A sinistra:Ice Core dalla stazione Dome Fuji. A destra:rapporto isotopico dell'ossigeno (un indicatore della temperatura dell'aria) e flusso di polvere (un indicatore delle concentrazioni di particelle atmosferiche) negli ultimi 720, 000 anni ottenuti dalle carote di ghiaccio dell'Antarctic Dome Fuji. I triangoli nella parte inferiore del grafico indicano le posizioni dei picchi di riscaldamento nell'Antartico come riassunto da questo studio. Credito:Dome Fuji Ice Core Project
Un gruppo di ricerca formato da 64 ricercatori del National Institute of Polar Research, l'Università di Tokyo, e altre organizzazioni hanno analizzato le temperature atmosferiche e la polvere negli ultimi 720 anni, 000 anni utilizzando una carota di ghiaccio ottenuta al Dome Fuji in Antartide. I risultati indicano che quando si sono verificate temperature intermedie all'interno di un periodo glaciale, il clima era molto instabile e fluttuante. È stata inoltre eseguita una simulazione climatica basata sul modello di circolazione generale atmosfera-oceano accoppiato, che ha rivelato che la causa principale dell'instabilità climatica osservata era il raffreddamento globale causato da un calo dell'effetto serra.
L'instabilità climatica ha un grave impatto sia sull'ambiente naturale della Terra che sulla società umana. Nel continuo sforzo di capire come il riscaldamento globale potrebbe influenzare l'instabilità climatica, è importante identificare i periodi del passato che hanno subito instabilità climatica. Questi periodi devono essere studiati e modellati per chiarire eventuali cause potenziali dell'instabilità osservata. Però, sono stati fatti pochi progressi nel migliorare la nostra documentazione e comprensione dell'instabilità climatica prima dell'ultimo periodo glaciale.
I gruppi di ricerca del Dr. Kenji Kawamura e del Dr. Hideaki Motoyama (National Institute of Polar Research) hanno analizzato la carota di ghiaccio Second Dome Fuji (Fig. 1, a sinistra) che sono stati ottenuti come parte della spedizione giapponese di ricerca antartica (JARE) tra il 2003 e il 2007. Il loro team ha riprodotto le fluttuazioni della temperatura dell'aria e della polvere (particolato solido trasportato dall'atmosfera) nell'Antartico negli ultimi 720, 000 anni (fig. 1, Giusto). Hanno combinato questo con i dati del carotaggio di ghiaccio Dome C perforato da un team europeo per ottenere dati paleoclimatici altamente affidabili. Hanno esaminato questi dati, scoprendo che negli ultimi 720, 000 anni, il clima intermedio all'interno dei periodi glaciali è stato caratterizzato da frequenti fluttuazioni climatiche (Fig. 2).
Relazione tra la frequenza delle fluttuazioni climatiche con le temperature nell'Antartico negli ultimi 720, 000 anni ottenuti dall'analisi delle carote di ghiaccio antartico (punti neri), così come i risultati per il periodo glaciale finale basati su carote di ghiaccio della Groenlandia (quadrati rossi). Durante i caldi periodi interglaciali, e la parte più fredda di un periodo glaciale, la frequenza delle fluttuazioni climatiche era bassa, ma durante i periodi di temperature intermedie all'interno di un periodo glaciale, le fluttuazioni climatiche si sono verificate frequentemente e il clima era instabile. Credito:Dome Fuji Ice Core Project
Ciò ha sollevato una domanda:perché si verifica la massima instabilità quando c'è un clima intermedio durante un periodo glaciale, piuttosto che in un periodo interglaciale come quello attuale, o durante la parte più fredda di un periodo glaciale? Il gruppo di ricerca del Dr. Ayako Abe-Ouchi (Università di Tokyo) ha utilizzato un modello climatico (MIROC) per riprodurre prima tre tipi di condizioni climatiche di fondo:il periodo interglaciale, clima intermedio all'interno di un periodo glaciale, e la parte più fredda di un periodo glaciale. Hanno eseguito una simulazione che ha aggiunto la stessa quantità di acqua dolce alla parte settentrionale dell'Oceano Atlantico settentrionale in ciascuna delle tre condizioni climatiche. Questa simulazione è stata eseguita utilizzando il supercomputer Earth Simulator presso la Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC). I risultati della simulazione hanno indicato che la risposta all'afflusso di acqua dolce è massimizzata durante il clima intermedio che si verifica nei periodi glaciali, rendendo il clima instabile (Fig. 3 A-C).
Un fattore importante che influenza l'instabilità climatica è la vulnerabilità della circolazione delle acque profonde dell'Atlantico durante il raffreddamento globale derivante da una diminuzione della concentrazione di anidride carbonica atmosferica (Fig. 3 D-E). Fino ad ora, si pensava che il principale fattore di instabilità climatica fosse l'esistenza e l'instabilità delle calotte glaciali continentali nell'emisfero settentrionale, ma questo esperimento ha rivelato che l'anidride carbonica è un altro fattore importante, determinando non solo lo stato medio del clima, ma anche la stabilità a lungo termine del clima. Questi risultati suggeriscono anche che la stabilità futura nell'attuale periodo interglaciale, che dura da più di 10, 000 anni, non è garantito. Infatti, se si verifica uno scioglimento significativo della calotta glaciale della Groenlandia a causa del riscaldamento antropico, potrebbe destabilizzare il clima.
Deviazioni della temperatura a seguito dell'aggiunta continua di acqua dolce alla parte settentrionale del Nord Atlantico per 500 anni come simulato dal modello climatico globale atmosfera-oceano accoppiato (MIROC), che è stato utilizzato per riprodurre le concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica e la copertura di ghiaccio corrispondenti a tre diverse condizioni climatiche (A:un periodo interglaciale, B:clima intermedio all'interno di un periodo glaciale, e C:la parte più fredda di un periodo glaciale). Durante il clima intermedio entro i periodi glaciali, la risposta è stata drammatica, con il raffreddamento dell'emisfero nord e il riscaldamento dell'emisfero sud. Sono stati inoltre eseguiti test di sensibilità utilizzando condizioni artificiali (D, E) in cui le concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica e la copertura della calotta glaciale nell'emisfero settentrionale dai periodi interglaciali sono state scambiate con quelle del clima intermedio all'interno dei periodi glaciali. La concentrazione atmosferica di anidride carbonica sembra svolgere un ruolo importante nell'aumento dell'instabilità climatica. Credito:Dome Fuji Ice Core Project
Secondo il dottor Kawamura, "A causa delle emissioni antropiche, le concentrazioni atmosferiche di gas serra hanno raggiunto un livello mai visto negli ultimi milioni di anni. Grandi componenti climatici, come le calotte glaciali e gli oceani con le loro vaste dimensioni e le lunghe scale temporali per le variazioni, cambierà senza dubbio. Diventerà ancora più importante combinare le ricostruzioni climatiche e le simulazioni numeriche per i periodi in cui l'ambiente globale era molto diverso da quello attuale, comprendere il sistema Terra verificandone i meccanismi."
