Killer loop glaciologico, part deux

Complemento al post sugli importanti lavori di attribuzione dell'innesco dell'ultima deglaciazione pubblicato qui.

Un rapido sguardo alle suppl. info (SI) del lavoro di Shakun et al. completa un discorso parzialmente lasciato in sospeso. Non so se nell'altro post sono riuscito a spiegare bene il tutto (mi sono anche dilungato parecchio sulle condizioni generali al contorno) e, d'altro canto, credo che forse non ci si sia resi ancora ben conto dell'importanza di questo studio e dell'altro collaterale. Sono dei veri e propri watershed (e probabilmente mi azzardo già sin d'ora a collocarli fra i top papers del 2012) che confermano e corroborano quello che teoria e modellizzazione ci dicono sul ruolo da main driver che hanno avuto / hanno /avranno i gas serra (e la CO2 in particolare) nei cambiamenti climatici nel tempo. Anche perché, per la prima volta, permettono di gettare un vero e proprio sguardo d'insieme su scala globale su quel che successe. Cerco di rimediare in questo secondo post, perché il lavoro merita ulteriori riflessioni e commenti.



Una delle domande che aleggiavano fino a ieri riguardava la possibilità che fattori forzanti naturali come quelli relativi alle deboli oscillazioni della posizione dell'orbita Terra-Sole potessero aver causato massicci sconvolgimenti climatici come quelli che connotano il passaggio da fasi di glaciazione a fasi di deglaciazione. Si sapeva dei mandanti. Si sapeva dell'amplificazione data dai killer. Ma rimaneva l'alibi del lag temporale, oltretutto con l'incertezza ulteriore del timing preciso del passaggio di testimone da mandante a killer. Oggi sappiamo con maggior cognizione di causa quel che prima si riteneva come ipotesi solo più plausibile: ovvero che questo passaggio ha coinvolto vari aspetti del sistema climatico attraverso alcuni importanti feedback prevalentemente di natura lenta (cioè abbraccianti diversi decenni, secoli, millenni, come la modifica di estensione e massa delle calotte glaciali continentali e il rilascio in atmosfera di carbonio da gas serra o la modifica delle circolazioni oceaniche termoaline) ma anche più veloce (della durata di anni e alcuni decenni, come modifica di copertura nevosa, di ghiaccio marino, modulazione dell'acqua in atmosfera come nuvole e vapore, modifica delle circolazioni oceaniche termoaline) innescati dai mandanti e che il tutto è stato potenziato dai veri e propri killer: i gas serra, in particolare la CO2. Solo che, a quanto pare - e riferendoci, nel merito, all'ultima deglaciazione -, questa amplificazione non è avvenuta a scoppio parecchio ritardato, bensì in tempo pressoché sincrono. Perché sostanzialmente è proprio la CO2 che ha completato un processo che i fattori orbitali hanno solo iniziato. Occorre pensare in modo sistemico e non lineare (vedi ad es. anche qui).

80 differenti proxy climatici di varia natura (carote glaciali, microfossili in sedimenti oceanici, pollini da sedimenti lacustri,...), distribuiti sul globo e che coprono 14.000 anni dal LGM al massimo climatico olocenico di 8000 anni fa hanno permesso la ricostruzione di condizioni locali come temperature e intensità delle correnti marine, così come delle temperature medie di entrambi gli emisferi e dell'intero pianeta. In sostanza: hanno permesso di inferire il meccanismo e di innestare importanti tasselli nel complesso puzzle. Da notare come, durante l'intervallo fra 20 e 10 ka, l'andamento delle *temperature antartiche* precede di poco quello della CO2 durante la fase di deglaciazione (vedi anche qui), mentre quello delle *temperature globali* è sincrono o è preceduto da quello della CO2, eccetto all'inizio del periodo, attorno a 18 e 16 ka (vedi figure sotto, a sx). In tutte le fasi di grandi breakpoint termici (innesto deglaciazione, Younger Dryas, Bølling, inizio Olocene) CO2 e temperature globali viaggiano a braccetto o al più le prima guida le seconde  (vedi figure sotto, a dx).

Riassumendo:

1) Circa 20.000 anni fa, in pieno LGM, le regioni subartiche dell'emisfero boreale subirono un riscaldamento graduale, a causa - come già ampiamente spiegato nel primo post - della maggior forzatura orbitale associata al moto di precessione che stava iniziando il suo ciclico effetto sull'emisfero nord. Fu sufficiente per fondere grandi quantità di ghiaccio continentale, che finiva sottoforma di fredda acqua dolce in oceano attraverso distacco di enormi icebergs oppure dopo essere stata intrappolata in grandi laghi dietro le ice sheets e dopo che queste ultime, a loro volta, fusero.


2) Questo riscaldamento atmosferico fu essenzialmente confinato alle alte latitudini dell'emisfero settentrionale: non essendo sufficientemente ampio da riuscire a coinvolgere l'intero pianeta, non si riesce a scorgere nessun segnale significativo riguardo alle temperature globali. Ma fu però sufficiente per rallentare la porzione atlantica (AMOC) del grande nastro trasportatore oceanico, responsabile della redistribuzione di acque calde verso le regioni polari, laddove queste ultime, raffreddandosi, riescono a sprofondare in profondità e alimentano questa grande "cinghia di trasmissione" oceanica globale. I proxies atlantici indicano che l'AMOC iniziò ad indebolirsi proprio in quel periodo.

3) Questo effetto diede inizio a quel che gli autori dello studio pubblicato su Nature chiamano un "pronounced interhemispheric seesaw event", vale a dire un pronunciato evento inter-emisferico altalenante. Una variante aggiornata del bipolar seesaw già messo in (debole) luce da EPICA a suo tempo. L'AMOC indebolita rallentò il grande fiume oceanico inter-emisferico e così le acque calde che nell'Atlantico del sud sopraggiungevano dall'Indiano via corrente di Agulhas non riuscirono più a spostarsi verso il nord dell'oceano, rimanendo intrappolate nei pressi dell'Antartide.

4) Mentre l'emisfero nord subiva il raffreddamento causato sostanzialmente dal mancato ricambio di acque più calde superficiali che non riuscivano più a sopraggiungere con intensità da sud, l'emisfero australe si riscaldava: questo fenomeno è registrato nelle carote glaciali come parte di un protratto aumento di temperatura che mise fine all'ultima era glaciale. Ma siccome l'emisfero nord subiva, nel frattempo, estemporanei raffreddamenti, quel che succedeva nell'emisfero opposto non ebbe che irrilevanti conseguenze sul record di temperatura globale, riuscendo ad innalzarla di soli 0,3°C, vale a dire circa 1/3 dell'incremento che c'è stato nel XX secolo!

5) Fu proprio durante questo riscaldamento iniziale dell'emisfero australe che i gas serra iniziarono a salire e continuarono a farlo per circa 5000 anni. Fu sufficiente l'incremento delle SST degli oceani meridionali (probabilmente ai margini dell'Antartide) a degassare soprattutto la CO2. L'addizione dei gas serra fu sufficiente a forzare l'incremento termico estendendolo anche all'emisfero boreale, in modo tale da risultare globale e da smorzare l'altalena bipolare. Con questo incremento anche nell'emisfero nord, l'AMOC riprese vigore e ripartì con intensità il flusso di acqua inter-emisferico, così che nel breve volgere di poco tempo le temperature dell'emisfero nord raggiunsero quelle dell'emisfero sud.

6) Poi l'altalena riprese vigore e l'AMOC si indebolì di nuovo. Questa fase corrisponde al periodo freddo dell'emisfero che tutti conosciamo come Dryas recente. Le temperature medie emisferiche si abbassarono di circa 1°C, mentre nell'emisfero sud il riscaldamento subì solo un lieve rallentamento.
La diminuzione della salinità oceanica in conseguenza della fusione glaciale del Dryas recente deve aver favorito la transitoria diminuzione di concentrazione di CO2 (la solubilità della CO2 in acqua aumenta non solo con T più basse ma anche in presenza di acque meno salate). Di per sé, la variazione della concentrazione atmosferica di CO2 nelle fasi cicliche fra glaciazione e deglaciazione dipende dall'interazione di un certo numero di meccanismi su scale temporali multiple in modo transitorio. Non è da escludere, infatti, il ruolo che la biosfera terrestre potrebbe aver giocato, attraverso stoccaggio risp. rilascio del carbonio organico sepolto al di sotto delle calotte boreali durante i periodi glaciali e isolato dal contatto con l'atmosfera.

7) Quando l'AMOC tornò a livelli intensi, circa un millennio dopo, questa altalena bipolare terminò di nuovo. Entrambi gli emisferi si riscaldarono fino al plateau delle temperature della lunga era olocenica pre-industriale raggiunto circa 8000 anni fa.

8) Il modello testato con la sola forzante CO2, in ogni caso, prevederebbe il raggiungimento del plateau parecchio tempo prima, in modo più lineare e meno volatile e su livelli termici un po' più bassi rispetto a quel che si inferisce dalla lettura dei dati proxy: questo, oltre a rendere evidente l'importanza di ogni elemento, compreso ovviamente il ruolo dei mandanti orbitali, rimanda ad aspetti non trascurabili come per es. i feedback relativi all'albedo.

Da notare che il riscaldamento globale fra le due fasi glaciale e interglaciale della durata di 14 millenni è di circa 3,6°C, un buon grado più alto rispetto alla recente stima trovata da Andy Schmittner et al. (lavoro di cui ho parlato nel primo post). Nelle SI, l'ultimo capitolo è proprio dedicato alla comparazione con quello studio e alla spiegazione di possibili ragioni della discrepanza (vedi tabella a fianco). Gli autori affermano che il dataset usato per il record della LGM in questo studio è costituito da un sotto-campione assai più piccolo rispetto a quello più ampio usato da Schmittner et al. Inoltre alcune comparazioni geografiche da siti simili con dati indipendenti in uso in dataset utilizzati da entrambi gli studi potrebbero aver generato biases in maniera tale per cui i dati oceanici più freddi di questo lavoro sarebbero troppo dipendenti da alcuni di questi siti troppo sensibili in tal senso. Tuttavia, vanno anche ricordate le perplessità e le critiche al lavoro di Schmittner et al. segnalate nel precedente post.