Variazione della temperatura negli ultimi 400.000 anni derivata dall’analisi della carota di ghiaccio antartico EPICA (arancione) e da una carota di sedimenti marini MD012443 (verde) campionata sul margine Iberico (modificato da Jouzel, J., et al. 2007 e Martrat et al. 2007).

Nannoplancton calcareo: Ubellosphaera tenuis e coccoliti di E. huxleyi, fotografati al microscopio elettronico a scansione (SEM), a 10000 ingrandimenti. Adriatico meridionale. Foto A. Cascella   Galleria delle Stalattiti, Complesso carsico del Monte Corchia (Levigliani, LU), Foto Ilaria Isola

Per paleoclima si intende il clima di periodi geologici e storici precedenti lo sviluppo degli strumenti di misura delle componenti climatiche e del tempo atmosferico. La paleoclimatologia è la disciplina scientifica che studia il clima della Terra e le sue variazioni nel corso della lunga storia del nostro pianeta. Il clima del passato viene ricostruito studiando numerosi archivi paleoclimatici che includono sedimenti, rocce, carote di ghiaccio, concrezioni di grotta (speleotemi) e anelli di crescita degli alberi. Questi contengono alcune caratteristiche chimio-fisiche e biologiche (indicatori climatici o proxy), che variano con il variare delle condizioni climatiche presenti al momento della loro formazione, registrandone e conservandone la testimonianza. Le ricerche paleoclimatiche coprono l’intera storia della Terra. Gli studi che riguardano gli ultimi secoli e millenni producono ricostruzioni ad alta risoluzione temporale delle variazioni delle temperature e delle precipitazioni, che costituiscono la base per quantificare e comprendere la variabilità naturale del clima. Gli studi sulle ultime decine di migliaia, milioni o centinaia di milioni di anni rivelano cambiamenti climatici legati alla posizione reciproca di Sole e Terra, a variazioni delle quantità di gas serra in atmosfera, che hanno controllato l’avvento e la fine delle ere glaciali, a cambiamenti della circolazione oceanica, infine, a processi geologici come il sollevamento delle montagne e la deriva dei continenti.

 

 

 

Le attività di ricerche paleoclimatiche dell’INGV coinvolgono il laboratorio di paleomagnetismo e magnetismo ambientale, di micropaleontologia e quello di microcampionamento per studi sugli speleotemi. Queste ricerche mirano a conoscere come il clima è cambiato nel passato per formulare scenari climatici attendibili per il futuro e valutare l’impatto che avranno i cambiamenti climatici futuri sull’ambiente e sulle attività umane. Le ricerche si basano sull’analisi integrata di indicatori climatici (fisici, chimici e biologici) in sequenze stratigrafiche marine e continentali del bacino del Mediterraneo, ed in aree polari. Consentono l’individuazione e datazione (relativa e radiometrica) degli eventi paleoclimatici (ciclici e/o estremi), la loro caratterizzazione in termini di variazioni di precipitazioni, di temperatura e della composizione chimica dell’aria e degli oceani.

Gli studi di micropaleontologia sono incentrati sullo studio del Nannoplancton calcareo e dei suoi resti fossili, i Nannofossili calcarei. L’attività di ricerca principale, condotta in collaborazione con altri enti italiani ed esteri, riguarda studi di micropaleontologia integrata (nannoplancton calcareo, foraminiferi, pollini) e paleomagnetismo di sedimenti marini di piattaforma continentale del Mediterraneo, per l’individuazione delle principali oscillazioni climatiche a breve termine, riconducibili a forzanti globali e/o locali attive nel corso del Quaternario. Inoltre vengono eseguiti studi sulla variabilità delle precipitazioni atmosferiche degli ultimi 2000 anni in Italia e Mediterraneo.

 

Gli studi degli speleotemi condotti in collaborazione con altri enti italiani e stranieri riguardano lo studio di numerosi depositi chimici ipogei (stalagmiti e flowstones) provenienti da diverse grotte del bacino mediterraneo (Alpi Marittime, Alpi Apuane, Madonie, Macedonia, Croazia). Questi studi hanno portato a risultati scientifici di grande interesse a conferma della valenza generale del dato paleoclimatico fornito dagli speleotemi che, grazie ad un’elevata sensibilità ai mutamenti climatici, sono uno strumento essenziale per un’analisi di dettaglio di record stratigrafici finalizzato alle ricostruzioni paleoclimatiche non solo a scala della area di campionamento ma a scala regionale e globale.

 

La base italiana Mario Zucchelli in ANtartide (foto di C. Cesaroni, © PNRA)

La Thule Air Base americana situata sulla costa nord-occidentale dalla Groenlandia (foto di G. Muscari)

L’Artide e l’Antartide rappresentano in questi ultimi decenni due dei più grandi laboratori naturali esistenti sul nostro pianeta. Le ricerche e gli esperimenti che si conducono in questi ambienti estremi sono innumerevoli e vanno dalla politica, attraverso la “semplice” cooperazione tra nazioni, all’addestramento di equipaggi per le missioni spaziali. L’Italia è presente in Antartide dal 1985 con un Programma scientifico governativo, il Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA) finanziato dal Ministero per l’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR). L’INGV ha partecipato e partecipa, insieme ad altri istituti di ricerca e Università italiane, alle ricerche in aree polari sin dalle prime spedizioni.

Le tematiche seguite dall’INGV in ambito polare comprendono osservazioni ed analisi geofisiche su elementi molto diversi tra loro che coprono complessivamente tutte le parti del nostro pianeta: l’atmosfera, la calotta glaciale, la litosfera ed il comportamento dei campi fisici naturali, come ad esempio il campo magnetico e le osservazioni ionosferiche a tali latitudini. In Antartide, infatti, sono in funzione in due siti diversi, presso la base italiana costiera Mario Zucchelli e presso la stazione italo-francese Concordia sul plateau antartico, due osservatori geomagnetici e due osservatori di scintillazione ionosferiche. I dati di questi osservatori sono visualizzabili in tempo reale e scaricabili dei rispettivi portali dedicati. Le osservazioni delle scintillazioni ionosferiche sono condotte anche dalle isole Svarbald, in area polare artica.

La “Radioglaciologia” è una delle numerose attività di ricerca condotte in Antartide dall’INGV. Si occupa fondamentalmente dell'esplorazione del continente antartico, sepolto sotto le spesse coltri glaciali (spessore medio 2500 m, spessore max. 4800 m) ed ha permesso di ricostruire, grazie a due grandi progetti internazionali (BEDMAP e BEDMAP2), la morfologia di tutto il continente. Inoltre ha consentito di rivelare la presenza di acqua allo stato liquido all'interfaccia ghiaccio-roccia sia in forma di accumulo (subglacial lakes) che in forma laminare (wet contacts). Inoltre la radioglaciologia è di fondamentale importanza per la scelta dei siti di perforazione nei quali effettuare gli studi di tipo paleoclimatico e nello studio del bilancio di massa delle calotte glaciali che influisce sulla variazione del livello medio marino degli oceani. Lo studio dell'aria fossile contenuta nel ghiaccio della calotta antartica, recuperato attraverso la perforazione delle ormai famose "carote di ghiaccio", permette infatti precise ricostruzioni delle sequenze climatiche degli ultimi 840 mila anni e di mettere in relazione le variazioni di temperatura con la presenza dei gas ad effetto serra come CO2 e CH4 (progetto "European Project for Ice Coring in Antarctica - EPICA"). Oltre al progetto EPICA l’INGV ha contribuito, grazie alle misure di radioglaciologia, condotte dal 1995 ad oggi con uno strumento progettato, sviluppato ed aggiornato all’interno dei suoi laboratori, al successo di altri programmi di perforazione della calotta come TALDICE ( TALos Dome Ice CorE) e come il progetto BE-OI ( Beyond Epica Oldest Ice) attualmente in corso.

In Artide, l’INGV svolge dal 2003 attività di ricerca (attraverso appositi bandi promulgati sempre dal PNRA) presso la stazione di Ny-Ålesund, alle isole Svalbard (Norvegia), e dal 2009 anche presso la base americana di Thule, in Groenlandia.

In particolare il Thule High Artic Atmospheric Observatory (THAAO) è costituito da numerosi strumenti dedicati all'osservazione dell'atmosfera polare, dalla troposfera fino alla mesosfera, volti principalmente allo studio dei cambiamenti climatici e della distruzione dell'ozono stratosferico. L'osservatorio è gestito da una collaborazione fra Università “La Sapienza”, l'ENEA, l'INGV, il PNRA e gli istituti americani NCAR, NSF e Università dell'Alaska. L'attività svolta dal personale INGV è prevalentemente incentrata sulla misura di profili di concentrazione di composti chimici nella media atmosfera (ad esempio H2O e O3) e del contenuto colonnare di vapor acqueo. Tali osservazioni vengono svolte mediante spettrometri operanti nelle microonde progettati e sviluppati presso l'INGV.