppo di lavoro di PAGES sugli interglaciali si analizza la serie del δ18O bentonico tra 0 e 800 mila anni fa. Lo spettro mostra i massimi pricipali a 40 e 100 ka (migliaia di anni) e il fit lineare di sette salite da glaciale a interglaciale mette in evidenzaun aumento di pendenza dagli interglaciali lontani a quelli più vicini a noi. È anche posibile che le pendenze formino due gruppi distinti di valori, con l’interglaciale 11c a fare da cerniera tra i due gruppi. I dati δ18O mostrano variazioni che è possibile associare ad eventi storici e preistorici. La parte iniziale del file 00readme è un primo tentativo di costruire una specie di “riassunto grafico” del post.
Abstract: among the data of the Working Group on Past Interglacials of PAGES the analysis of the the benthic δ18O series 0-800 ka (thousands of years) is presented. Its spectrum shows preminent maxima at 40 and 100 ka and the linear fits of seven glacial-interglacial raises outline the grow of the slope from ancient to young interglacials. Also, it is possible that the slopes belong to two distict groups, the 11c interglacial acting as the link between the two. δ18O data shows variations to be possibly asociated to historical and prehistorical events. The top section of the file 00readme is a first attempt to build a sort of “graphical abstract” of the post.

Dall’articolo del gruppo di lavoro sugli interglaciali (IG) di PAGES, Past Interglacials Working Group of PAGES, 2016 (d’ora in poi P2016), ho estratto numerosi dataset biologici e fisici relativi al periodo 0-800 ka (1ka=1000 anni). In particolare qui descrivo la frazione di 18O rispetto a 16O (δ18O, in permille o o/oo), un proxy della temperatura, ricavata dai gusci dei foraminiferi bentonici (unicellulari che vivono sul fondo degli oceani o ancorati a supporti solidi). Questi dati (con passo pari a 1 ka) sono mostrati in fig.1 (pdf) nella quale si nota la relazione inversa tra δ18O e temperatura, per cui valori più bassi dell’uno corrispondono a valori più elevati dell’altra.

Fig.1: grafico e spettro del δ18O bentonico. Le due righe orizzontali fucsia sono i limiti inferiori per una possibile inclusione/esclusione degli IG. Gli IG sono definiti dalla combinazione numero-lettera riportata nella parte superiore del grafico, v. testo. Quelli usati in questa figura (LR04) sono i dati “impilati” (stacked) di Lisiecki and Raymo, 2005.

Dalla figura si ricava la presenza di circa 11 massimi di temperature (cioè minimi di δ18O) e uno degli scopi di P2016 ( forse il principale) è una definizione dei periodi interglaciali tramite criteri oggettivi. Il criterio usato nell’articolo è quello del livello del mare associato alla quasi totale mancanza di ghiaccio continentale (Groenlandia esclusa). Con questo criterio -definito “robusto”– P2016 identifica 11 interglaciali e 2 interstadiali, oscillazioni positive della temperatura ma troppo deboli e troppo brevi per raggiungere lo “status” di interglaciale.
In fig.1 le due righe orizzontali rappresentano due valori limite (usati in P2016) al di sopra dei quali (e quindi per valori di δ18O minori dei quali) è possibile definire un IG. In P2016, table 1, sono elencati i sette criteri usati normalmente, con i rispettivi vantaggi e svantaggi.

Ancora da fig.1, gli inter-glaciali_e_stadiali sono identificati da un numero e da una lettera, nei quali viene sottointeso il prefisso MIS (Marine Iotope Stages): ad esempio l’Olocene è definito dal numero 1 (intendendo MIS 1) e l’Eemiano da 5e (MIS 5e). Da notare che i periodi caldi sono caratterizzati da valori MIS dispari. Nel quadro inferiore di fig.1 lo spettro mostra che i due periodi preminenti sono 40 e 100 ka.

Nota: l’argomento non viene trattato in questo post (dati e grafici sono però nel sito di supporto) ma tutti i dataset biologici analizzati mostrano picchi spettrali a 40 e 100 ka. Tranne che nello spettro di fig.1 per motivi contingenti, in tutti gli spettri è presente anche un forte massimo a 1 ka, la cui presenza viene sottolineata anche in P2016, che io ho però considerato con sospetto perché i dati sono quasi tutti a passo 1 ka.

Gli autori di P2016 sottolineano che “Somewhere between 1.2 and 0.6 Ma ago, weaker cycles with a period of ~40 ka gave way to stronger (greater isotopic amplitude) cycles with a recurrence period closer to 100 ka. This change is known as the Mid-Pleistocene Transition or Revolution. Its exact date is debated, and it is likely that different aspects of climate shifted into their new mode of operation at different times. By 800 ka ago, the change in ampli- tude was complete in most records, and glacial cycles with sea level amplitudes of more than 100 m were occurring, mostly with lengths of the order of 100 ka.” [Da qualche parte, tra 1.2 e 0.6 Ma fa, cicli più deboli con un periodo di circa 40 ka hanno fatto spazio a cicli più forti (di maggiore ampiezza isotopica) di periodo più vicino a 100 ka. Questo cambiamento è noto come “transizione (o rivoluzione) del medio Pleistocene”. La data esatta è oggetto di discusione ed è probabile che aspetti differenti del clima siano passati al nuovo modo operativo in tempi differenti. Da 800 ka il cambiamento in ampiezza era completato nella maggior parte delle registrazioni e i cicli glaciali con ampiezza del livello del marino superiore a 100 metri stavano già avvenendo, soprattutto con lunghezze di 100 ka.]

Ho riprodotto in fig.2 (pdf) il quadro superiore di fig.1 e (sotto) la stessa figura con sottolineati (in rosso) i fit lineari del passaggio (la salita) tra glaciale e interglaciale di alcuni (7) IG che, soggettivamente, ho ritenuto significativi, e cioè 1, 5e, 9e, 11c, 15e, 17c, 19c.

Fig.2: (alto) andamento del δ18O (come in fig.1) e (basso) fit lineari di 7 salite glaciale-interglaciale. I valori numerici delle pendenze sono in tabella 1.

Le pendenze (in permille/ka) delle transizioni sono nella successiva tabella 1, insieme alle loro deviazioni standard.

Tabella 1. Pendenza delle 7 transizioni glaciale-interglaciale di fig.2
IG Pendenza
o/oo/ka
dev.std.
o/oo/ka
Passo (ka)
Note
1 0.118 0.009 100, Olocene
5e 0.105 0.009 100, Eemiano
9e 0.14 0.01 100
11c 0.071 0.004 100, “cerniera”
15e 0.093 0.007   40
17c 0.052 0.005   40
19c 0.09 0.01   40

Per verificare la frase di P2016 citata sopra e, in ogni caso, per vedere se anche nelle pendenze ci sia differenza tra un “prima” e un “dopo”, riporto in fig.3 (pdf) le pendenze calcolate, in funzione del numero progressivo di IG, e il fit lineare complessivo che mostra un aumento della pendenza andando dal più antico al più recente interglaciale.
Ora, senza voler fare calcoli statistici o probabilistici inopportuni con campioni di 3 o 4 elementi, dalla fig.3 si vede che i 3 IG più antichi (15e,17c, 19c) si attestano su una pendenza media di circa 7.5 (calcolata ad occhio), mentre i 3 più recenti (1, 5e, 9e) hanno una media di circa 12.5 (il 40% più alta della precedente).

Fig.3: Le pendenze di tabella 1 e i loro errori (moltiplicati per 100) in funzione del numero progressivo di IG e, in rosso, il fit lineare complessivo.

La presenza di due classi di pendenza sembra una possibilità da non trascurare (e con essa una conferma di quanto affermato in P2016), con l’IG 11c a fare da “cerniera”: pendenza nell’intervallo degli IG più antichi e “forza” (v. fig.2) nell’intervallo degli IG più recenti. La fig.3 sembra mostrare il passaggio da una situazione abbastanza stabile (15e, 17c, 19c) ad un’altra altrettanto stabile (1, 5e), attraverso oscillazioni (9e, 11c) più o meno accentuate.

Un ingrandimento di MIS 1 (Olocene) tra 0 e 20 ka mostrato in fig.4 (pdf) permette di verificare che i valori del proxy δ18O possono essere associati ad eventi storici e preistorici caratterizzati da variazioni di temperatura. Ne ho indicati alcuni, certo che lettori più esperti di me potranno identificarne altri, in particolare tra 9 e 11 ka BP.

Fig.4: Ingrandimento di MIS 1 tra 0 e 20 ka, in cui sono identificati eventi storici e preistorici. Le scale dei tempi sono BP e BCE/CE (in rosso).

Non vorrei caratterizzare politicamente (politica climatica) questo post, il che esula dai suoi scopi, ma la figura 4 ci mostra anche che dall’anno 1000 CE ci troviamo in una fase di temperatura (δ18O) stabile e leggermente inferiore a quelle precedenti (LIA?) e che fluttuazioni più o meno “industriali” devono aver avuto un peso molto basso se paragonate alle forze in gioco.

Tutti i grafici e i dati, iniziali e derivati, relativi a questo post si trovano nel sito di supporto qui, nell’ultima sezione in basso

Bibliografia

  • Lisiecki, L. E., and M. E. Raymo (2005), A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic delta O-18 records, Paleoceanography, 20, PA1003, doi:10.1029/2004PA001071
  • Past Interglacials Working Group of PAGES (2016), Interglacials of the last 800,000 years, Rev. Geophys., 54, 162-219, doi:10.1002/2015RG000482. Liberamente disponibile.
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Author: Franco Zavatti

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6 Comments

  1. “Non vorrei caratterizzare politicamente (politica climatica) questo post, il che esula dai suoi scopi, ma la figura 4 ci mostra anche che dall’anno 1000 CE ci troviamo in una fase di temperatura (δ18O) stabile e leggermente inferiore a quelle precedenti (LIA?) e che fluttuazioni più o meno “industriali” devono aver avuto un peso molto basso se paragonate alle forze in gioco.”
    .
    E’ solo grazie a questi grafici che ci rendiamo conto di essere presuntuosi. Consideriamo per un attimo la variazione di temperatura avvenuta tra 20000 anni fa e 7000 anni fa e confrontiamola con quella degli ultimi 1000 anni: il confronto è senza storia, anzi potremmo dire che negli ultimi mille anni la temperatura è restata costante. Senza scomodare la “salita” da 20000 a 7000 anni fa, anche il confronto tra la variazione di temperatura avvenuta negli ultimi settemila anni e quella intervenuta negli ultimi mille anni è impietosa.
    E’ proprio sulla base di queste considerazioni che resto interdetto di fronte ad espressioni come “senza precedenti” riferite alle variazioni di temperatura odierne.
    .
    Qualcuno mi risponderà che i dati termometrici sono una cosa e quelli di prossimità un’altra. D’accordo, ma non possiamo ignorare che le variazioni messe a confronto differiscono di qualche ordine di grandezza. Alla luce di queste considerazioni non appare peregrino chiedersi se è sensato mettere a confronto l’azione umana con quella della Natura ed affermare che l’effetto antropico sia in grado di competere con quello naturale.
    Ciao, Donato.

    Post a Reply
    • Caro Donato,
      è vero che i dati proxy sono difficilmente confrontabili con quelli del termometro, ma i gusci dei foraminiferi hanno prodotto rapporti isotopici diversi quando le condizioni climatiche sono cambiate abbastanza da richiederlo (e questi unicellulari vivevano nel fondo degli oceani).
      Possiamo solo immaginare i grandi cambiamenti avvenuti sulla superficie terrestre (marina non saprei: il confronto tra d18O bentonico e planctonico mostra variazioni simili e differenze non troppo grandi, v. figura).
      Si può sempre dire che i cambiamenti del passato sono avvenuti nell’arco di 1000-2000 anni e quelli attuali in un periodo che è circa un decimo di quello precedente, ma i foraminiferi non hanno (ancora?) ritenuto di dover
      cambiare la composizione del loro guscio.
      E, in ogni caso, il pianeta è uscito indenne dai grandi cambiamenti del passato mentre l’organizzazione e la civiltà umana è cambiata continuamente: chi dice che l’attuale organizzazione deve essere eterna e immutabile?
      Ciao. Franco

      Immagine allegata

      Post a Reply
  2. E’ ovvio che le variazioni naturali in tempi geologici sono molto più ampie di quelle recenti. d18O risponde alla variazione della ampiezza dei ghiacci e temperatura delle acque. Ma la temperatura sui fondali oceanici è abbastanza costante. Attualmente non mi risulta che i bentonici abbiano registrato variazioni importanti nei volumi di ghiaccio semplicemente perché non ci sono state e di conseguenza non ci sono state variazioni del livello del mare importante. Questo studio non vuole mettere in evidenza i cicli glaciali-interglaciali, che sono notissimi a tutti, ma studiare la variazione di pendenza dal glaciale all’interglaciale. Quella più recente è quella che ha permesso lo sviluppo delle nostre civiltà è stata quella meno rapida se capisco bene, ma non so cosa significa se non che potrebbe descrivere un trend lungo-termine del quale vediamo solo un pezzettino e che potrebbe portare a d un altro cmabio nella ciclicità glaciale-interglaciale (interstadiale), chissà quando…

    Post a Reply
    • “Quella più recente è quella che ha permesso lo sviluppo
      delle nostre civiltà è stata quella meno rapida se capisco bene,…”

      Da figura 3 risulta che la pendenza dell’Olocene è alta, seconda solo a quella dell’IG 9e che, nello schema del post, rappresenta una fluttuazione durante il passaggio da interglaciali caratterizzati da periodi di ~41 ka ad
      interglaciali con periodi di ~100 ka. Il fit lineare di fig.3 mostra che, mediamente, la pendenza degli IG è in salita.

      Ho appena spedito a CM il seguito di questo post con gli spettri wavelet di 7 dataset di PAGES che mostrano come il passaggio da 41 ka a 100 ka (un’evoluzione temporale della periodicità degli IG) non ci sia stato, dato che entrambi i periodi si osservano contemporaneamente per tutta la durata degli 800 ka nella maggior parte dei dataset. La fig.3 mi
      era sembrata convincente ma evidentemente le pendenze non formano due gruppi separati, cioè due situazioni distinte tra un “prima” e un “dopo” l’IG 11c.

      Credo di non capire bene la frase “Attualmente non mi risulta che i bentonici abbiano registrato variazioni importanti nei volumi di ghiaccio semplicemente perché non ci sono state e di conseguenza non ci sono state variazioni del
      livello del mare importante”
      : se “attualmente” significa “in tempi recenti” (diciamo negli ultimi 1000 anni) sono completamente d’accordo.
      Questo si vede nella parte più a sinistra della fig.4 ed è essenzialmente la conclusione del post, anche se io vedo più direttamente il d18O come un proxy delle temperature (legate ovviamente al volume di ghiaccio).

      Che la temperatura sul fondo degli oceani sia abbastanza costante riesco ad immaginarlo anche io che di queste cose so molto poco, ma la figura di Berger(2013) che ho postato in risposta al commento di Donato dice che i bentonici e i planctonici reagiscono allo stesso modo e che quindi le
      temperature più superficiali variano come quelle dei fondali, ma non sono in grado di approfondire ulteriormente la questione …
      Franco

      Post a Reply
      • Grazie, vedrò i fit per le pendenze.
        La figura di Berger dice “standardizied” ∂18O e credo voglia dire che le ha riscalate per poterle confrontare. In questo modo si evidenzia che le escursioni fra glaciale e inerglaciale sono essenzialmente in prodotto della variazione nel volume dei ghiacci e non dovute a variazioni di temperatura (se non indirettemente). Cito da Berger: “Remarkably, the difference between the
        two types of proxy records is not important in the context
        (Fig. 4). This suggests that both records reflect the dominant
        parameter of climate change (ice mass) or else that other parameters
        that matter (such as local temperature) are highly
        correlated to the primary one (that is, to ice mass).”
        Comunque si intendevo negli ultimi mille anni. Comunque poi bisogna considerare che non so di quanti anni rappresenta la media il dato puntuale isotopico. Cioé: un punto di quella curva a quanti anni corrisponde in media (100? 1000?)

        Rocco

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  3. @ Rocco (non uso il reply altrimenti è difficile leggere)

    Credo di essere d’accordo su tutto e rispondo solo per la questione del passo dei dati d18O: i dati vengono da Lisiecki e Raymo (2005) che ho citato nel post (ed è liberamente accessibile) e sono la riorganizzazione e il riallineamento temporale di 57 carotaggi sparsi per il mondo per cui è difficile capire (almeno dalla mia lettura veloce dell’articolo) quale possa essere il passo. Leggo dalla Table 2 che il passo va da 1 a 5 ka (1 tra 0 e 0.6 Ma; 5 tra 3 e 5.3 Ma) e che il numero
    medio di dati per intervallo va da 30.6 a 15.5 rispettivamente e questo può dare un’indicazione, anche se non troppo precisa.

    Franco

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