Cosa causa i cicli glaciali-interglaciali?
Le variazioni dell’orbita terrestre nel tempo hanno cambiato la quantità di radiazione solare che la Terra riceve in ogni stagione. I periodi interglaciali tendono a verificarsi durante i periodi di più intensa radiazione solare estiva nell’emisfero settentrionale. Questi cicli glaciali-interglaciali sono aumentati e diminuiti durante il periodo Quaternario (gli ultimi 2,6 milioni di anni). Dal Quaternario medio, i cicli glaciali-interglaciali hanno avuto una frequenza di circa 100.000 anni (Lisiecki e Raymo 2005). Nella serie temporale della radiazione solare, cicli di questa lunghezza (noti come “eccentricità”) sono presenti ma sono più deboli dei cicli di circa 23.000 anni (che sono chiamati “precessione degli equinozi”).
I periodi interglaciali tendono a verificarsi durante i periodi di massima radiazione solare nell’estate dell’emisfero settentrionale. Tuttavia, gli interglaciali completi si verificano solo ogni cinque picchi del ciclo di precessione. La spiegazione completa di questa osservazione è ancora un’area attiva di ricerca. Anche i processi non lineari come i feedback positivi all’interno del sistema climatico possono essere molto importanti nel determinare quando si verificano i periodi glaciali e interglaciali.
Un altro fatto interessante è che le variazioni di temperatura in Antartide sono in fase con i cambiamenti della radiazione solare nelle alte latitudini del nord. I cambiamenti di radiazione solare nelle alte latitudini meridionali vicino all’Antartide sono in realtà fuori fase con i cambiamenti di temperatura, in modo tale che il periodo più freddo durante la più recente era glaciale si è verificato circa nel momento in cui la regione stava vivendo un picco di sole locale. Questo significa che la crescita degli strati di ghiaccio nell’emisfero settentrionale ha un’importante influenza sul clima di tutto il mondo.
Perché i periodi glaciali terminano bruscamente?
Nota la forma asimmetrica del record di temperatura dell’Antartide (linea nera), con un brusco riscaldamento mostrato in giallo che precede un raffreddamento più graduale (Kawamura et al. 2007; Jouzel et al. 2007). Il riscaldamento alla fine dei periodi glaciali tende ad avvenire più bruscamente rispetto all’aumento dell’insolazione solare. Diversi feedback positivi sono responsabili di questo. Uno è il feedback ghiaccio-albedo. Un secondo feedback coinvolge il CO2 atmosferico. La misurazione diretta della CO2 del passato intrappolata nelle bolle delle carote di ghiaccio mostra che la quantità di CO2 atmosferica è diminuita durante i periodi glaciali (Kawamura et al. 2007; Siegenthaler et al. 2005; Bereiter et al. 2015), in parte perché l’oceano profondo ha immagazzinato più CO2 a causa dei cambiamenti nella miscelazione degli oceani o nell’attività biologica. Livelli più bassi di CO2 hanno indebolito l’effetto serra dell’atmosfera e hanno contribuito a mantenere temperature più basse. Il riscaldamento alla fine dei periodi glaciali ha liberato CO2 dall’oceano, che ha rafforzato l’effetto serra dell’atmosfera e ha contribuito a un ulteriore riscaldamento.
Alcuni importanti set di dati relativi ai cicli glaciali/interglaciali:
- Berger e Loutre (1991), radiazione solare in entrata calcolata per gli ultimi 5 milioni di anni
- Peltier (1994), topografia degli strati di ghiaccio dall’ultimo massimo glaciale
- Lisiecki e Raymo (2005), registrazioni δ18O bentoniche usate come proxy del volume globale del ghiaccio
- Siegenthaler et al. (2005), anidride carbonica dalla carota di ghiaccio EPICA Dome C in Antartide
- Jouzel et al. (2007), isotopi stabili dalla carota di ghiaccio EPICA Dome C in Antartide
- Kawamura et al. (2007), isotopi stabili e gas in traccia dalla carota di ghiaccio Dome Fuji
- Bereiter et al. (2015), anidride carbonica dalla carota di ghiaccio EPICA Dome C in Antartide