Le serie numeriche di δ18O (rapporto isotopico dell’ossigeno, anche d18O), CH4 (metano, anche CH4) e CO2 (anidride carbonica, anche CO2) sono di fatto degli standard con cui confrontarsi quando ci si muove indietro nel tempo a cercare situazioni climatiche del lontano passato.
Finora ho usato queste serie quando era necessario, per osservare singoli aspetti climatici e politico-climatici man mano che si presentavano, ma, da un suggerimento di Lopes et al., 2021, ho ritenuto di dover raccogliere insieme i dati e la loro analisi spettrale, in modo da avere un unico riferimento.
Lopes e colleghi, in una serie di lavori, hanno usato la Singular Spectrum Analysis (SSA o, nel loro caso iterativo, iSSA) per determinare le componenti spettrali delle tre serie citate all’inizio, le ultime due derivate dalla carota antartica di Vostok e la prima dall’ormai classico lavoro di Lisiecki e Raymo (2005), nota con la sigla LR04. Citano un lungo elenco di componenti spettrali (periodiche e quasi periodiche), cioè di periodi spettrali associabili alle tre serie e aggiungono anche la SSA, e quindi le componenti spettrali, della “soluzione numerica di lungo periodo per l’insolazione della Terra”, cioè la soluzione delle equazioni astronomiche (da 1 M di anni fa fino a 1 M di anni nel futuro) che permettono di definire le serie di eccentricità, precessione, obliquità dell’orbita e insolazione (Laskar et al., 2004 o La04).
In questo post userò, oltre a LR04, le serie europee di CH4 e CO2 da EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) Dome C, entrambe calibrate tramite AICC2012 (Antarctic ice core chronology 2012, v. Bazin et al (2013), https://doi.org/10.1594/PANGAEA.824894), tutte e tre tra 0 e 800 mila anni fa (800 Ka). LR04 si estende fino a 5.3 Ma, ma qui ho selezionato la parte comune con CH4 e CO2. Applicherò l’analisi spettrale di Lomb alle tre serie e ai parametri orbitali (disponibili in questo sito) e cercherò un confronto con le molto più estese componenti spettrali di SSA di Lopes et al (2021).
Inizio, mostrando le tre serie e il loro spettro, con d18O (LR04) che copre fino al MIS (Marine Isotope Stage) 19c, essendo il MIS 1 l’epoca attuale (Olocene) e il MIS 5e l’Eemiano, l’interlaciale precedente l’Olocene.
Contrariamente alle mie abitudini, qui tutti gli spettri sono normalizzati alla potenza totale (potenza diviso potenza totale), così da avere lo stesso quadro in tutti i casi e permettere un confronto più semplice. Ovviamente i valori nei file numerici (*-lomb.out) non corrisponderanno a quanto si legge dai grafici.
Continuo con la CO2 di Epica Dome C e il suo spettro.
E finisco con la serie del metano (CH4) e il suo spettro.
Il confronto diretto tra CH4 e CO2, sia per i dati (le due scale verticali sono in parti per miliardo, ppb, il CH4 e in parti per milione, ppm, la CO2) sia per gli spettri, è disponibile qui.
In tabella 1 raccolgo i massimi spettrali delle tre serie, evidenziando quelli tipici di eccentricità, obliquità e precessione.
I parametri orbitali, tra 0 e 800 Ka, sono mostrati in figura 4 e il loro spettro Lomb in figura 5. Da notare che l’insolazione è condizionata dall’eccentricità.
Negli spettri sono indicati alcune periodicità mentre in tabella 2 si riportano i massimi spettrali in modo più esteso. Da notare 100 kyr dell’eccentricità; 23.5 e 19.8 Kyr della precessione; 41 Kyr dell’obliquità. Come già notato, l’insolazione è molto simile all’eccentricità. Il periodo di 53-54 Kyr è comune a tutti i parametri, così come 400 Kyr. L’insolazione è l’unica serie a mostrare un periodo di 62 Kyr, così come 135 Kyr compare solo nell’obliquità.
Commenti conclusivi
Lopes et al. usano serie di CO2 e CH4 diverse da quelle usate qui e tutte le serie (comprese LR04 e La04) sono troncate ai 420 Ka di CO2 e CH4 della stazione antartica Vostok.
In questo post si usano le serie di CO2 e CH4 di EPICA Dome C e LR04 tra 0 e 800 Ka.
Dobbiamo quindi aspettarci differenze negli spettri che appaiono, però, largamente concordanti: infatti Lopes et al. riportano gran parte dei valori riprodotti nella tabella 3, nella quale il neretto indica i periodi presenti anche nelle serie di questo post.
Come scritto all’inizio, lo scopo di questo post è quello di raggruppare tre serie di riferimento e i loro spettri in un unico articolo. Come “effetto collaterale” si è valutata anche la bontà dei miei abituali spettri Lomb.
Bibliografia
- Laskar, J., Robutel, P., Joutel, F., Gastineau, M., Correia, A.C.M., Levrard, B.: A long term numerical solution for the insolation quantities of the Earth., Astronomy and Astrophysics, 428, 261-285, 2004 (La04 series). https://doi.org/10.1051/0004-6361:20041335
- Lorraine E. Lisiecki, Maureen E. Raymo: A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. , Paleoceanography, 20, PA1003, 2005. https://doi.org/10.1029/2004PA001071
- Fernando Lopes, Pierpaolo Zuddas, Vincent Courtillot, Jean-Louis Le Mouël, Jean-Baptiste Boulé, Alexis Maineult, Marc Gèze: Milankovic Pseudo-cycles Recorded in Sediments and Ice Cores Extracted by Singular Spectrum Analysis, Climate of the past Discussion, 2021. https://doi.org/10.5194/cp-2021-126.
Tutti i dati e i grafici sono disponibili nel sito di supporto
