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Gli eventi di Heinrich e la loro sfasatura tra i Poli

(Ma, più che altro, il confronto tra varie serie groenlandesi)

Durante l’ultima era glaciale, la copertura glaciale (Laurentide) ha mostrato imponenti eventi di distacco di iceberg registrati nei sedimenti del Nord Atlantico.

Questa è la prima frase dell’abstract di un recente lavoro (del 24 aprile 2023) di Martin e collaboratori che, con nuovi dati relativi all’isotopo dell’azoto δ15N (Buizert, 2022), propongono un miglioramento nella comprensione del perché il ricordato distacco degli iceberg (eventi di Heinrich o HE) trova una corrispondenza nei dati antartici, con un ritardo di circa 133±93 anni, ed è visibile a malapena nei vicini (direi vicinissimi) dati groenlandesi. Gli HE hanno avuto larghi impatti sul clima, anche a grande distanza, e sui cicli idrologici e biochimici; sono avvenuti durante gli Stadiali di Heinrich (HS), periodi freddi in cui la circolazione atlantica (Atlantic Overturning Circulation) era fortemente indebolita.
La variabilità di tipo Heinrich non è caratteristica delle (non è evidente nelle) serie isotopiche dell’acqua in Groenlandia, serie che sono proxy della temperatura accuratamente datate; questo aspetto complica l’affermazione di un loro impatto sul clima della regione e la definizione della loro (s)fasatura rispetto ai cambiamenti climatici in Antartide.

Qui trascurerò i rapporti con l’Antartide e mi concentrerò sulla debole presenza, in particolare dell’HS1 a 17.8 Ka, durante il quale si osserva nel δ15N (definito un “sensitive temperature proxy“) un improvviso raffreddamento di circa 3°C, “replicato” in Antartide con il ritardo di 133 anni che sembra consistente con la durata delle teleconnessioni oceaniche.
Anche se in questo post non lo (di)mostrerò, risulta paradossale che siti vicini siano meno influenzati dagli eventi di Heinrich rispetto a siti lontani. Come ricordano gli autori, il paradosso può suggerire una dinamica degli eventi spazialmente complessa ma, aggiungo io, anche spiegazioni diverse per gli eventi osservati.
Non ho potuto leggere il testo completo e ho quindi formato il mio giudizio sull’abstract, le figure, i commenti dei referee e le risposte degli autori.

Intanto, per inquadrare il problema, utilizzo un grafico, disponible in rete, che evidenzia l’intervallo caldo di Bølling-Allerød (B-A) ma che posiziona anche altri periodi, come l’ultimo massimo glaciale (Last Glacial Maximum o LGM), il Pleistocene, l’evento freddo dello Younger Dryas (YD) e l’Olocene, notando che io normalmente uso, per i tempi, una scala opposta a quella di questa figura, e quindi con lo zero (1950) a sinistra, e uso la notazione Ka=Kyr ago, ovvero migliaia di anni fa.

Fig.1: Periodo caldo di Bølling-Allerød in un grafico di Wikipedia, inquadrato nel contesto degli ultimi 20 mila anni. La scala orizzontale è rovesciata rispetto a quella dei grafici successivi.

La successiva figura 2 mostra insieme due serie derivate dalla carota GISP2 (Greenland Ice Sheet Project 2): quella dell’isotopo stabile dell’azoto e quella della temperatura derivata dai dati della stazione GISP2 Summit. La definizione, ricordata sopra, di δ15N come proxy della temperatura, descrive bene la notevole similitudine tra le serie, nelle quali praticamente ogni massimo della temperatura ha un corrispondente massimo dell’azoto. Noto però che lo Stadiale di Heirich HS1 è visibile nella serie dell’azoto senza particolare evidenza, come una qualsiasi altra oscillazione minore mentre nella serie della temperatura, pur mostrando una diminuzione di circa 3°C in un periodo stimato di 100-200 anni, non è dissimile da altre, numerose, variazioni rapide.

Fig.2: La serie dell’isotopo stabile dell’azoto δ15N riferita alla concentrazione moderna di azoto (N2), in verde. Per confronto viene riportata (in viola) anche la temperatura del sito Summit (Groenlandia centrale), con i dati dalla carota di GISP2.
Da notare la concordanza tra le due serie fino a 11.8 Ka, la presenza in fase dello stadiale HS1 (evidenziato dalle frecce), e la quasi completa opposizione dopo tale data anche se è presente, ancora in fase, l’evento freddo a 8.2 Ka. Lo spettro del quadro inferiore non mostra massimi particolari tranne quello di periodo 5.9 Kyr indicato dalla freccia, molto vicino al periodo di apparizione degli eventi di Heinrich.

Lo spettro Lomb della serie dell’azoto mostra un unico periodo che posso identificare: quello a 5.9 Kyr, da confrontare con il periodo di 6-7 Kyr degli eventi di Heinrich (o 6.1 Kyr per Mayewski et al., 1997).

Nella figura 3 il confronto tra le serie groenlandesi del metano (CH4) e della temperatura a Summit: come nella figura 2, si osservano ampie e dettagliate similitudini ma anche un intervallo più esteso di periodi di opposizione o non correlati, a partire da 26-27 Ka.

Fig.3: Serie groenlandese, da GISP2, del metano (CH4, in verde) confrontata con la temperatura di Summit. Anche in questo caso si osserva una buona concordanza tra le due serie fino a 26-27 Ka e poi, fino a 14.8 Ka (inizio del periodo caldo di Bølling-Allerød evidenziato in arancione), una opposizione di fase. Poi, dopo la somiglianza nella salita rapida B-A riprende il periodo di opposizione. Un ingrandimento della figura, tra 10 e 20 Ka, mostra alcuni dettagli interessanti come un disaccoppiamento tra temperatura e CH4 in buona parte del periodo B-A.

Si nota che il metano non presenta nessuna particolare variazione in corrispondenza di HS1, solo l’inizio di una lunga fase di crescita durata circa 3000 anni, fino al “balzo” improvviso dell’innesco del periodo B-A. Quindi, in pratica, CH4 non risente dell’imponente distacco di iceberg nel Nord Atlantico a circa 18 Ka, mentre fino a circa 10 mila anni prima (27.5 Ka) era in grado di riprodurre fedelmente le variazioni di temperatura. Maggiori dettagli relativi al periodo 10-20 Ka, come ad esempio uno sfasamento nel minimo dell’Oldest Dryas (OD) tra CH4 e tempertura, si possono osservare in questo ingrandimento.
Sempre la figura 3 (e il suo ingrandimento) ci mostra anche un aspetto che a mio parere vale la pena sottolineare ancora una volta: il disaccoppiamento tra metano e temperatura a partire da 27.5 Ka: ma il metano non era più un gas serra fin da allora, uno di quelli che -ci dicono- condizionano la temperatura? Oppure all’interno della variabilità intrinseca di ognuna delle variabili climatiche, adesso ci troviamo in un “momento” della loro storia in cui sembra che una delle due condizioni l’altra e una certa narrativa ci vuole far credere che questa relazione sia eterna e significativa?

Stabilito che l’isotopo dell’azoto δ15N è un proxy della temperatura (almeno fino ad un certo punto), la figura 4 mostra in che relazione si trova con il metano in un periodo che comprende sia gli eventi che gli stadiali di Heinrich 2a e 2b. Come si vede, gli eventi avvengono entrambi nella fase iniziale degli stadiali che in questo caso sono caratterizzati da due diverse situazioni: il 2b avviene durante un periodo (lungo 700-800 anni) di “freddo” poco (molto poco) evidente mentre il 2a (lungo 500 anni) si presenta in una fase di crescita quasi uniforme della temperatura (in verde), con il metano in una fase costante, dopo un brusco aumento nei circa 200 anni precedenti. Ancora una volta un disaccoppiamento tra queste due variabili che si vorrebbero strettamente legate.

Fig.4: Confronto tra le serie dell’azoto e del metano, limitato al periodo 22-28 Ka, in un tentativo di imitare la parte superiore della figura 7 di Martin et al., 2023 che riporta la presenza anche degli stadiali di Heinrich (HS) 2a e 2b con i relativi eventi (HE) che avvengono nella parte iniziale dei due periodi freddi.

Riprendo brevemente il confronto di figura 2 (quadro superiore) per mostrare nella figura successiva un suo ingrandimento tra 10 e 20 Ka:


Fig.5: Un ingrandimento del confronto (figura 2) tra δ15N e temperatura di Summit. Qui lo stadiale di Heinrich mostra un veloce abbassamento della temperatura di 3 gradi in circa 200 anni. OD è l’Oldest Dryas (o Dryas antichissimo, tra 13.9 e 13.2 Ka) e YD lo Youger Dryas, periodi freddi, mentre B-A e la sua banda arancione mostrano il periodo caldo di Bølling-Allerød caratterizzato da forti oscillazioni sia nella temperatura che nel δ15N, sempre riferito all’azoto moderno ( tramite la sottrazione di N2).

Qui si mette in evidenza, in modo dettagliato, come per gran parte della sua storia l’isotopo dell’azoto sia stato un “fedele” descrittore della temperatura, anche nei dettagli, con alcuni aspetti -forse secondari- di diversità come l’HS1 (notevole nella temperatura, molto meno dell’azoto) o le oscillazioni attorno a 15.5 Ka, ben visibili nella temperatura e inesistenti nell’azoto. La somiglianza e anche la coincidenza temporale sono evidenti in tutte le oscillazioni del periodo B-A così come nel periodo YD e nella salita delle temperature che precede l’ingresso nell’Olocene.

Conclusioni

Nella calotta groenlandese l’isotopo dell’azoto smette di essere in accordo con la temperatura attorno ad 11 Ka, mentre il metano (gas serra) ha un comportamento simile (mancanza di accordo) a partire da 27.5 Ka per poi, apparentemente, precedere la temperatura da HS1 (17.8 Ka) fino a 14.7 Ka, quando inizia il periodo caldo di Bølling-Allerød e in particolare l’evento di Bølling (v. figura 5). La risoluzione di figura 3 non è sufficiente a decidere quale delle due variabili precede l’altra, e quindi se il metano guida la temperatura o viceversa nelle frequenti variazioni rapide tra 28 e 50 Ka, e quindi a tentare un’analogia con la situazione attuale, ma certamente possiamo dire che nessuna delle situazioni osservabili in figura 3 ha condotto ad una catastrofe climatica senza ritorno: evidentemente le retroazioni (feedback) negative, potenti come sempre nel sistema climatico, sono state in grado di riportarlo a situazioni precedenti rispetto agli eventi “parossistici” che pure sono durati 2-3-4 mila anni e non meno di 180 anni come nel caso attuale. Forse è anche il caso di sottolineare che 1°C (cioè circa la salita della temperatura dal 1850 CE ad oggi) corrisponde a una divisione piccola sulla scala destra di figura 3 e quindi ad una variazione insignificante in confronto alle oscillazioni molto ripide che si osservano in continuazione, almeno tra 30 e 50 Ka, nella figura 3.

Bibliografia

  • Christo Buizert. Greenland Ice Sheet Project Two (GISP2) ice core methane (CH4) and nitrogen isotopic composition (d15N-N2), 13-50 ka BPArctic Data Center, 2022. https;//doi.org/10.18739/A2639K65M
  • Paul A. Mayewski, Loren D. Meeker, Mark S. Twickler, Sallie Whifiow, Qinzhao Yang, W. Berry Lyons and Michael Prentice: Major features and forcing of high-latitude northern hemisphere atmospheric circulation using a 110,000- year-long glaciochemical series JGR102, C12, 26345-26366, 1997. http://dx.doi.org/10.1029/96JC03365
  • Kaden C. Martin, Christo Buizert, Jon S. Edwards, Michael L. Kalk, Ben Riddell-Young, Edward J. Brook, Ross Beaudette, Jeffrey P. Severinghaus & Todd A. Sowers: Bipolar impact and phasing of Heinrich-type climate variabilityNature, 2023. https://doi.org/10.1038/s41586-023-05875-2
    Tutti i dati e i grafici sono disponibi nel sito di supporto

NB: il post è uscito in origine sul blog dell’autore.

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Published inAttualitàClimatologia

8 Comments

  1. Rocco Gennari

    Posso mandarvi l’articolo in questione., quello su nature.
    Mi sorprende che questo autore non citi Rasmumssn 2016, che cerca di spisegare il funzionamento diHE e e D-O in base ad AMOC.
    Nnn saprei a quale indirizzo email mandare.

    • Temo di dovermi scusare per la frase “non ho potuto leggere il testo completo …”: si riferiva ad un altro post che stavo scrivendo in contemporanea a questo e per il quale avevo l’excel con i dati ma non ancora il testo perché l’articolo era appena uscito e non ancora disponibile sui canali che uso normalmente.

      Ho invece il full text di O’Hare et al., 2023 (su PNAS e non su Nature)
      che non citano Rasmussen 2016 (credo che Rasmumssn sia un
      refuso). Nel post del 2018 di Donato Barone si parla di Ng et al, 2018 che
      trattano l’aspetto AMOC e, anch’essi, non citano Rasmussen.
      Non conosco l’articolo in questione ma temo che non abbia avuto molta
      influenza, visto che nel 2023 ancora si parla di mistero irrisolto,
      relativamente agli HE che avrebbero influenza in Antartide e non nella
      vicina Groenlandia. Franco

  2. Alessandro Muzii

    A questo punto della storia non sarebbe il caso di promuovere un esperimento? L’aumento del diossido di carbonio mi pare sia stato valutato da 200 a 380ppm. Quindi +180ppm.
    Propongo di prendere due sfere di plexiglas del volume di 1000lt, ovvero 1milione di ml, delle quali una contenesse aria atmosferica e un’altra aria atmosferica arricchita di ulteriori 180ml di Co2. Una volta dotate di sensori per la misurazione della temperatura, le lascerei esposte al ciclo giorno-notte per una settimana. Secondo la vulgata dominante, quella con +360ml dovrebbe mantenere nel tempo una temperatura costantemente superiore.
    Magari Mentana potrebbe organizzare una delle sue famose maratone televisive…
    Non ridete. 🙂

  3. rocco

    1-3-5-3-6-4-7-8-9-2-3-4-8-0-7-6-5-0-9-8-7-9-6-4-0-1-3-6-5-8-1-9-6-0-9-4-5-6-7-8-9-1-5-6-7-9-8-4-3-5-3-6-5-7-2-1-1-4-5-8-7-6-5-4-9-8-6-8-9-0-3-4-5-7-1-2-9-7-8-….
    ecco una serie di numeri casuali dal 0 al 9 costruiti digitandoli ad occhi chusi sulla tastiera numerica €imkpkkkkkkukkkkkkkkkkkkkkkkkkkkktkkkkkkkkkkekkkkkkkkkrkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk-kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk.kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk
    kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk5222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222-222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222263. +
    +++++++++++++++++
    Questi altri sono stati generati dallla mia gatta che si è poggiata sulla tastiera.
    Deduciamo qualcosa ?
    ebbeno questo è il clima!

  4. donato b.

    “Ancora una volta un disaccoppiamento tra queste due variabili che si vorrebbero strettamente legate”
    .
    Caro Franco,
    sono passati cinque anni, ma gli eventi di Heinrich, di Bølling-Allerød e lo Younger Dryas, continuano a vreare problemi che, alla fine, restano irrisolti.
    Nel lontano 2018 ebbi modo di leggere e commentare un articolo a firma di Hong Chin Ng ed altri colleghi che definii Ng et al., 2018 e commentai in questo post:
    http://www.climatemonitor.it/?p=48991
    .
    Lo studio di Ng e colleghi indagava, tra l’altro, lo sfasamento temporale degli eventi climatici tra i due emisferi terrestri testimoniato dalla non sincronia tra gli scarichi di sedimenti trasportati dai ghiacci Laurentini alla deriva e gli indicatori di temperatura in Antartide (circa 133 anni, secondo gli autori dello studio). Alla fine lo studio non aveva individuato in modo univoco il meccanismo che regolava i cicli climatici nei due emisfetri, in quanto il meccanismo suggerito dagli autori e che coinvolgeva AMOC, funzionava bene per gli eventi di Heinrich, ma non per quelli successivi.

    Anche in questo studio, infine, notai uno sfasamento tra l’andamento delle temperature e quello della concentrazione di diossido di carbonio in atmosfera. Nel caso dello studio che tu hai commentato lo sfasamento riguarda il metano, ma la sostanza non cambia. A distanza di circa cinque anni, quindi, nulla di nuovo sotto il sole: questo benedetto legame tra i gas serra e le temperature, sembra che valga solo per il riscaldamento moderno!
    Ciao, Donato.

    • Caro Donato,
      hai fatto bene a ricordare sia l’articolo di Ng e colleghi sia il tuo post che avevo del tutto dimenticati. Ho riletto il tuo post e in effetti gli accoppiamenti e i disaccoppiamenti tra temperatura e gas serra sembrano essere la situazione normale. E’ stato questo l’aspetto che mi premeva mettere in evidenza, più che gli effetti del distacco di iceberg osservabili in Antartide e non in Artide, argomento che conosco poco e che comunque sembra lontano da una soluzione al punto che le teleconnessioni con l’Antartide possono apparire artificiose e frutto di un tentativo di trovare una causa fisica per abbassamenti di temperatura osservati nel continente. Forse non lo sono, ma certo che la mancanza di effetti nel vicino nord lascia perplessi. Ciao. Franco

  5. Andrea D

    “Oppure all’interno della variabilità intrinseca di ognuna delle variabili climatiche, adesso ci troviamo in un “momento” della loro storia in cui sembra che una delle due condizioni l’altra e una certa narrativa ci vuole far credere che questa relazione sia eterna e significativa?”

    Propendo per il voler approfittare di una giustapposizione per sostenere l’ imperante verbo.

    • … Concordo … ma siccome sono brutto e cattivo il mio parere conta poco agli occhi dei “difensori della fede” depositari della verità. Franco

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