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COMPENDIO DI STORIA DEL CLIMA. IL CLIMA NEL PALEOZOICO E MESOZOICO La storia antica del clima terrestre è in gran parte avvolta nel mistero: man mano.

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1 COMPENDIO DI STORIA DEL CLIMA

2 IL CLIMA NEL PALEOZOICO E MESOZOICO La storia antica del clima terrestre è in gran parte avvolta nel mistero: man mano che ci inoltriamo nel Deep time, la nostra capacità di riconoscere e spiegare i fenomeni naturali diminuisce. Le cause sono: - Sistemi climatici a n componenti, mutabili nel tempo e/o ignote; - Bassa risoluzione e/o discontinuità (X-Y) del segnale stratigrafico; - Problemi di riconoscimento e/o datazione degli eventi; - Difficoltà di taratura degli Archivi e dei Proxy.

3 I tenori di O 2 libero sono variati (e molto) nel tempo: fino a ~2.4 Ga, latmosfera ne era del tutto priva. IL GREAT OXYGENATION EVENT (GOE)

4 Fino a ~2.4, lossigeno generato dalla fotosintesi cianobatterica veniva immediatamente sequestrato negli oceani per ossidare la materia organica e il ferro contenuto nei basalti (olivine, pirosseni): 4 Fe 2+ O (aq) + O 2 2 Fe 2 3+ O 3 (s) Il processo era discontinuo (per cause orbitali?): alternanze di strati ferrosi (spessore < 10 cm) e argille.

5 Il risultato sono i cosiddetti BIF (Banded Iron Formation: ~3.5–1.8 Ga), indicativi di acque ossigenate in modo scarso e discontinuo. IL GREAT OXYGENATION EVENT (GOE)

6 A ~2.4 Ga, un eccesso di ossigeno sfugge nellatmosfera e determina la rapida ossidazione del metano atmosferico: CH O 2 = CO H 2 O rapido calo delle temperature (accelerato da < degas vulcanica?) e onset della Glaciazione Huroniana (2.4 – 2.1 Ga). IL GREAT OXYGENATION EVENT (GOE)

7 LA SNOWBALL EARTH La formazione di BIF riprende nel Neoproterozoico (~850 – 542 Ma), quando la Terra viene per tre volte coperta unenorme coltre glaciale (integralmente: Snowball Earth o, più probabilmente, al 60%: Slushball Earth).

8 I meccanismi di innesco sono ancora poco chiari: forse vulcanesimo, o eccesso di weathering dei silicati: [breakup di Rodinia, rifting e uplift] LA SNOWBALL EARTH

9 Le testimonianze dellevento sono rappresentate sia in termini litologici (tilliti, dropstones) che geochimici (perturbazioni nel δ 13 C carb ) La Snowball Earth ha rappresentato un momento di enorme pressione evolutiva ( Esplosione cambriana) LA SNOWBALL EARTH

10 Durante il Paleozoico si sono verificati due lunghe e intense glaciazioni (Ordoviciano-Siluriano e Carbonifero-Permiano), la cui cronologia è correlabile alle due grandi orogenesi.

11 IL THERMAL MAXIMUM CRETACEO Il Cretaceo è stato il periodo più caldo di tutta la storia della Terra. Era un mondo privo di calotte glaciali e con alti tenori di gas serra, dove non esistevano gradienti latitudinali di temperatura. la circolazione oceanica era di tipo ALOTERMICO, ossia controllata prevalentemente da gradienti di salinità. Questo meccanismo è molto meno efficace del termoalino (1 : 1.000) e la circolazione è faticosa, come testimoniato da una serie di eventi anossici oceanici (OAE).

12 IL THERMAL MAXIMUM CRETACEO Lipertermale cretaceo (limite Cenomaniano/Turoniano), che avviene forse in risposta allespansione dellAtlantico settentrionale, scatena lOAE 2, con la deposizione del Livello Bonarelli.

13 IL CENOZOICO

14 MONDO GREENHOUSE: assenza di calotte glaciali persistenti MONDO DOUBTHOUSE: fase transizionale, crescita di coltri glaciali metastabili MONDO ICEHOUSE: Presenza costante di calotte glaciali ~persistenti ai poli

15 Southern Hemishpere Glaciation (SHG) PALEOGENE

16 IPOTESI PER LA SHG - Apertura del Passaggio di Drake: -formazione della corrente circumpolare antartica -isolamento termico dellAntartide -sviluppo di una calotta prevalentemente aggradante, con un margine stabile - Eccesso di CO 2 atmosferica durante il mondo greenhouse: sviluppo nel tempo di robusti feedback a favorire il sequestro di gas-serra, con effetti a lungo termine - Rallentamento dello spreading oceanico durante il Cenozoico: diminuzione di degassazione di CO 2 dagli oceani

17 (Flusso attuale nel PdD: 130 Sv) Con PdD aperto, il flusso di calore verso le alte latitudini diminuisce del 20%: non basta a innescare la SHG APERTURA DEL PASSAGGIO DI DRAKE: FORMAZIONE DELLA CORRENTE CIRCUMPOLARE ANTARTICA ED ISOLAMENTO TERMICO DELLANTARTIDE

18 Spessore della calotta antartica in tempi discreti su t 0 =0, t f =10 Myr e p(CO 2 ) da 4PAL a 2PAL con PdD aperto (DeConto & Pollard, 2003). SVILUPPO DI UNA CALOTTA AGGRADANTE

19

20 ALKENONI Metaboliti delle aptofite, costituiti da una lunga catena chetonica (C:35 – C:40; i più comuni sono C37:2 e C37:3). Resistenti alla diagenesi, si rinvengono a partire dal Cretaceo inferiore. La saturazione dipende da SST: a SST basse prevale C 37:3.

21 ALKENONI E possibile utilizzare gli alkenoni come paleotermometri: E (in modo complesso) come proxy dei tenori di CO 2 :

22 NAHCOLITE Minerale del comune Bicarbonato di Sodio (NaHCO 3 ). Dati sperimentali indicano che la Nahcolite precipita solo a tenori di CO 2 atmosferica superiori a ppm, molto più che gli attuali 380 ppm. In condizioni simili, le simulazioni indicano T medie ~10-12 °C superiori alle attuali.

23 Northern Hemisphere Glaciation (NHG) Southern Hemisphere Glaciation (SHG) NEOGENE

24 MIOCENE Da notare: si sollevano le Ande (= -CO 2, vulcanesimo), luplift dellorogeno tibetano accelera (= -CO 2 ), listmo di Panama si sta chiudendo (=...?)

25 CAMBIAMENTI CLIMATICI NEL PLIO-PLEISTOCENE Le curve del 18 O indicano che la storia climatica degli ultimi 5 Myr è molto complessa, con: 1) un progressivo appesantimento dei valori isotopici nel tempo; 2) un salto a ca. 3 Ma, con valori isotopici rapidamente più pesanti e la comparsa di una chiara ciclicità; 3) a ca. 3 Ma, comparsa nellAtlantico del primo IRD a basse latitudini (40-50°N). Ca. 3.2 Ma (inizio del Pliocene glaciale) si forma una calotta nellemisfero nord: è un evento fondamentale che prende il nome di Northern Hemisphere Glaciation (NHG)

26 IPOTESI PER LA NHG - Sollevamento dellorogeno tibeto-himalayano, che determina: -Sviluppo di ghiacciai montani (maggiore albedo globale); -Modificazioni nella circolazione atmosferica, con intensificazione del monsone asiatico (+ umido a S, + arido a N) e maggiore penetrazione meridionale delle correnti fredde circumpolari; -Weathering (intenso sequestro di CO 2 ). - Rallentamento dello spreading oceanico durante il Cenozoico diminuzione di degassazione di CO 2 dagli oceani - Chiusura dellistmo di Panama riorganizzazione della circolazione oceanica, perturbazione nei processi di ridistribuzione dellenergia fra basse e alte latitudini e della salinità fra Pacifico ed Atlantico - Sollevamento di orogeni minori sviluppo di fitte foreste collinari e montane a discapito della vegetazione erbacea, incremento dei tassi di sequestro della CO 2 Ulteriore possibile feedback: CO 2 intrappolata nel ghiaccio

27 DINAMICHE DELLA CHIUSURA DELLISTMO DI PANAMA

28 Il Pliocene Inferiore, più caldo dellinterglaciale attuale, è privo di ghiacci nellemisfero settentrionale; A ~3.2 Ma appaiono i primi segni di una calotta glaciale settentrionale (NHIS) in Groenlandia; A ~2.5 Ma il NHIS si stabilizza; Il NHIS rimane piccolo sino a ~0.95 Ma; A ~0.95 Ma, il NHIS si espande (Pleistocene glaciale). IL CLIMA DEGLI ULTIMI 5 Myr: SINTESI

29 LE SORPRESE CLIMATICHE Sono aberrazioni del trend climatico prevedibile. Sicuramente presenti in tutto il record geologico, sono ben documentate nella parte più recente, grazie a: - Carote di ghiaccio - Carote ODP - Alta risoluzione dei dati - Prevedibilità delle dinamiche a medio-lungo termine

30 IL MIS 11 (ca anni fa) Interglaciale lunghissimo; forte contrasto con la glaciazione precedente; tassi di insolazione ridotti (come per lOlocene) Dati NOAA

31 CICLI DANSGAARD-OESCHGER CICLI DI BOND HEINRICH EVENTS Oscillazioni climatiche ad alta frequenza che caratterizzano LGM e Olocene

32 Cicli DANSGAARD-OESCHGER Porzione calda di oscillazioni climatiche ad alta frequenza (p=~1.475 yr) durante lultima glaciazione. Durante lOlocene prendono il nome di Cicli di Bond

33 HEINRICH EVENTS Controparte fredda dei Cicli Dansgaard-Oeschger (Iceberg armada)

34 YOUNGER DRYAS (ca. 13 ka) Evento transiente durante lultima deglaciazione: ritorno a condizioni quasi-glaciali per più di 1000 anni breakdown del sistema di circolazione termoalina

35 Il Medieval Warm Period (MWP, ca. 1.6 ka) Fase fredda fra l800 ed il 1200 DC Intensificazione del NAD?

36 La Little Ice Age (LIA, ca. 1.6 ka) Fase fredda fra il 1400 ed il 1800 Collasso della NADW? La laguna di Venezia gelata (1703), di G. Bella


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