Carote di ghiaccio e i registri climatici del passato
Dentro ogni centimetro di una carota di ghiaccio estratta da un grande ghiacciaio è registrata la storia dell'atmosfera terrestre. Le bolle d'aria intrappolate durante la formazione del ghiaccio conservano campioni dell'atmosfera di epoche passate; la composizione isotopica dell'acqua racconta la temperatura in cui la neve cadde; le particelle di polvere, i sali marini, il polline e i prodotti della combustione riflettono condizioni ambientali lontanissime nel tempo e nello spazio. Nessun altro archivio naturale offre una risoluzione temporale simile su scala centennale e millenaria: i carotaggi di ghiaccio sono, insieme agli anelli di crescita degli alberi e ai sedimenti oceanici, tra i più preziosi strumenti della paleoclimatologia.
Il programma di carotaggio più ambizioso mai condotto è il progetto EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica), che ha estratto carote dal plateau antartico orientale nei siti di Dome C e Kohnen. La carota del Dome C, completata nel 2004, ha raggiunto una profondità di 3.270 metri e registra una storia climatica che si estende per circa 800.000 anni, coprendo otto cicli glaciali-interglaciali completi. Nessun altro archivio naturale a risoluzione annuale o decennale raggiunge questa profondità temporale.
Come si legge una carota di ghiaccio
La prima informazione che i glaciologici ricavano da una carota di ghiaccio è la datazione: la profondità deve essere convertita in età. In ghiacciai con alti tassi di accumulo, come quelli dell'Antaride occidentale o della Groenlandia meridionale, gli strati annuali sono spessi abbastanza da essere contati visivamente, come gli anelli degli alberi. A grandi profondità, dove il peso del ghiaccio sovrastante ha assottigliato gli strati originali a pochi millimetri, la datazione si ottiene con modelli di flusso del ghiaccio calibrati su punti di riferimento temporale assoluti: eruzioni vulcaniche documentate, variazioni della concentrazione di cosmogenici come il berillio-10, e legami con la cronologia di altri archivi datati indipendentemente.
La composizione isotopica dell'acqua è il proxy termometrico più usato. L'acqua è composta da diverse combinazioni di isotopi di idrogeno (H e D, deuterio) e di ossigeno (16O e 18O). Quando la neve si forma da vapore acqueo che si è raffreddato, le molecole più leggere (con 16O e H) evaporano più facilmente e condensano a temperature più basse rispetto alle molecole pesanti. Il rapporto D/H o 18O/16O nella neve registra quindi la temperatura a cui avvenne la condensazione: temperature più fredde producono neve impoverita in isotopi pesanti. Questo segnale, conosciuto come delta-18O o delta-D, è il termometro molecolare che permette di ricostruire le temperature del passato da una carota di ghiaccio.
Le bolle d'aria e la concentrazione di CO2
Le bolle d'aria chiuse nel ghiaccio durante la transizione da firn a ghiaccio glaciale contengono campioni dell'atmosfera dell'epoca. Analizzando queste bolle con spettrometri di massa, i ricercatori misurano la concentrazione di CO2, metano, ossido di azoto e altri gas a effetto serra con una precisione di pochi parti per milione. I dati EPICA mostrano che la concentrazione di CO2 atmosferico è oscillata tra circa 180 ppm nelle fasi glaciali e 280-300 ppm nelle fasi interglaciali nel corso degli ultimi 800.000 anni.
La concentrazione attuale di CO2 nell'atmosfera supera le 420 ppm — un livello che non si è verificato in nessuno dei 800.000 anni registrati dalle carote di ghiaccio. Questo dato, verificabile direttamente sulle carote, è uno dei risultati più eloquenti per contestualizzare il cambiamento climatico in corso rispetto alla variabilità naturale del passato.
I ghiacciai alpini e la storia ambientale recente
I carotaggi dei ghiacciai alpini, pur coprendo periodi molto più brevi rispetto alle carote antartiche, offrono informazioni di altissima risoluzione sugli ultimi secoli e millenni. Il sito del Col du Dôme sul Monte Bianco (4.250 m slm), carotato da team francesi dell'Université Grenoble Alpes, ha prodotto carote che documentano le variazioni di composizione atmosferica negli ultimi 8.000 anni. Gli strati corrispondenti all'era industriale mostrano un aumento drammatico delle concentrazioni di piombo, tracciabile alle fonderie romane, medievali e alla Rivoluzione Industriale, e dei solfati legati alla combustione del carbone.
Il Ghiacciaio Colle Gnifetti sul Monte Rosa (4.452 m), il sito di carotaggio più alto delle Alpi, ha tassato i ricercatori con condizioni di lavoro estreme ma ha prodotto una delle serie temporali più lunghe disponibili per le Alpi. I segnali di polvere sahariana, di eruzioni vulcaniche e di variazioni della circolazione atmosferica si leggono nelle carote del Colle Gnifetti con dettaglio stagionale per gli ultimi millenni.
Carote glaciali tropicali: il testimone delle Ande e dell'Africa
I ghiacciai tropicali ad alta quota sono serbatoi di informazioni climatiche di regioni poco documentate dagli altri archivi. Lonnie Thompson dell'Ohio State University ha dedicato la sua carriera all'estrazione di carote da ghiacciai tropicali altamente vulnerabili, consapevole che questi archivi potrebbero scomparire prima che la comunità scientifica possa studiarli completamente.
Le carote del Quelccaya Ice Cap in Perù — carotato per la prima volta nel 1983 e più volte successivamente — hanno rivelato la storia delle precipitazioni nella Cordigliera Blanca degli ultimi 1.500 anni, documentando siccità severe associate al collasso di civiltà preincaiche. Le carote del Ghiacciaio Kilimanjaro in Tanzania mostrano la storia delle monsoni dell'Africa orientale e le carestie documentate nei testi storici in coincidenza con cali delle precipitazioni registrati nelle carote.
Carote di ghiaccio marino e neve indurita: i siti polari
In Groenlandia, i siti GISP2 e GRIP a Summit e il più recente NEEM (North Greenland Eemian Ice Drilling Project) hanno prodotto carote che coprono la penultima glaciazione e l'interglaciare dell'Eemiano, circa 125.000 anni fa. I dati dell'Eemiano rivelano un periodo in cui l'Artico era più caldo dell'attuale e il livello del mare era 5-9 metri più alto, fornendo un analogico per le condizioni che potremmo avvicinare nel corso del XXI e XXII secolo.
La risoluzione temporale delle carote groenlandesi è eccezionale nelle sezioni più superficiali: gli strati annuali sono visibili a occhio nudo a profondità corrispondenti agli ultimi 100.000 anni, permettendo la datazione anno per anno di eventi come la scoperta dell'America (registrata come inizio dell'accumulo di piombo e carbonio da incendi nelle Americhe) e le grandi eruzioni vulcaniche degli ultimi secoli.
Esplora i siti di carotaggio glaciale e i ghiacciai che li ospitano sulla mappa per visualizzare dove si trova questo straordinario archivio della storia climatica terrestre.