Gli eventi di Heinrich e la loro sfasatura tra i Poli

Maggio 26, 2023 Off Di miometeo

(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 BP. Arctic 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 , JGR, 102, 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 variability, Nature, 2023. https://doi.org/10.1038/s41586-023-05875-2

Tutti i dati e i grafici sono disponibi nel sito di supporto