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Temperatura e CO2 in Antartide durante l’ultima deglaciazione (19-10 Ka)

In questo post la notazione Ka significa migliaia di anni fa o Kyr BP (before present) e il presente è il 1950 CE.

La relazione di causa-effetto tra la concentrazione di CO2 e l’aumento della temperatura è una questione ampiamente dibattuta e, qualche anno fa, Brook (2013), tra gli altri, si è chiesto quale delle due grandezze preceda l’altra e se davvero la CO2 guidi i cicli climatici oppure se sia un feedback del sistema che contribuisce al riscaldamento. Il riferimento, è a un lavoro di Parrenin et al., 2013 sulla concentrazione di CO2 e temperatura antartica durante l’ultima deglaciazione, quella che introduce l’Olocene.

Questa materia è complicata dal modo di comportarsi e conservarsi dell’aria nelle bolle delle carote di ghiaccio. La neve, prima di compattarsi e trasformarsi in ghiaccio, diventa sempre più densa mentre l’aria si diffonde gradualmente prima che si formino le bolle che la contengono. Allora, in qualche modo, l’aria contenuta nelle bolle delle carote è più giovane del ghiaccio che la circonda e, in luoghi in cui cade poca neve, la differenza di età può essere di alcune migliaia di anni (Brook, 2013). Ma i problemi connessi con queste misure sono molti e Brook li descrive brevemente per poi fare riferimento al lavoro di Pedro et al., 2012 che trova un ritardo della CO2 rispetto alla temperatura di circa 400-1000 anni, ma anche brevi periodi in cui succede il contrario.

Qui prendo come riferimento il citato articolo di Pedro e colleghi e i dati della CO2 disponibili nel sito “Paleo” di NOAA e in figura 1 riporto la serie della temperatura antartica da proxy (i cui valori numerici non sono riuscito a reperire e che ho quindi digitalizzato) e la CO2 derivata da carote nelle basi antartiche Byrd e Siple Dome (in seguito solo Siple).

Fig.1: Serie di temperatura e CO2 usate nel post. In questo grafico, le temperature (verde) sono digitalizzate dalla figura 1 di Pedro et al., 2012 mentre i valori di CO2 sono tabulati.

Da questa figura si deduce, senza particolare elaborazione e malgrado i possibili errori di digitalizzazione, una conferma di quanto trovato da Pedro et al., 2012: ad esempio, attorno a 14.5-15 Ka si osserva un ritardo di circa 500 anni (una divisione della scala orizzontale) tra il massimo della temperatura e il massimo di entrambe le serie (Byrd e Siple) di CO2; lo stesso succede a circa 11.5-12 Ka (forse con un maggiore ritardo per i dati di Byrd), mentre attorno a 18-19 Ka sembra esserci sincronismo tra le due variabili.

Fig.2: Spettro LOMB delle tre serie di figura 1. Ricordo che la temperatura è digitalizzata e che quindi il suo spettro potrebbe essere diverso da quello dei dati tabulati.

Per un confronto meno confuso tra i massimi spettrali propongo la tabella successiva con i loro periodi (in Kyr). Sono evidenziati in rosa i periodi comuni alle tre serie e in celeste quelli comuni a due serie.

Il confronto ci dice che solo i periodi tra 1 e 5 Kyr sono comuni a tutte le serie, mentre i periodi minori lo sono solo a due delle tre serie. Il periodo di 65 anni che si osserva nella temperatura è (casualmente?) simile a quello osservato nelle temperature globali moderne.
Per inquadrare la situazione di figura 1 in un contesto più ampio, mostro la serie della CO2 di Byrd, tra 8 e 21 Ka e tra 20 e 90 Ka, intervallo che comprende la parte finale della discesa della CO2, fin quasi ai limiti della possibilità di vita vegetale (100-150 ppmv) in corrispondenza del massimo glaciale, e la veloce risalita seguita da improvvise oscillazioni, di ampiezza fino a 45 ppmv.

Fig.3: Osservazione della CO2 nel periodo della deglaciazione, dal massimo glaciale di Wurm (~20 Ka) all’inizio dell’Olocene.

Il lavoro di Parrenin et al, 2013 non sembra confermare il risultato di Pedro et al, 2012 ma descrive due eventi sincroni e lo fa partendo da metodi di analisi diversi e controllo (correlazioni) sulla concentrazione di D, CH4, CO2. Questo aspetto può essere verificato nei dati della figura successiva, riferita al confronto tra CO2 e temperatura antartica. Allo stesso tempo, però, l’aggiunta al grafico di un’altra serie di CO2 (linea nera) mostra le notevoli differenze tra un autore e l’altro, certamente dovute alle tecniche usate per allineare temporalmente le informazioni derivate direttamente dall’analisi delle carote.

Fig.4: Confronto tra temperatura antartica (arancio) e CO2 di Parrenin et al., 2013 a cui è stata aggiunta (linea nera) la CO2 di Monnin et al., 2012.

Ribadisco che qui si osservano andamenti che cambiano quasi contemporaneamente in coppie di dati derivati dallo stesso autore (ma nette differenze aggiungendo una nuova serie da un altro autore) e ci possiamo chiedere che cosa può essere variato tra le figure 1 e 4: un controllo possibile è quello tra le serie di temperatura prodotte da Pedro et al (2012) e da Parrenin et al (2013), che in figura 5 appaiono molto simili ma con spostamenti sistematici lungo l’asse dei tempi. A mio parere, in questo caso entrano in gioco la difficoltà e le differenze di calibrazione (relazione tra profondità della sezione e tempo) delle scale di profondità misurate; l’ampiezza e il dettaglio delle descrizioni dei metodi di calibrazione, usuale in questi lavori, testimonia che proprio questo è il punto critico.

Fig.5: Confronto tra le due temperature antartiche disponibili.

Quasi contemporaneo ai due lavori di Pedro e di Parrenin citati, Shakun et al., 2013 -lavoro che ha suscitato molte polemiche- pone come argomento principale il fatto che la variazione della CO2 precede quella della temperatura e si propone di dimostrarlo confrontando una serie di CO2 atmosferica prodotta da Monnin et al.(2001), disponibile nel database europeo PANGAEA, con alcune serie di temperatura -composita antartica da Pedro et al., 2011 e globali emisferiche (NH e SH).
Se però provo a mettere insieme alcune delle serie di dati che ho discusso in questo post, come in figura 6 (ma anche in figura 5), mi rendo conto che le differenze temporali delle serie sono tali da poter dichiarare un risultato o il suo opposto con la stessa facilità: in altre parole il problema non è fisico ma di calibrazione della base temporale delle carote.

Fig.6: Confronto tra la temperatura antartica di Pedro e la CO2 da Epica Dome C, Byrd e Siple Dome.

Conclusioni

Azzarderei l’inverso dell’ipotesi comunemente usata: da questi lavori non si può dedurre un chiaro segno del fatto che la CO2 guidi l’evoluzione del clima, modificando la temperatura superficiale. Al contrario, anche qui ci sono indicazioni di un (quasi) continuo avanzare e ritrarsi delle due variabili come forza guida, come avevo testimoniato, per intervalli temporali simili a quelli trattati qui, ma più ampi, in un post di circa due anni fa, pensando all’esistenza di una o più forze alle quali sia la CO2 che la temperatura reagiscono secondo la loro natura.
Un lavoro importante è quello di Ahn e Brook (2008) la cui figura 1 (didascalia) mostra un vasto confronto tra varie serie isotopiche (artiche e antariche) e CO2, tutte legate ad eventi climatici ben riconoscibili (Dansgaard–Oescheger o D-O, Heinrich).

Tre mesi e mezzo dopo la scrittura di questo post, nel febbraio 2022, è uscito un lavoro di Quirk et al., 2022 che mostra, con riferimento all’avanzata/ritiro dei ghiacciai in nord America, questa figura in cui confronta una serie composita di CO2 da Epica e Vostok (Antartide) e l’anomalia di temperatura (per il nord America). Il risultato non sembra molto differente da quello presentato qui nelle figure precedenti.

Bibliografia

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Published inAttualitàClimatologia

5 Comments

  1. Rocco

    La calotta groenlandese e quella antartica non sono sincronizzate, di mezzo ci sta il mare, ma un lavoro di Rasmussen del 2019 aveva mostrato che quasi tutto l’oceano atlantico, fino a circa l’Islanda funziona insieme all’antartide. E’ la groenlandia che a seconda del funzionamento dell’oceano si isola e si raffredda o riceve più acque calde dalla corrente del golfo e si scalda. Questo perché in profondità, all’altezza dell’Islanda, c’è una soglia che divide l’oceano artico dal nord atlantico. Le variazioni di CO2 in atmosfera dipendono in parte dalla biosfera terrestre, ma l’oceano è un grande reservoir e i cambiamenti che avvengono al suo interno sono in grado di ampliare o diminuire lo stockaggio di gas. Ovviamente l’oceano ha i suoi tempi di reazione.
    Detto questo, penso che il problema del confronto fra cicli glaciali e attualità sia che oltre alle variazioni naturali, immettere CO2 in più complica enormemente le cose. Nei cicli glaciali l’aumento di CO2 può essere conseguenza di variazioni di temperatura alle alte latitudini a causa dei cicli orbitali, ma in seguito può diventare un feedback positivo (?). In tal senso aumentare la pCO2 atm artificialmente rafforza quel feedback a prescindere dalla configurazione orbitale. Fino a a che punto non so…

    • Il post fa riferimento solo alle temperature antartiche e alla CO2 che,
      dicono, è ben distribuita su tutto il globo, per cui penso che il commento si
      riferisca all’ultima frase del post e all’aggiunta su lavoro di Quirk et al.,
      2022.
      Sono d’accordo sul fatto che un confronto diretto Artide-Antartide richieda un’attenzione particolare alle loro diverse dinamiche, ma ho qualche dubbio che un aumento di CO2 (da attività umana o naturale) generi un feedback positivo, cioè un processo accelerato e catastrofico. Come ho già scritto altre volte, la storia della Terra ci dice, al contrario, che i feedback negativi esistono e sono in grado di riportare il sistema allo stato preesistente l’immissione aggiuntiva. Franco

  2. Luebete

    La famosa Scienza che tutto sa e tutto conosce.
    Più si va nel dettaglio degli studi più ci si rende conto che, talvolta, la scienza non può e potrà rivelare la verità.
    Dovremmo essere adulti e prenderne atto, non per criticarla a priori, ma per comprenderne i limiti.
    Pertanto, mai come in questo caso “credere nella scienza” diventa realmente un atto di fede.

  3. Ale69

    Buonasera. Lo dico da profano e appassionato di astronomia nonché semplicemente astrofilo. Ho dovuto leggere 3 volte il post, e con tutta sincerità non ho capito molto, non ho questo tipo di preparazione. Tuttavia riesco a cogliere i fondamentali. Nel post risalta molto la preparazione dello scrivente, risalta anche l’umiltà con la quale vengono utilizzati concetti scientifici per ricercare una risposta, presumibilmente ancora lontana, nonché le analisi dei vari grafici (necessari), e la dedizione quasi oserei dire senza impegno, automatico, di chi mastica l’argomento in modo profondo e meticoloso. Dicevo dell’umiltà, certo! perché umiltà non vuol dire negare le proprie capacità, altrimenti sarebbe pura ipocrisia nei propri confronti. Dalla lettura ho percepito, e lo stesso autore F.Zavatti lo scrive, che la sensazione sia che la co2 e le temperature possano essere influenzate da un fattore o altri fattori esterni; tuttavia credo, e mi sembra di dedurre, semplicemente osservando i grafici, che ci sia una percezione a favore dell’aumento della co2 come effetto e non come causa. Forse però si tratta solo di percezione. Però faccio una riflessione: spesso le persone, gli individui, anche gli studiosi, sono quasi tutti abituati a guardare per terra o al massimo avanti a sé. Pochi alzano lo sguardo, lassù, che avete capito? Lassù, oltre la nostra atmosfera. Sia mai che la risposta non è sul pianeta. A.

    • Dalla lettura del post lei ha correttamente derivato il concetto che ho cercato di trasmettere: la CO2 e la temperatura sono grandezze che reagiscono (ognuna con le sue caratteristiche) ad una o più influenze esterne. Ogni volta che ne ho l’occasione, cerco di mostrare con i dati che si verifica un’alternanza tra l’una e l’altra. Purtroppo i dati sono
      difficili da calibrare, nel senso di definire una corrispondenza età-profondità della carota, per cui è ampia la possibilità di interpretazione.
      Nel post ho preferito quindi un approccio inverso: i dati non dimostrano in maniera univoca che la CO2 è la causa (principale o unica) del riscaldamento. In ciò ho fatto un ragionamento del tipo: è difficile dimostrare l’uguaglianza tra due individui perché bisogna dimostrare l’uguaglianza dei rispettivi, infiniti, caratteri; è però facile dimostrarne la differenza perché è sufficiente mostrare la diversità di un solo
      carattere.
      Per finire, una noticina per il “lassù”: la mia preparazione universitaria e i quasi quaranta anni di lavoro hanno avuto come argomento l’astronomia: credo (e spero) di essere pronto ad “alzare lo sguardo” ogni volta che se ne presenterà l’occasione. Franco

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