Uno sguardo al clima del futuro
Caldo e umidità: le ricerche all'ETH utilizzano i minerali di antichi terreni per ricostruire il clima che prevaleva sulla Terra circa 55 milioni di anni fa. I risultati aiutano a prevedere meglio il nostro clima futuro.
57-55 milioni di anni fa, il Paleocene si concludeva e iniziava l'Eocene. A quell'epoca l'atmosfera era praticamente invasa dal gas serra anidride carbonica: la sua concentrazione era compresa tra 1400 e 4000 ppm. ? difficile immaginare come dovevano essere le temperature sulla Terra in una biosauna. Era caldo e umido e il ghiaccio delle calotte polari era completamente scomparso.
Il clima di allora è interessante per i ricercatori per stimare come potrebbe svilupparsi il clima di oggi. Questo perché le emissioni di CO2-L'attuale contenuto di CO nell'atmosfera è di 412 ppm, rispetto ai 280 ppm di prima dell'industrializzazione. I climatologi ritengono che l'aumento sia dovuto alle emissioni umane di CO2-Le emissioni potrebbero raggiungere le 1000 ppm entro la fine del secolo.
Un gruppo di ricercatori dell'ETH di Zurigo, della Pennsylvania State University e del CASP di Cambridge (Regno Unito) ha quindi ricostruito il clima che prevaleva alla fine del Paleocene e all'inizio dell'Eocene utilizzando minuscoli minerali provenienti da suoli alumni. Lo studio è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica "Nature Geoscience".
Cosa ci dicono i minerali sul clima
I minerali sono siderite. Si sono formati in terreni privi di ossigeno che si sono sviluppati sotto una fitta copertura vegetale nelle paludi. Le paludi erano diffuse lungo le coste calde e umide nel Paleocene e nell'Eocene.
La siderite è un carbonato di ferro ed è composta da un atomo di ferro, uno di carbonio e tre di ossigeno (FeCO3). Durante la crescita dei cristalli di siderite, diversi isotopi di carbonio e ossigeno vengono incorporati nel reticolo cristallino a seconda della temperatura del suolo. I cristalli in crescita immagazzinano anche informazioni sull'umidità dell'aria, poiché gli isotopi dell'ossigeno provengono dall'acqua penetrata nel suolo attraverso la pioggia. In questo modo, i cristalli immagazzinano informazioni sul clima dell'epoca in cui sono cresciuti. I ricercatori possono leggere queste informazioni determinando la composizione isotopica dei cristalli in laboratorio. Da ciò si possono trarre conclusioni sul contenuto di umidità dell'atmosfera e sulle temperature dell'aria.
Per tracciare le condizioni climatiche dall'equatore alle regioni polari, i ricercatori hanno analizzato sideriti provenienti da 13 diversi siti dell'emisfero settentrionale. Hanno così coperto tutte le latitudini geografiche, dai tropici all'Artico.
Un mondo caldo e fumante
"La ricostruzione del clima basata sulla siderite mostra che un mondo caldo è anche un mondo umido", afferma il primo autore Joep van Dijk, che ha svolto il suo dottorato con il professor Stefano Bernasconi dell'ETH presso l'Istituto di geologia dal 2015 al 2018.
Tra i 57 e i 55 milioni di anni fa, la temperatura media annuale dell'aria all'equatore, nell'attuale Colombia, era di circa 41°C. Nella Siberia artica, la temperatura media estiva era di 23°C.
Utilizzando il loro "igrometro" in siderite, i ricercatori hanno anche dimostrato che il contenuto di umidità globale dell'atmosfera, o l'umidità specifica, era molto più alto nel Paleocene e nell'Eocene rispetto ad oggi. Inoltre, il vapore acqueo rimaneva più a lungo nell'aria perché l'umidità specifica aumentava più dell'evaporazione e delle precipitazioni. Tuttavia, l'aumento dell'umidità specifica non è stato lo stesso ovunque.
Grazie al fatto che i ricercatori avevano a disposizione sideriti provenienti da tutte le latitudini, hanno potuto analizzare anche la distribuzione dell'umidità specifica: I tropici e le latitudini più elevate presentavano all'epoca un'umidità molto elevata.
Il vapore acqueo subtropicale ha riscaldato i poli
I ricercatori attribuiscono questo fenomeno al fatto che il vapore acqueo è stato trasportato dalle zone subtropicali a queste zone. L'umidità specifica è aumentata meno nei subtropici. L'evaporazione è aumentata e le precipitazioni sono diminuite. Ciò ha comportato una maggiore quantità di vapore acqueo, che alla fine ha raggiunto i poli e l'equatore. Con il vapore è stato trasportato anche il calore.
Ancora oggi, i climatologi osservano che il vapore acqueo e il calore fluiscono dai subtropici ai tropici. "Questo trasporto era probabilmente ancora più forte nell'Eocene", afferma Joep van Dijk. "E l'aumento del trasporto di calore verso le alte latitudini potrebbe aver favorito l'intensificazione del riscaldamento nelle regioni polari".
Capacità di adattamento eccessiva
I nuovi risultati indicano che il trasporto di umidità nell'atmosfera e quindi anche il trasporto di calore sta aumentando a causa dell'attuale riscaldamento globale. "Il trasporto di umidità è un processo importante che intensifica il riscaldamento delle regioni polari", afferma van Dijk.
"Le emissioni di CO2-Sebbene il contenuto dell'atmosfera fosse significativamente più alto all'epoca rispetto a oggi, l'aumento di questi valori è avvenuto nell'arco di milioni di anni", sottolinea l'esperto. "Questo è in contrasto con il giorno d'oggi, in cui l'uomo ha ridotto le emissioni di CO2-è aumentata di quasi il 50% in soli 170 anni dall'industrializzazione". All'epoca, animali e piante avevano molto più tempo per adattarsi alle mutevoli condizioni climatiche. "Questo non è semplicemente possibile con l'attuale rapido sviluppo", sottolinea il ricercatore.
Difficile ricerca dei cristalli di siderite
Non è stato facile trovare le sideriti. Da un lato, i minerali sono minuscoli e, dall'altro, si trovano solo in terreni paludosi fossilizzati, alcuni dei quali possono essere trovati solo diversi chilometri sotto la superficie terrestre. Di conseguenza, per i ricercatori era difficile o addirittura impossibile scavare le sideriti da soli. "Abbiamo intrapreso diverse spedizioni nei siti, ma siamo riusciti a trovare la siderite solo in un caso", spiega Joep van Dijk.
Tuttavia, i ricercatori hanno potuto attingere alla collezione del co-autore Tim White per le loro indagini. L'americano della Pennsylvania State University possiede la più grande collezione di siderite al mondo.
Letteratura di riferimento
Van Dijk J, Alvarez F, Bernasconi SM, et al: Spatial pattern of super-greenhouse warmth controlled by elevated specific humidity. Nature Geoscience, pubblicato online il 26 ottobre 2020. DOI: pagina esterna10.1038/s41561-020-00648-2