16O 18O 8 8 CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno Gli isotopi di un elemento sono atomi con uguale numero di elettroni (cariche negative esterne al nucleo) e di protoni (cariche positive interne al nucleo), ma diverso numero di neutroni (particelle senza carica interne al nucleo. A = numero di massa = numero di protoni + neutroni 16O 18O 8 8 Z = numero atomico = numero di elettroni = numero di protoni Il comportamento chimico di due isotopi del medesimo elemento è lo stesso; dal punto di vista fisico possono avere comportamenti lievemente diversi.

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 16O 18O 8 elettroni 8 protoni 8 neutroni 8 elettroni 8 protoni 10 neutroni

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 1 - Gli isotopi dell’ossigeno 16O e 18O sono stabili (non si trasformano in altri elementi attraverso processi di decadimento radioattivo). 2 - In natura il loro rapporto è costante. 3 - Le molecole di acqua (H2O) possono contenere 16O oppure 18O. 4 - Quelle formate dall’isotopo 16O (più leggere) evaporano più facilmente di quelle contenenti 18O (più pesanti) H H 16O H H 18O

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 5 - Mari ed oceani tendono ad impoverirsi di 16O, e di conseguenza ad arricchirsi di 18O, a causa dell’evaporazione differenziata. 6 - L’acqua evaporata ricade sulla terra sotto forma di precipitazioni e, attraverso il ciclo idrogeologico, ritorna nei mari riequilibrandone subito la composizione isotopica. + 16O equilibrio tra 16O e 18O

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 7 - Durante i periodi freddi, i ghiacci delle calotte polari e montane bloccano l’acqua ricca in 16O ricaduta sulla terra, impedendone il rientro negli oceani, il cui livello si abbassa. L’acqua del mare si arricchisce in 18O. + 16O + 16O equilibrio tra 16O e 18O + 18O

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 8 - Al rialzarsi della temperatura i ghiacci si sciolgono, il livello del mare si rialza e la composizione isotopica degli oceani si riequilibra. equilibrio tra 16O e 18O

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 9 - I foraminiferi planctonici, oltre a numerose altre specie di organismi marini, costruiscono un guscio calcareo (CaCO3) utilizzando l’ossigeno dell’acqua marina. La composizione isotopica dei gusci rispecchia così quella del mare in cui vivono questi animali. 10 - Alla loro morte i foraminiferi planctonici si depositano sul fondo degli oceani, formando sedimenti che si accumulano lentamente. Globigerina bulloides Globigerinoides ruber

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 11 - Per mezzo di particolari trivelle è possibile prelevare dai fondali oceanici carote di sedimenti lunghe parecchie decine di metri.

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 12 - Dalle carote si prelevano campioni di sedimento a distanza di pochi centimetri l’uno dall’altro, e da questi si estraggono i foraminiferi. 13 - Si misura poi la quantità di 16O e 18O nei foraminiferi di ciascun campione e si tracciano curve della composizione isotopica in funzione della profondità. 14 - Queste curve rappresentano la variazione del volume dei ghiacci presenti sulla terra. Carota ODP V28-238

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 15 - per mezzo di studi geocronometrici è possibile datare le carote, trasformando le profondità in tempi. Si usano soprattutto studi sui tephra (ceneri vulcaniche) e sul paleomagnetismo dei sedimenti. 16 - Ovunque siano state prelevate le carote, le curve sono (quasi) sempre correlabili. Ciò significa che il metodo è valido su scala mondiale. Brunhes Matuyama

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno 17 - Le curve possono essere suddivise in fasi (oxigen isotope stages) numerate a partire da 1 (attuale). 18 - Fasi calde = numeri dispari; fasi fredde = numeri pari. 16 10 2 18 12 6 8 20 14 4 5d 3 5a 17 13 7 15 19 11 9 5e 1

CURVE PALEOCLIMATICHE Isotopi stabili dell’Ossigeno Le curve hanno minor pendenza nelle fasi anaglaciali che in quelle cataglaciali 16 10 2 18 12 6 8 20 14 4 5d 3 5a 17 13 7 15 19 11 9 5e 1

CURVE PALEOCLIMATICHE SPIEGAZIONE delle diverse velocità di raffreddamento e riscaldamento Anaglaciale: raffreddamento acque marine superficiali migrazione in basso di acque superficiali mescolamento con acque profonde calde e omogeneizzazione della temperatura raffreddamento rallentato Cataglaciale: fusione dei ghiacci acque di fusione, dolci e poco dense benché fredde, restano in superficie ulteriore riscaldamento acque superficiali - acque profonde restano isolate nessun rimescolamento né omogeneizzazione della temperatura accelerazione del processo di fusione

CURVE PALEOCLIMATICHE Curve ottenute dalla ricomposizione di più carote indicano: - raffreddamento della temperatura media della Terra da 3 Ma BP; - forti oscillazioni nella temperatura da 2.5 Ma BP; - numero di oscillazioni climatiche decisamente maggiore di quello indicato dalle ipotesi di Penck e Bruckner (A. Penck, E. Bruckner, Die Alpen im Eiszeitalter, 1909). Curva composita V1930, ODP677, ODP846