Antartide: un laboratorio naturale unico per lo studio della storia antica del clima

L’Antartide è il continente più remoto ed estremo della Terra.
Disabitato, al buio durante la lunga notte polare, con temperature anche inferiori a – 80 °C nelle zone più interne ed elevate, questo luogo ostile è un laboratorio naturale unico per studiare il clima e i fattori che ne causano le oscillazioni. La calotta glaciale antartica, infatti, conserva intatta la memoria della storia del clima e della composizione atmosferica più antica del Pianeta, custodita nel ghiaccio che, strato dopo strato, inglobando bolle d’aria, si è accumulato in centinaia di migliaia di anni. Dall’analisi del ghiaccio e dell’aria in esso intrappolata è possibile ricostruire l’evoluzione della temperatura attraverso le varie ere, e metterla in relazione al contenuto dei gas climalteranti, come il metano (CH4) e il biossido di carbonio (C02).
I sedimenti marini permettono di ricostruire il clima del passato andando indietro nel tempo anche di milioni di anni, ma, a differenza del ghiaccio, non conservano un’informazione diretta del contenuto dei gas serra.

Il ghiaccio “perfetto” per raccontare la storia antica del clima

Le perforazioni profonde nel ghiaccio antartico permettono di ottenere serie temporali di dati molto lunghe e complete poiché la calotta glaciale negli ultimi 13 milioni di anni ha mantenuto dimensioni relativamente costanti ^1, senza importanti cambiamenti nel flusso del ghiaccio come invece è avvenuto con la calotta glaciale artica, in Groenlandia ². Se alla base della calotta glaciale non vi fossero processi di fusione, legati alla pressione del ghiaccio sotto il proprio peso, e i sottili strati inferiori non venissero quindi fortemente alterati, il ghiaccio antartico riuscirebbe a svelare diversi milioni di anni di storia del clima e della composizione atmosferica.

I carotaggi effettuati in passato nel centro della calotta hanno permesso di risalire indietro nel tempo per diverse centinaia di migliaia di anni. Tra i record più lunghi ci sono i carotaggi presso la stazione russa Vostok , a Dome Fuji e nei due siti di perforazione del progetto europeo EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica), concluso nel 2008.

Il rilievo continuo più lungo mai ottenuto fino ad ora si estende per oltre 800.000 anni nel passato e proviene dal sito EPICA Dome C, nei pressi della stazione italo-francese Concordia, situata nel settore orientale del continente, in una zona interna e ad una quota superiore a 3000 metri.

Il progetto EPICA: la storia del clima fino a 800.000 anni fa

Il progetto europeo EPICA portò all’estrazione di una carota di ghiaccio lunga 3270 metri che, come abbiamo visto, permise di coprire gli ultimi 800.000 anni della storia del clima e della composizione atmosferica.
La carota comprendeva otto lunghi periodi glaciali (periodi freddi) alternati a otto periodi interglaciali, più caldi e più brevi. Le analisi condotte da diversi ricercatori, tra cui Thomas Blunier del Niels Bohr Institute, dell’Università di Copenhagen, mostrarono che il livello di CO2 raggiunse il suo minimo, al di sotto di 180 ppm (parti per milione), durante il periodo glaciale compreso tra 650.000 e 750.000 anni fa. Circa 770.000 anni fa, i livelli di CO2 e di CH4 cambiarono in modo drastico nel giro di pochi decenni, e lo stesso accadde 40.000 anni fa, durante l’ultimo periodo glaciale. Gli scienziati ipotizzano che ciò possa essere stato causato da cambiamenti degli schemi della circolazione oceanica.

Un evidente cambiamento climatico avvenne 430.000 anni fa, in corrispondenza della transizione tra un periodo glaciale e uno interglaciale definita “Termination V”3. Da quel momento, fino ai giorni nostri, si sono succeduti quattro cicli glaciali-interglaciali di grande ampiezza, mentre Il periodo precedente vide cicli di ampiezza inferiore, con temperature meno elevate durante i periodi interglaciali e meno rigide durante i periodi glaciali.

Termination V assomiglia alla transizione nell’attuale periodo interglaciale in termini di ampiezza del cambiamento delle temperature e dei gas serra. La fase calda interglaciale successiva fu eccezionalmente lunga (28.000 anni ) rispetto a quella registrata finora nell’attuale periodo interglaciale, cioè 12.000 anni. Date le somiglianze tra questo antico periodo caldo e oggi, anche in termini astronomici (bassa eccentricità dell’orbita terrestre), i ricercatori pensano che, senza l’intervento umano, un clima simile potrebbe essere il miglior analogo del clima attuale e del futuro.

Il progetto Beyond EPICA: un lavoro senza precedenti per ricostruire la storia del clima e dei gas serra fino a 1,5 milioni di anni fa

Una delle principali sfide future è la ricerca di un campione di ghiaccio continuo e indisturbato risalente a 1,5 milioni di anni fa. Perché? Uno dei motivi è capire se la parziale mancanza di fase tra l’andamento dei (bassi) valori di CO2 e l’andamento delle temperature rilevata nella carota di ghiaccio EPICA Dome C da 650.000 a 800.000 anni fa sia iniziata in tempi ancor più antichi.

L’analisi dei sedimenti marini ha inoltre mostrato prove di una importante riorganizzazione della periodicità climatica tra 900.000 e 1,2 milioni di anni fa, durante la Transizione del Pleistocene Medio, quando la periodicità climatica tra le ere glaciali passò da 41.000 a 100.000 anni. L’origine di questa importante riorganizzazione climatica rimane al momento sconosciuta.
L’obiettivo del progetto europeo Beyond Epica Oldest Ice è svelare i legami tra il ciclo del carbonio, la criosfera, l’atmosfera e l’oceano durante questa importante transizione climatica, per comprendere meglio i processi che governano il nostro sistema climatico. Attraverso il campionamento e l’analisi del ghiaccio profondo antartico, il progetto intende tornare indietro nel tempo di 1 milione e mezzo di anni, alla scoperta delle temperature e della concentrazione dei gas serra del lontano passato: un lavoro senza precedenti per gli studi di paleoclimatologia.

Finanziato dalla Commissione europea con 11 milioni di euro, Beyond Epica si estende per sette anni (a partire dal 2019) ed è coordinato da Carlo Barbante, direttore dell’Istituto di Scienze Polari del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISP) e professore all’Università Ca’ Foscari di Venezia. Sono coinvolti dodici centri di ricerca partner, appartenenti a dieci paesi. Per l’Italia, oltre al CNR e all’Università Ca’ Foscari, partecipa anche l’agenzia azionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA), incaricata, insieme all’Istituto polare francese, degli aspetti logistici.
Rilievi radar ad alta risoluzione hanno permesso di identificare il punto esatto in cui effettuare la perforazione profonda della calotta glaciale antartica: Little Dome C, un’area di circa 10 km2 a 40 km dalla base italo-francese Concordia, sul plateau antartico orientale. Si tratta di un luogo molto isolato, a oltre 1000 km dalla costa e ad un’altitudine di 3233 m sul livello del mare, dove lo spessore del ghiaccio supera i 3000 m, la temperatura minima può scendere al di sotto di -80 °C durante l’inverno (nell’estate antartica è in media di -35 °C) e circa la metà delle scarsissime precipitazioni è associata a violente tempeste.
I lavori di perforazione sono iniziati il 4 dicembre 2021 e dopo tre giorni è stata estratta la prima carota di ghiaccio. L’aspettativa del team di ricerca è raggiungere la velocità media di perforazione di 170 metri di profondità alla settimana.

A thin strip of Beyond EPICA ice from a depth of 120 m, dating back about 3,000 years, showing tiny air bubbles inside
Credits: Barbante©PNRA/IPEV pic.twitter.com/GgAMjLdk9h

— Beyond EPICA (@OldestIce) December 11, 2021

“Se vogliamo mettere in una prospettiva corretta quello che stiamo sperimentando oggi con il cambiamento climatico e prendere delle misure di mitigazione e adattamento per fronteggiare il cambiamento, dobbiamo necessariamente guardare molto più indietro ed è quello che stiamo per fare qui in Antartide con l’avvio di Beyond Epica”, ha affermato Carlo Barbante, in questo momento impegnato sul campo.

Per approfondire:
1 DeConto, R. M. and Pollard, D.: Rapid Cenozoic Glaciation of Antarctica induced by declining Atmospheric CO2, Nature, 421, 245–249, 2003.

2Johnson, S.: Oxygen Isotope and Palaeotemperature Records from Six Greenland Ice-Core Stations: Camp Century, Dye-3, GRIP, GISP2, Renland and NorthGRIP, J. Quaternary Sci., 16, 299–307, 2001.
3EPICA Members: Eight glacial cycles from an Antarctic ice core, Nature, 429, 623-628, 2004