paleoclimatologia Informazioni deducibili mediante analisi isotopica di O18 / O16 in gusci carbonatici di foraminiferi Informazioni paleoclimatiche da analisi pollinica (paleopalinologia) e da anelli di accrescimento in alberi (dendrocronologia)

Informazioni su isotopi e loro separazione mediante spettrometri Analisi biostratigrafica di sedimenti contenenti foraminiferi con guscio carbonatico Analisi della composizione isotopica di O16 e O18 per gusci di età diversa (determinata con vari metodi di datazione disponibili) Ipotesi su rapporto tra diverse composizioni isotopiche e temperatura dell’acqua del mare ( o più esattamente con la estensione di calotte glaciali antartica e continentali) per una informazione di tipo climatologico riferibile al periodo temporale corrispondente alle età dei sedimenti analizzati

8 protoni e 8 neutroni: O16 8 protoni e 10 neutroni: O18 Ossigeno : nucleo con 8 protoni, 8 neutroni: perinucleo con 8 elettroni (due ) Isotopi di ossigeno , diversi solo per diverso numero di neutroni isotopo più comune O16 meno comune O18 Presentano le stesse proprietà, eccetto la massa: occupano la stessa posizione nella tabella degli elementi

Carbonato di calcio-CaCO3 Esistono isotopi per la maggior parte degli elementi chimici:esempio C12 , C14 ; H1 , H2, H3 Composti chimici (es. H2O , CO2, CaCO3 possono presentare diversa massa in funzione degli isotopi che li compongono Ossigeno 16 e 18 Idrogeno 1 e 2 Carbonio 12 e 14 calcio Carbonato di calcio-CaCO3 H2O CO2 Consideriamo solo alcuni composti H2O e CO2 segnati da freccia

Ionizzazione di CO2 >>> CO2+ Si possono separare, mediante strumenti che sfruttano la diversa massa (spettrometri di massa) i diversi composti portati allo stato gassoso, in particolari condizioni richieste per la analisi Esempio :gusci carbonatici di foraminiferi possono contenere in diversa misura O16 e O18 analizzando tali gusci è possibile determinare la eventuale diversità di concentrazione dei due isotopi CaCO3 (trattato con H3PO4) >> Ca3(PO4)2 + H2O + CO2 equazione non stechiometria, solo qualitativa Separazione di H2O (per congelamento) da CO2 Ionizzazione di CO2 >>> CO2+ si analizza la CO2 con lo spettrometro ottenendo una misura delle quantità di CO2 contenente O16 e O18

Foraminìferi (protozoi)sono molto diffusi (dal paleozoico ) come fossili grazie al loro guscio (chitinoso, siliceo, calcareo) con dimensioni da micrometriche a pochi millimetri. Sono molto sensibili alle caratteristiche dell'ambiente particolare nel quale vivono e possono quind ifornire informazioni relative allo stesso. Sono molto diversificati lungo le varie ere geologiche e possono essere utilizzati nella datazione relativa delle rocce che li contengono. il guscio calcareo creato dai foraminiferi contiene ossigeno 16 o 18 ricavato dall’acqua presente nel luogo ove i foraminiferi vivono (plantonici, bentonici) nell’aria e nell’acqua le proporzioni dei due isotopi sono note 99.95% O 16 ; 0.2 % O 18 e si conosce la variazione % in funzione della temperatura Poiché è nota la relazione tra la curva di distribuzione percentuale degli isotopi e la temperatura, analizzando il diverso rapporto tra gli isotopi dell'ossigeno sia nel CaCO3 contenuto nella calcite dei sedimenti, che in quello contenuto nello scheletro dei foraminiferi fossili, si può risalire con precisione alla temperatura delle acque marine del periodo in cui vissero.

Possibile causa determinante la diversa composizione ? Successione stratigrafica contenente resti fossili di foraminiferi a guscio carbonatico e di specie diversa Età crescente temperature Per ogni serie di età nota si misura la composizione isotopica riferita a ossigeno 18 / 16 Basso rapporto alta temperatura Alto rapporto bassa temperatura Confronto tra curve isotopiche dei gusci e temperature note per rapporti simili di laboratorio Rapporto 18/16 Possibile causa determinante la diversa composizione ?

L’acqua del mare presenta una composizione con prevalenza della forma con isotopo di ossigeno 16 prevalente su isotopo 18: esiste un equilibrio tra le due forme Nel processo di evaporazione l’acqua con isotopo 16 si allontana più facilmente di quella con isotopo 18 con relativo arricchimento di acqua “pesante” :nella condensazione del vapore si ottengono delle precipitazioni prevalentemente di tipo piovoso che restituiscono al mare acqua con isotopo 16, riportando l’equilibrio. In tale condizione, i foraminiferi creano il proprio guscio mediante carbonato che utilizza acqua con prevalenza di ossigeno isotopico 16

Nel processo di evaporazione l’acqua con isotopo 16 si allontana più facilmente di quella con isotopo 18 con relativo arricchimento di acqua “pesante” :se le precipitazioni avvengono sotto forma di neve e formazione di ghiaccio, l’acqua evaporata non ritorna per lungo tempo al mare nel quale aumenta la composizione relativa dello isotopo 18 rispetto al 16 In tale condizione, i foraminiferi creano il proprio guscio mediante carbonato che utilizza acqua con isotopo 18 più concentrato dei precedenti

La diversa composizione isotopica riscontrata nei gusci dei foraminiferi è riferibile alla diversa composizione dell’acqua del mare durante la loro formazione: tale composizione dipende dalla temperatura (che influisce sulla diversa tendenza alla evaporazione dei due isotopi) ma principalmente dalla presenza di calotte glaciali che immobilizzano l’acqua con isotopo 16, dopo la sua evaporazione e condensazione, modificando di conseguenza il rapporto normale tra i due isotopi nell’acqua del mare. Analizzando quindi la diversa composizione isotopica dei gusci di età nota si può risalire alla alternanza di fasi glaciali (prevalenza di O18) e interglaciali (riduzione di O18) nel clima degli anni passati

dendrocronologia:sistema di datazione assoluta che informa sulla della temperatura nei secoli passati , fino ad alcune migliaia di anni (in Italia , con larice, 756 d.C; in Germania, con quercia, 8480 a.C) basata sulla diversa densità e ampiezza degli anelli di accrescimento del legno negli alberi delle zone temperate: legno primaverile, con cellule ampie e a parete sottile (anello chiaro) legno estivo-autunnale con cellule strette e a parete spessa (anello scuro) analizzando la successione (se regolare) di anelli chiari e anelli scuri collegata alla successione di annate si ottiene una informazione sulle caratteristiche climatiche del passato (anelli stretti e densi : annate fredde; larghi e ampi:annate calde) primaverili autunnali

Palinologia-paleopalinologia L’analisi di sedimenti (torbiere) databili con metodo del radiocarbonio contenenti resti fossili di pollini, spore, permette mediante il riconoscimento delle diverse specie di pollini, di risalire alla distribuzione della vegetazione nel passato databile e quindi delle condizioni climatiche dominanti, umidità, temperatura, presenza di neve o ghiaccio.. in funzione della variabilità delle percentuali e tipi di pollini ritrovati (regione alpina : informazioni su almeno ultimi 10000 anni)