Solo il cambiamento climatico naturale spiega il riscaldamento attuale della regione Alpina

Astratto

Con il presente studio si dimostra che il clima alpino attuale sia simile a quello verificatosi circa 6000 anni fa. Qui presentiamo un nuovo studio che ricostruisce la condizione del passato di alcuni ghiacciai, circa all’epoca in cui visse l’uomo di Similaun (3300-3100 a.C.). In particolare lo studio prende in considerazione i dati ottenuti dai carotaggi effettuati nel 2019 sulla cupola di ghiaccio posta sulla vetta del Weißseespitze (3500 m), proprio nelle vicinanze del luogo in cui è stato ritrovato l ‘“uomo venuto dal ghiaccio tirolese”. Le osservazioni glaciologiche e l’età del micro-radiocarbonio indicano che la vetta è stata ricoperta di ghiaccio per non più di 5900 anni. Questo risultato è simile a quanto già verificato da altri studi realizzati sulla massa glaciale di alcuni ghiacciai alpini.. Le evidenze scientifiche dimostrano che nelle Alpi solo i siti di altitudine oltre i 4000 m di quota sono rimasti coperti di ghiaccio in tutto l’Olocene. Poco prima vivesse l’Uomo venuto dal ghiaccio, le alte vette alpine risultano quasi prive di ghiaccio, per poi ricoprirsi di ghiacci rapidamente durante l’inizio di una neoglaciazione del Medio Olocene. Cin ciò si dimostra che il vecchio ghiaccio alla base degli alti ghiacciai alpini è un archivio sensibile e piuttosto preciso dei cambiamenti climatici succedutisi nel corso dei millenni. 

Introduzione

E’ opinione diffusa che la maggior parte del volume dei ghiacciai alpini potrebbe scomparire entro i prossimi due secoli. Una delle principali domande scientifiche è se questo processo di deglaciazione non abbia precedenti nel passato non troppo remoto. Se vogliamo valutare il ritmo della futura deglaciazione nelle Alpi, è essenziale comprendere le dinamiche trascorse dei ghiacciai e la loro relazione con i cambiamenti climatici naturali. Siamo bombardati da notizie molto dettagliate sull’estensione massima dei ghiacciai alpini nell’ultimo secolo e mezzo, dedotte dalle indagini sulle posizioni moreniche. Tutte notizie che dimostrerebbero l’assoluta unicità dell’attuale regressione glaciale, con il conseguente fine di colpevolizzare l’Uomo per aver commesso il crimine di modificare il clima. Eppure finora si sa relativamente sulle condizioni di assenza di ghiaccio ad alta quota nei millenni precedenti. In effetti, già esistono studi che si sono però basati sulla datazione del carbonio fatta soprattutto su arbusti e legno emersi dal recente scioglimento dei ghiacci, sia pure a quote inferiori. Nonostante il forte ritiro dalla Piccola Era Glaciale (PEG 1430 – 1850 d.C.), l’accesso al ghiaccio più antico vicino al substrato roccioso è ancora complicato per le aree di alta quota e di solito richiede la perforazione di carote di ghiaccio del ghiacciaio.

La maggior parte delle precedenti ricerche sulle carote di ghiaccio nelle Alpi era finalizzata a registrazioni climatiche stratigrafiche continue. Questo lo ha limitato ai ghiacciai dove di solito non c’è scioglimento in superficie durante tutto l’anno. Esistono pochi siti di perforazione idonei in quanto sono per lo più limitati a un’altitudine superiore a 4000 m, ad esempio nelle Alpi occidentali 8 . Nelle Alpi Orientali e ad altitudini inferiori ai 4000 m, tali record sono scarsi, con un solo record di carote di ghiaccio ottenuto da un sito già parzialmente temperato all’Ortles 9 e al ghiacciaio temperato Silvretta 10. Tuttavia, in genere si sostiene che se le temperature del ghiaccio basale sono inferiori al punto di fusione, il cosiddetto “ghiaccio freddo” rimane congelato fino alla roccia. Se si muove, lo fa per deformazione interna lenta, contrariamente al ghiaccio temperato (cioè ghiaccio a circa 0 ° C), che è in grado di scorrere lungo il substrato roccioso 11 . Anche se il suo spessore residuo è di soli 10 m circa, recentemente è stato trovato ghiaccio freddo stagnante millenario alla base di un ghiacciaio alpino sommitale 12 . Limitare l’età massima del ghiaccio stagnante vicino al substrato roccioso può indicare periodi passati senza ghiaccio, seguiti da neoglaciazione 13 . Quindi queste informazioni sull’età da sole contengono informazioni importanti sulle condizioni paleoclimatiche.

Fino a poco tempo fa, solo i ritrovamenti di manufatti umani venivano discussi in relazione a bassi rilievi di ghiacciai d’alta quota nelle Alpi; al passo Schnidejoch (2750 m, Alpi bernesi 7 ) e l ‘“uomo venuto dal ghiaccio tirolese” nelle Alpi orientali 14 . Il passo Schnidejoch è facilmente bloccato dall’avanzamento del ghiacciaio, rendendo i reperti dei manufatti un indicatore sensibile dei minimi glaciali passati. La datazione al radiocarbonio dei manufatti indica tre fasi di minima estensione del ghiaccio, adatte per l’attraversamento del passo. La prima fase era di circa 6,8-6,3 migliaia di anni fa, una seconda fase da 5,7 a 4,9 e un terzo periodo adiacente da 4,9 a 4,2 15. La mummia tirolese Ötzi è emersa da un piccolo campo di ghiaccio, situato a 3210 m. La datazione al radiocarbonio della mummia indicava che l’Uomo venuto dal ghiaccio visse all’incirca 5,1-5,3 migliaia fi anni fa 14 , 16 . Lo stato ben conservato del cadavere e dei manufatti suggerisce che siano stati conservati in condizioni di congelamento. Il campo di ghiaccio di Tisenjoch deve quindi essere stato presente durante diversi periodi noti di ritiro dei ghiacciai, come le fasi calde romane e medievali 17 . Sfortunatamente, dopo la scoperta dell’Uomo venuto dal ghiaccio, le analisi del polline sono state condotte solo sul ghiaccio circostante 18 . Con l’arrivo delle moderne tecniche radiometriche di datazione con il ghiaccio basate su C 14, è ora possibile limitare l’età del ghiaccio del ghiacciaio stesso 19 , 20 . Datare il ghiaccio con le odierne tecniche radiometriche avrebbe potuto dirci se l’Uomo venuto dal ghiaccio fosse effettivamente morto in un ambiente per lo più privo di ghiaccio, o se fosse caduto in un crepaccio su un Tisenjoch ricoperto di ghiacciai.

Risultati

Il sito unico per la vecchia conservazione del ghiaccio a Weißseespitze

Il ghiacciaio Weißseespitze (WSS, 3500 m) segna il punto più alto del Gepatschferner nelle Alpi austriache. È un sito unico: (1) situato a soli 12 km dalla posizione del luogo di ritrovamento dell’Uomo di ghiaccio, offre un potenziale surrogato per indagare sulle condizioni del ghiacciaio locale durante la vita di quell’uomo. Esso ha una geometria del ghiacciaio a forma di cupola, che è una caratteristica estremamente rara nelle Alpi (Fig.  1 ). Fotografie storiche risalenti al 1888 circa, mappe e modelli di elevazione digitali, nonché misurazioni dirette presso la cupola di ghiaccio sommitale rivelano una continua perdita di volume dal massimo della PEG (tabella 1 ) intorno al 1855. Lo spessore limitato del ghiaccio e la geometria della cupola significano un flusso di ghiaccio minimo o assente, confermato da misurazioni GPS differenziali in palio nel 2018 e nel 2019. In queste circostanze, l’influenza della dinamica del ghiaccio allo spartiacque è trascurabile per l’interpretazione dell’era glaciale. Nonostante l’ablazione misurata sui pali nel 2018 e nel 2019, le temperature del pozzo englaciale sono rimaste permanentemente sotto lo zero a 1 m sotto la superficie, con – 3 ° C a 9 m di profondità, il che implica che il ghiaccio è congelato fino alla roccia.

Figura 1
Figura 1

Tabella 1 Variazione dell’altitudine come indicatore della perdita di ghiaccio alla vetta del Weißseespitze, espressa in metri all’anno e derivata da modelli digitali di elevazione (DEM, studi precedenti) e misurazioni dirette mediante pali di ablazione

Analisi delle carote di ghiaccio e vincoli di età dei ghiacciai

Nel marzo 2019, due carote parallele sono state perforate a 11 m dal substrato roccioso allo spartiacque con condizioni di fondo quasi piatto. Gli strati visibili di acqua di disgelo ricongelata indicano che c’era solo uno scioglimento occasionale limitato in questo sito quando si è formato questo ghiaccio. La parte principale del nucleo di ghiaccio comprende il ghiaccio del ghiacciaio ricco di bolle, il probabile risultato della metamorfosi secca della neve. Questa visione è supportata da rapporti stabili di ossigeno (δ 18 O) e idrogeno (δD) di un intervallo tipico della variazione stagionale della neve a questa altitudine, senza deviazione dalla linea di galleggiamento meteorica. Entro i 4 m superiori di ghiaccio, un contenuto di trizio dell’ordine di 100 mBq / kg suggerisce che il ghiaccio si sia formato prima del diffuso rilascio di trizio dai test sulle armi nucleari all’inizio degli anni ’60 e che gli strati di quel momento erano già stati sciolti con la successiva fusione negli ultimi decenni. La superficie attuale a WSS è quindi più vecchia del 1963, con il ghiaccio rimanente il residuo di una calotta di ghiaccio originariamente più spessa. La datazione micro- 14 C basata su aerosol di cinque campioni dal nucleo di ghiaccio ha restituito età in continuo aumento con la profondità, da (0,62 ± 0,35) migliaia di anni (cioè anni calibrati in migliaia prima del 1950, intervallo 1 sigma) a (5.884 ± 0.739) migliaia di anni appena sopra il fondo del ghiacciaio.  Tutte le età sono riportate nel testo su questa scala temporale in ka. Le date originali si trovano nei riferimenti forniti.

figura 2
figura 2

Discussione

Abbiamo valutato le nuove prove di Weißseespitze, in primo luogo, alla luce delle informazioni esistenti riguardanti la storia climatica regionale, seguite dal contesto pan-alpino dei minimi del ghiacciaio datati dal ghiaccio. Per quest’ultimo, abbiamo prestato particolare attenzione alla co-valutazione dell’età massima e dell’elevazione di tutti i siti.

Nonostante la perdita di massa sulla superficie caratteristica delle condizioni odierne, il ghiaccio basale è rimasto congelato sul fondo. La nostra datazione del ghiaccio appena sopra il substrato roccioso indica che il corpo di ghiaccio a WSS si è formato prima di (5,9 ± 0,7) migliaia di anni fa e da allora è stato ghiacciato continuamente. Ciò implica che anche la posizione della vetta WSS a 3500 m di altitudine era priva di ghiaccio durante un intervallo precedente. Nel contesto di altre prove climatiche regionali, questo risultato è coerente con le ricostruzioni della lunghezza del ghiacciaio del Gepatschferner, che documentano un’estensione minima distinta a partire da circa 5900 anni fa 21 . Allo stesso modo, circa 5300-5100 anni fa, non esisteva ghiaccio nel vicino Tisenjoch, a 3210 m 22. Il fatto che la vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio rientri nella fascia di età massima determinata per il ghiacciaio sommitale WSS suggerisce che una neoglaciazione piuttosto rapida ha posto fine alle condizioni precedentemente quasi prive di ghiaccio sule vette di questa regione.

La fine del cosiddetto “Holocene Climatic Optimum” 14 , 23 si osserva anche nelle registrazioni delle stalagmiti austriache, indicando l’inizio di un periodo di raffreddamento intorno a 5,9 migliaia di anni fa 24 . Nelle Alpi orientali, i resti di legno subfossile datati ad anelli di alberi indicano che si sono verificati diversi progressi nel medesimo periodo in tre diversi ghiacciai delle Alpi: Unteraar, Pasterze, Tschierva 25. I primi due hanno tempi di risposta molto più lunghi rispetto a Tschierva, e generalmente le fluttuazioni delle lingue dei ghiacciai deviano dai bilanci di massa sui ghiacciai sommitali perché la posizione terminale dipende anche dalla dinamica del ghiaccio e perché l’erosione del vento influisce sull’accumulo netto alle vette. Tuttavia, il quadro generale concorda bene. Intorno a 5900 anni fa, c’è stato un avanzamento del ghiacciaio Tschierva, raggiungendo l’estensione del ghiaccio del 2000 e terminando il precedente periodo caldo 25 . Durante quei periodi caldi, il limite degli alberi era fino a 165 m sopra il limite degli alberi del 1980 a Kaunertal, nelle immediate vicinanze del WSS 26. Un record chironomide ottenuto allo Schwarzsee nella vicina Oetztal suggerisce che all’incirca tra 5,2 e 4,5 migliaia di anni fa si è verificata un cambiamento climatico, con una netta tendenza al raffreddamento nelle temperature estive, che ha prevalso fino alla fine del diciannovesimo secolo.

Ciò è coerente con altre prove regionali fornite dai sedimenti della palude di Oberfernau (Buntes Moor): uno strato datato al radiocarbonio segna la fine della crescita della torba durante una fase calda (Fig.  3 ). Da circa 4,2–3,9 kcal in poi, i sedimenti fluvioglaciali indicano la presenza di ghiacciai nel bacino idrografico, cioè un periodo più fresco 28. Sebbene l’altitudine effettiva dei ghiacciai che portano ai depositi fluvioglaciali non sia ben definita, deve essere stata significativamente inferiore alla vetta WSS. In questo contesto regionale, i risultati del WSS si adattano notevolmente bene a un quadro generale delle condizioni di caldo regionale che terminano intorno ai 5,9 ka in alta quota. Questo è stato seguito da un periodo di avanzamento del ghiacciaio iniziato intorno alla vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio, con un inizio ritardato della glaciazione sulle cime a quote più basse.

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Figura 3

I risultati del WSS sono integrati in una panoramica dei vincoli di età massima già esistenti (Tabella 2 ), al fine di indagare ulteriormente la storia di neoglaciazione dei ghiacciai di alta quota in tutte le Alpi e il ruolo dell’altitudine del sito. Come mostrato in Fig.  4 , questa compilazione rivela un notevole gradiente di inizio della neoglaciazione in relazione all’altitudine del sito. Sebbene l’altitudine delle lingue dei ghiacciai dipenda principalmente dalle precipitazioni, come suggerito dall’odierna distribuzione dei ghiacciai in Austria 29 , questo potrebbe non essere vero per i ghiacciai delle alte Alpi. Nelle posizioni di alta quota e sommità, i ghiacciai sono in genere di dimensioni molto limitate e fortemente esposti all’erosione del vento come principale vincolo all’accumulo netto 8. Invece, la dipendenza dall’altitudine trovata qui suggerisce una connessione primaria con la temperatura media annuale e il suo tasso di diminuzione, per la neoglaciazione verificatasi in questi siti. In una visione semplicistica, una tendenza al raffreddamento porterebbe all’accumulo di neve, al bilancio di massa positivo prolungato e alla successiva formazione di ghiaccio sui siti di altitudine più elevata prima che su altitudini inferiori, poiché il tasso di ablazione è inferiore nel primo. Viceversa, periodi caldi potrebbero portare ad un aumento dell’ablazione e ad un prolungato bilancio di massa negativo nei siti più bassi, lasciando i ghiacciai più alti invariati nella geometria, come avviene oggi per le vette più alte delle Alpi occidentali 30 .Tabella 2 Compilazione dei vincoli di età massima del ghiacciaio.

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Figura 4

All’interno della regione del WSS, i vincoli massimi di età del ghiacciaio sono stati ottenuti da una carota di ghiaccio profonda perforata al ghiacciaio sommitale dell’Ortles: la datazione C 14 basata su aerosol indica una formazione del ghiacciaio che inizia prima alla quota più alta di circa 3860 m, cioè intorno (6,7 ± 0,4) ka cal 9. Per i ghiacciai sopra i 4000 m, i vincoli di età massima sono stati ottenuti da carote di ghiaccio perforate al Colle Gnifetti (4450 m, massiccio del Monte Rosa) e Col du Dôme (4300 m, massiccio del Monte Bianco). Entrambi i ghiacciai si trovano nella regione più alta della zona di accumulo del ghiacciaio e presentano una geometria a forma di sella. A differenza della cupola di ghiaccio al WSS, la geometria della sella influenza l’interpretazione della datazione del nucleo di ghiaccio in relazione ai vincoli di età massima del ghiacciaio. A Colle Gnifetti, per due nuclei di ghiaccio forato in prossimità del punto di sella, date radiocarbonio dagli strati più profondi indicano ghiaccio vecchio di 11,5 ka cal 19 , 31 . Al contrario, in un’anima di ghiaccio perforata in posizione di fianco, è stata ottenuta un’età basale di soli (4,1 ± 0,2) kcal 20. Allo stesso modo, per una carota di ghiaccio perforata in una posizione di fianco al Col du Dôme, l’età basale è stata recentemente limitata a circa (5,0 ± 0,6) ka cal 32 .

Due interpretazioni non esclusive possono spiegare la differenza di età tra le posizioni della sella e del fianco. A causa del flusso di ghiaccio nelle posizioni dei fianchi, lo strato di ghiaccio più profondo originato dalla neoglaciazione potrebbe essere stato fortemente assottigliato, rendendo difficile risolvere adeguatamente la sua età in un campione di massa. Inoltre, la neoglaciazione originaria potrebbe essere iniziata come una piccola chiazza di ghiaccio attorno alla sella e non ha raggiunto i fianchi fino a quando non è stato completato un ulteriore accumulo del ghiacciaio. In particolare, se preso al valore nominale come l’età massima del ghiacciaio, le date radiocarboniche dalle posizioni della sella al Colle Gnifetti si adattano bene al gradiente di elevazione della neoglaciazione rivelato nei siti al di sotto dei 4000 m (Fig.  4 ).

Il gradiente altimetrico implica che nelle Alpi solo i siti più elevati, come il Colle Gnifetti, siano rimasti coperti di ghiaccio in tutto l’Olocene. Questa visione è corroborata dal fatto che le vette sopra i 4000 m mostrano solo lievi variazioni di volume anche nelle condizioni climatiche attuali 30 . Per quanto riguarda la presenza di ghiacciai al di sotto dei 4000 m, la variabilità climatica dell’Olocene è bastata a indurre la loro de- e successiva neoglaciazione. In questo contesto, vale la pena notare che i dati sul bilancio di massa puntuale hanno dimostrato di riflettere i cambiamenti del clima meglio del bilancio di massa totale o delle fluttuazioni terminali 35. I ghiacciai freddi di alta quota con una bassa dinamica del ghiaccio, quasi ideali, tipici del WSS, presentano quindi un collegamento più diretto al cambiamento climatico passato rispetto alle fluttuazioni terminali. Inoltre, l’altitudine del sito influisce sulla sensibilità di eventuali ghiacciai ai cambiamenti climatici. 

Conclusione

Mentre solo i siti di altitudine più elevata sono rimasti coperti di ghiaccio in tutto l’Olocene, le vette intorno ai 3000-4000 m erano probabilmente prive di ghiaccio durante il Medio Olocene o coperte da ghiacciai nettamente più piccoli di oggi. Intorno alla vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio tirolese e poco prima, iniziò la rapida formazione di ghiaccio e parte di questa copertura di ghiaccio esiste ancora oggi. Gli attuali tassi di scioglimento potrebbero pertanto essere già avvenuti in passato e proprio l’assenza di ghiacciai a quote mediamente più elevate di oggi solo 6000 anni fa permette di supporre che l’attuale periodo di de-glaciazione sia semplicemente una delle tante fasi naturali del clima, di per sé in continuo divenire e cambiamento. Certo è che non può essere stata l’attività umana a favorire un periodo climatico più caldo di oggi nel lontano 4000 a.C, così come, se già successo, non è proprio detto che il periodo attuale più mite sia la diretta conseguenza delle attività umane.

Metodi

Caratteristiche del sito

La cima del Weißseespitze presenta una geometria unica della cupola di ghiaccio, con il suo divario di ghiaccio principale che si estende all’incirca da una sezione priva di ghiaccio a est verso la cresta sul lato occidentale. Lo spessore del ghiaccio intorno allo spartiacque varia da 6 a 12 m. La variazione di elevazione della superficie totale dal 1969 supera i 10 m, sulla base di modelli di elevazione digitale (Tabella 1 ). Misure di temperatura interne al ghiacciaio indicano ghiaccio congelato fino a contatto col substrato roccioso (fig.  5). La temperatura media dell’aria è – 6,9 ° C per il periodo di 2 anni 1 novembre 2017–31 ottobre 2019 (T max: + 11,1 ° C, T min: – 33,1 ° C). Le velocità del flusso di ghiaccio allo spartiacque sono state misurate su pali con GPS differenziale. Entro la precisione di misurazione di ± 10 cm, non è stato rilevato alcun movimento tra luglio 2017 e ottobre 2019.

figura5
Figura 5

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Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare i membri delle squadre di lavoro sul campo a Weißseespitze. Ringraziamo con gratitudine l’assistenza di Kati Heinrich nella produzione di figure, l’editing linguistico di Brigitte Scott e l’aiuto di Josef Lier nella gestione delle carote di ghiaccio. Parte di questo lavoro è stato svolto nell’ambito del progetto Cold Ice finanziato dall’Austrian Science Fund (FWF): P 29256-N36. Un sostegno finanziario parziale è stato fornito a PB dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione europea nell’ambito del contratto di sovvenzione Marie Skłodowska-Curie n. 790280. Gli autori ringraziano Melaine Le Roy e Bethan Davies per i loro utili commenti sul manoscritto.

Informazioni sull’autore

Affiliazioni

  1. Institute for Interdisciplinary Mountain Research, Austrian Academy of Sciences, Innsbruck, AustriaPascal Bohleber, Martin Stocker-Waldhuber e Andrea Fischer
  2. Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica, Università Ca’Foscari Venezia, Venezia, ItaliaPascal Bohleber
  3. Istituto Paul Scherrer, Villigen, SvizzeraMargit Schwikowski e Ling Fang
  4. Dipartimento di Chimica e Biochimica, Università di Berna, Berna, SvizzeraMargit Schwikowski
  5. Oeschger Center for Climate Change Research, Università di Berna, Berna, SvizzeraMargit Schwikowski e Ling Fang

Contributi

PB, MSW e AF hanno contribuito con la ricognizione e la perforazione delle carote di ghiaccio WSS. Per il nucleo di ghiaccio WSS, la preparazione, l’analisi e l’interpretazione del campione di radiocarbonio sono state eseguite da MS e LF. La raccolta di altri dati è stata condotta da PB e AFMSW misurate le velocità di flusso del ghiaccio, le temperature del ghiaccio e il bilancio di massa al WSS. PB ha scritto una prima versione del manoscritto. Tutti gli autori hanno contribuito alla versione finale del manoscritto.

autore corrispondente

Corrispondenza a Pascal Bohleber .

Traduzione e commento libero al presente studio: Fausto Cavalli

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