Il ghiaccio artico e il suo spettro

L’articolo di Luigi Mariani apparso su CM a commento del lavoro di Stein et al., 2017, è esaustivo e chiaro nel sottolineare che l’attuale situazione di scioglimento dei ghiacci artici non è affatto unica nella storia climatica della Terra. Vorrei solo aggiungere qualche breve nota per così dire “spettrale” e per questo mi riferisco ai dati resi disponibili da Stein et al., 2017 nella tabella S2 del materiale supplementare allegato all’articolo, in particolare a PIP_B_25, l’indice di copertura glaciale basato sul brassicasterolo, e al suo spettro LOMB. Per questo mostro la figura 1 (pdf). in cui il quadro in alto fornisce la situazione dell’estesione del ghiaccio (in questo caso artico) nel corso dell’Olocene e sottolinea, tramite le righe verticali rosse e le bande di diverso colore, i periodi con copertura estesa e ridotta.

Fig.1: Serie PIP_B_25, indice dell’estensione del ghiaccio e suo spettro. Nel quadro superiore le due bande colorate definiscono due situazioni del ghiaccio: in basso (giallo oro) copertura ridotta; in alto (celeste) ghiaccio stagionale. Sopra 0.7 il ghiaccio è perenne. Simile alla figura 6 di Stein et al.,2017, parte destra. Nel quadro centrale, la potenza dello spettro delle derivate è stata moltiplicata per 2.

Due aspetti attirano l’attenzione:

  1. da 4000 a 2000 anni fa siamo stati, fra alti e bassi, con una copertura media costante ma estesa; poi da circa 1700-1600 anni fa la copertura è schizzata verso l’alto (ancora, le oscillazioni non mancano) fino a raggiungere il massimo (nella zona del ghiaccio perenne) in corrispondenza della LIA (piccola età glaciale). Dalla LIA è iniziata una fase di diminuzione (sempre in una situazione di copertura glaciale estesa) con la quale ci confrontiamo attualmente.
    Dal grafico risulta chiaro che stiamo scrivendo intere biblioteche e ingaggiando “guerre” scientifiche all’ultimo sangue per quel tratto discendente dopo la LIA, in alto a sinistra, del tutto insignificante (attività umane o no) rispetto alle fluttuazioni che hanno caratterizzato la copertura glaciale nell’intero Olocene.
  2. I periodi in cui la copertura glaciale è stata bassa sono stati tra 10000 e 7500 e, soprattutto, fra 6000 e 4500 anni fa, quando essa è diminuita in modo davvero notevole rispetto alla situazione attuale. Ci sono stati episodi di riduzione attorno a 7000 e a 3000 anni fa, all’interno di periodi di copertura estesa, come pure episodi di aumento della copertura in periodi di ghiaccio ridotto, tutti da considerare normale fluttuazione naturale.

I quadri inferiori della figura mostrano lo spettro LOMB dei dati PIP25 e della loro derivata numerica, sistema che qui viene usato per diminuire o annullare la persistenza (o memoria a lungo termine o, ancora, autocorrelazione) che si osserva nei dati originali. Infatti la figura 2 (pdf) mostra la funzione di autocorrelazione dei dati originali e della loro derivata e il sensibile miglioramento (diminuzione) della persistenza. Come già notato in altri post sulla memoria a lungo termine (ad esempio qui) i periodi più lunghi tendono ad essere modificati dalla memoria a lungo termine e in qualche caso, come in figura 1, a scomparire, mentre i periodi più brevi si mantengono dopo la trasformazione ma cambiano la potenza. Il periodo di circa 8000 anni può essere trascurato e, almeno parzialmente, considerato un artefatto della persistenza; il periodo attorno a 3000-3200 anni deve essere considerato reale, anche se debole, mentre la coppia di periodi a 1000 e 1200 anni fa parte del periodo a circa 1000 anni (ciclo di Eddy) già osservato da Scafetta, 2012, da Kern et al., 2012 e qui su CM. Anche i periodi attorno a 208, 225, 352, 561 anni trovati da Kern et al, 2012 in spettri sia delle macchie solari che dei sedimenti lacustri in Austria-Slovacchia sono presenti in questo spettro. L’analisi spettrale dei dati di Jiang et al, 2015 (carotaggi tra Islanda e Groenlandia, qui su CM) mostra anch’essa periodi di 500, 1000 e 3100 anni. Il massimo di 1500 anni, che Kern definisce “non solare” non appare nello spettro di PIP25 ma si vede bene nello spettro dei dati di Jiang et al, 2015.

Fig.2: Funzione di autocorrelazione (acf) dell’indice di copertura glaciale PIP25_B_ (linea nera) e della sua derivata numerica (linea blu). Osservare come migliora la acf dopo l’applicazione della derivata. Gli esponenti di Hurst (H) nei due casi sono riportati all’interno del grafico.

Conclusioni
La conferma che anche nell’indice di copertura glaciale PIP25 compaiono ciclicità comuni a dataset diversi (solari e non) e che l’analisi della persistenza permetta di non considerare i cicli di periodo più lungo è senza dubbio interessante per capire meglio i meccanismi climatici, ma a mio parere l’aspetto “politico” più essenziale del lavoro di Stein et al, 2017 è quanto sintetizzato nella parte superiore di figura 1. Siamo in un periodo di estesa copertura glaciale e dobbiamo considerare le piccole fluttuazioni per quello che sono: normale evoluzione delle grandezze climatiche.

Se la politica decide di fare scelte, legittime, riferite all’uso delle risorse e dunque con ricadute rilevanti sulla distribuzione globale e locale della ricchezza, ha l’obbligo morale nei confronti dei cittadini di chiamarle con il loro nome, senza inesistenti foglie di fico scientifiche.

Tutti i grafici e i dati, iniziali e derivati, relativi a questo post si trovano nel sito di supporto qui

Bibliografia

  1. H. Jiang, R. Muscheler, S. Björck, M.-S. Seidenkrantz, Jesper Olsen, Longbin Sha, J. Sjolte, J. Eiríksson, L. Ran, K.-L. Knudsen, and M.F. Knudsen: Solar forcing of Holocene summer sea-surface temperatures in the northern North Atlantic Geology43,(3), 203-206, 2015.doi:10.1130/G36377.1;
  2. A.K. Kern, M. Harzhauser, W.E. Piller, O. Mandic, A. Soliman: Strong evidence for the influence of solar cycles on a Late Miocene lake system revealed by biotic and abiotic proxies Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology329-330, 124-136,2012. doi: 10.1016/j.palaeo.2012.02.023
  3. Scafetta, N.: Multi-scale harmonic model for solar and climate cyclical variation throughout the Holocene based on Jupiter-Saturn tidal frequencies plus the 11-year solar dynamo cycleJ. Atm. & Sol-Terr. Phys., 2012. doi:10.1016/j.jastp.2012.02.016
  4. Steinhilber, F., J. Beer, and C. Fröhlich. Total solar irradiance during the HoloceneGeophys. Res. Lett.36, L19704, 2009. doi:10.1029/2009GL040142
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Author: Franco Zavatti

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3 Comments

  1. Nella risposta a Luigi Mariani ho ovviamente subito una debacle mentale: 2000 anni BP non corrispondono al passaggio bronzo-ferro ma ad un periodo centrale dell’impero romano, caratterizzato da un clima caldo (Periodo Caldo Romano) e complessivamente stabile.
    Il fatto che questa mattina il termine debacle sia “a la page” non mi autorizza a prendere simili cantonate. Mi scuso. Franco

    Post a Reply
  2. Caro Franco,
    circa il diagramma di PIP_B_25 in figura 1 un dubbio che mi è venuto riguarda il fatto che la variabilità negli ultimi 4500 anni è molto meno accentuata che nel periodo precedente ed il fenomeno si acuisce ulteriormente negli ultimi 2000 anni. Questo mi stupisce perché avvicinandoci a noi la numerosità dei campioni aumenta e dunque si dovrebbero vedere ciclicità di più breve periodo. La prima idea che mi viene è che i campioni non siano omogenei. Hai altre ipotesi? Grazie.
    Luigi

    Post a Reply
    • Caro Luigi,
      se guardi il foglio excel nel sito di supporto con i dati originali annessi all’articolo (in realtà gli autori pubblicano i pdf delle tabelle e il foglio l’ho costruito io dai loro pdf) vedrai che le osservazioni sono state fatte a passo di profondità costante (poi nella calibrazione in anni si perde questa costanza e per questo ho usato Lomb e non Mem negli spettri): mi aspetterei quindi -ma non so in quale misura- che gli strati più superficiali siano più “radi” o “meno compressi” dal peso del ghiaccio sovrastante.
      Ma, condizionato da quanto sto facendo in questi giorni, ho provato a verificare se la differenza che hai giustamente notato potesse dipendere da una variazione della persistenza, come suggerirebbe l’andamento molto oscillante dei dati prima del 2000 BP. Questo andamento è tipico di dati (quasi, ci sono strutture) scorrelati e in qualche modo con meno memoria a lungo termine.
      Questa cosa si può verificare dall’accluso confronto tra le funzioni di autocorrelazione di PIP25 tra 0 e 2000 anni e tra 2000 e 10000 anni fa circa.
      Dal grafico si vede che l’esponente di Hurst H è molto maggiore per il periodo 0-2000 rispetto a quello dell’altro periodo. Io calcolo H in maniera molto, molto approssimata, ma il confronto tra i due dovrebbe essere valido.
      Non ho mai capito bene come rendere più visibile una figura acclusa ai commenti per cui ho messo il grafico che cito, e anche quello che tu hai usato nella risposta a Donato nel tuo articolo, nel sito di supporto.

      Da figura 1 si vede nettamente un “cambio di marcia” tra prima e dopo il 2000 BP e credo che la domanda giusta sia “perché è successo questo”. Non ho una risposta ma noto che questa data si avvicina (con tutte le incertezze del caso) alla transizione bronzo-ferro di almeno la civiltà mediterranea, transizione senza particolari vantaggi (il passaggio bronzo-ferro non sembra essere così conveniente), forse causata e costretta da eventi esterni (diciamo non umani). Ciao. Franco.

      Immagine allegata

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