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La scoperta delle variazioni climatiche a scala geologica parte II – di Leonardo Sagnotti – INGV

livello medio
.
ARGOMENTO: GEOLOGIA
PERIODO: NA
AREA: CLIMATOLOGIA
parole chiave: variazioni climatiche

 

Le Alpi durante le “Ere glaciali”
Il successivo passo cruciale nello studio dei cambiamenti climatici nel corso del Quaternario si verificò agli inizi del XX secolo. Studiando le valli alpine tra l’Austria e la Germania, Albrecht Penck e Eduard Brückner dimostrarono che nel corso del Quaternario le Alpi furono ricoperte a più riprese da estese coperture glaciali. Classificarono nel dettaglio la successione delle glaciazioni in una monumentale monografia in lingua tedesca (1199 pagine!) dal titolo «Die Alpen im Eiszeitalter I—III“ (1901/1909), in cui evidenziarono la sequenza e la durata di quattro principali periodi glaciali, che nominarono (dal più antico al più recente) Günz, Mindel, Riss e Würm. In seguito Barthel Eberl, nel 1930, ne aggiunse uno ancora più antico che fu denominato Donau.

Fotografie e copertina del volume “Die Alpen im Eiszeitalter” di A. Penck e E. Brückner (da Wikipedia). A destra schema stratigrafico con l’alternanza dei periodi glaciali e interglaciali (da Archivio Ecomuseo CUSIUS)

I cicli di Milanković
Nei primi decenni del XX secolo, Milutin Milanković, matematico e astrofisico, direttore dell’osservatorio astronomico di Belgrado, diede un contributo fondamentale alla comprensione delle variazioni climatiche del pianeta. A partire dagli anni ’10 del XX secolo Milanković sviluppò tecniche di calcolo per descrivere la variazione dell’intensità dell’insolazione ricevuta (radiazione solare incidente al limite superiore dell’atmosfera) dalle diverse fasce di latitudine della Terra nelle diverse stagioni in funzione delle variazioni dei parametri dell’orbita terrestre.

Milutin Milanković diede due fondamentali contributi alle Scienze e in particolare al nascente studio della climatologia. Il suo primo contributo fu il “Canone dell’insolazione terrestre”, di cui fa parte lo studio sulla “Distribuzione della radiazione solare sulla superficie terrestre”, pubblicato il 5 giugno 1913, nel quale descrisse e calcolò il clima dei vari pianeti del sistema solare sulla base dell’insolazione che ricevono dal Sole. Sviluppò una teoria matematica che descriveva il clima delle varie zone della terra in funzione dell’intensità dell’insolazione ricevuta. Il secondo contributo fu un’interpretazione dei cambiamenti climatici periodici a lungo termine che avvengono sul nostro pianeta mettendoli in correlazione con le variazioni dell’eccentricità orbitale, dell’inclinazione dell’asse terrestre e della precessione degli equinozi. Queste oscillazioni periodiche del clima sono oggi note come cicli di Milanković. Con questi cicli contribuiva a spiegare il ripetersi delle glaciazioni avvenute nella storia della Terra e a prevedere i futuri cambiamenti climatici. 

Il suo modello matematico descrive come le variazioni cicliche di tre elementi principali che caratterizzano la geometria dell’orbita terrestre nel suo percorso nello spazio intorno al Sole producono variazioni periodiche nella quantità di energia solare che raggiunge il pianeta alle diverse latitudini.

Questi elementi dell’orbita terrestre comprendono:
Variazioni nell’eccentricità dell’orbita — ovvero la forma dell’orbita della Terra intorno al Sole. Questa variazione porta l’orbita terrestre ad assumere forme da pressoché circolare a lievemente ellittica con periodicità tipiche di circa 400mila e 100mila anni;

Nutazione dell’asse di rotazione terrestre, variazioni nell’obliquità dell’asse di rotazione terrestre — ovvero cambiamenti nell’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre rispetto al piano dell’orbita intorno al Sole (eclittica). L’inclinazione dell’asse di rotazione deterreste rispetto all’eclittica varia tra 21.5 e 24.5° con periodicità di circa 41 mila anni;

Moto di precessione — ovvero il cambiamento dell’orientazione dell’asse di rotazione terrestre, che si comporta come l’asse di una trottola quando comincia a rallentare e traccia un cerchio nella sfera celeste nel corso dei millenni. Questa variazione ha periodicità di circa 23 mila e 19 mila anni. 

Illustrazione schematica della variazione dei parametri che caratterizzano l’orbita terrestre. In alto: variazione dell’eccentricità dell’orbita (da leggermente ellittica a circolare); in basso: a sinistra, variazione dell’obliquità dell’asse di rotazione, a destra moto di precessione dell’asse di rotazione (da Wikipedia) 

A causa del moto di precessione l’asse di rotazione terrestre che ora punta verso la Stella polare, tra circa 12 mila anni punterà invece verso la stella Vega, la stella più brillante della costellazione della Lira.

Variazione dell’eccentricità, obliquità e precessione dell’orbita terrestre per l’ultimo milione di anni (kyr = 1000 anni), con relativi spettri di frequenza. La variazione dei tre parametri orbitali si combina per dare la variazione della radiazione solare incidente alla latitudine di 65°N. Immagine e grafici di Jaume Dinarés-Turell, INGV – RM.

Milanković fornì quindi un’interpretazione dei cambiamenti climatici periodici a lungo termine che avvengono sul nostro pianeta mettendoli in correlazione con le variazioni dell’eccentricità orbitale, dell’inclinazione dell’asse terrestre e della precessione degli equinozi.
Considerando questi tre parametri orbitali, Milanković formulò un modello matematico che consentì di calcolare le differenze nell’insolazione ricevuta per ciascuna latitudine per gli ultimi 600 mila anni. Stabilendo come anno zero il 1800 d.C., Milanković eseguì i calcoli per intervalli di 10º di latitudine tra i 5º e i 75º per entrambi gli emisferi. I valori ottenuti furono elaborati in una serie di tabelle numeriche e curve pubblicate nel volume “Climate of the Geological Past” (1924), curato da Wladimir Köppen e Alfred Wegener.

Il risultato combinato di queste variazioni dell’orbita terrestre causa una variazione naturale dell’insolazione che porta il nostro pianeta a ricevere, in periodi diversi, maggiori o minori quantità di calore dal Sole. Nel suo lavoro principale “Canon of Insolation and its Application to the Ice-age Problem” pubblicato nel 1941, Milanković cercò quindi di correlare i cicli dei parametri che caratterizzano l’orbita terrestre con l’alternanza delle epoche glaciali del Quaternario. Si spinse anche a prevedere i futuri cambiamenti climatici. Queste oscillazioni periodiche del clima sono oggi note come cicli di Milanković.


La teoria di Milanković ebbe comunque scarsa eco scientifica per decenni. La sua analisi matematica non riusciva a riconciliarsi con la successione delle epoche glaciali evidenziate dalla geologia di terreno (secondo lo schema proposto studiando le valli alpine da Penck e Brückner). Ma a partire dalla fine degli anni ’50 del XX secolo nuove tecnologie di analisi cominciarono a fornire ulteriori evidenze e conferme che portarono ad una rivoluzione nella comprensione delle variazioni climatiche nel passato geologico. Di questa storia scientifica ci occuperemo nel prossimo articolo.

fine parte II

 

Leonardo Sagnotti
possiede una Laurea con lode in Geologia (dicembre 1987), Università “La Sapienza”, Roma, Italia.
INGV Senior Principal Research Fellow (Dirigente di Ricerca)
Dal 2016 è Direttore del “Dipartimento Ambiente” di INGV
2001-2016 è stato Responsabile del “Laboratorio di paleomagnetismo” di INGV
2001-2003: Senior Scientist (Primo Ricercatore) presso l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Roma, Italia
1995-2000: Research Scientist, confermato (Ricercatore di ruolo) presso ING
1992-1995: Research Scientist, temporaneo (Ricercatore a contratto) ING
1990-1992: Borsa di studio per la creazione di un laboratorio paleomagnetico presso l’Istituto Nazionale di Geofisica (ING), Roma, Italia

Attività scientifiche:
Paleomagnetismo e magnetismo delle rocce:
– Installazione e gestione di un laboratorio paleomagnetico;
– Applicazione del paleomagnetismo alla geodinamica;
– Sviluppo di software originale per la gestione di dati paleomagnetici;
– Magnetostratigrafia integrata di sequenze marine;
– Studi di mineralogia magnetica con enfasi sull’influenza sulla documentazione paleomagnetica;
– Studi di anisotropia magnetica (suscettività e remanenza), con enfasi sulle applicazioni alla geodinamica;
– Studi sul magnetismo ambientale: segni magnetici rocciosi di cambiamenti paleoambientali;
– Studi sul magnetismo ambientale: applicazione allo studio dell’inquinamento atmosferico

l’articolo completo è stato pubblicato da INGV

 

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