Analizzando campioni di roccia insoliti raccolti anni fa in Antartide, gli scienziati dell'Università della California, a Santa Cruz, hanno scoperto una notevole documentazione di come la calotta glaciale dell'Antartide orientale ha risposto ai cambiamenti climatici in un periodo di 100.000 anni durante il tardo Pleistocene.

La calotta glaciale dell'Antartide orientale è la massa di ghiaccio più grande del mondo. Comprendere la sua sensibilità al cambiamento climatico è fondamentale per gli sforzi per prevedere quanto il livello del mare aumenterà all'aumentare delle temperature globali. Studi recenti suggeriscono che potrebbe essere più vulnerabile alla perdita di ghiaccio di quanto si pensasse in precedenza.

Il nuovo studio, pubblicato il 15 settembre su Nature Communications , fornisce prove dei cambiamenti alla base della calotta glaciale su un'ampia area in risposta ai cambiamenti ciclici del clima durante il Pleistocene. I cambiamenti si riflettono nei tipi di minerali depositati alla base della calotta glaciale.

"Uno dei risultati chiave è che la calotta glaciale stava rispondendo ai cambiamenti di temperatura nell'Oceano Antartico", ha affermato il coautore Terrence Blackburn, professore associato di scienze della Terra e dei pianeti presso la UC Santa Cruz. "L'acqua calda mangia i bordi della calotta glaciale e fa sì che il ghiaccio scorra più velocemente, e quella risposta arriva in profondità nel cuore della calotta glaciale."

I campioni di roccia analizzati nello studio sono costituiti da strati alternati di opale e calcite che si sono formati come depositi minerali alla base della calotta glaciale, registrando variazioni cicliche nella composizione dei fluidi subglaciali.

"Ogni strato in questi campioni è una manifestazione di un cambiamento alla base della calotta glaciale guidato dai cambiamenti nel movimento dei flussi di ghiaccio", ha affermato il primo autore Gavin Piccione, un Ph.D. candidato che lavora con Blackburn all'UCSC.

Datando gli strati, i ricercatori hanno trovato una sorprendente correlazione tra gli strati di depositi minerali e la registrazione delle temperature della superficie del mare polare derivata dalle carote di ghiaccio. L'opale si depositava durante i periodi freddi e la calcite durante i periodi caldi.

"Queste oscillazioni climatiche stanno causando cambiamenti nel comportamento della calotta glaciale in modo tale che la chimica e l'idrologia sotto il ghiaccio stiano cambiando", ha affermato il coautore Slawek Tulaczyk, professore di scienze della Terra e planetarie presso l'UCSC che ha studiato il comportamento delle calotte glaciali e dei ghiacciai per decenni.

I cicli climatici che corrispondono agli strati minerali sono fluttuazioni relativamente piccole che si verificano ogni poche migliaia di anni all'interno dei cicli glaciali-interglaciali più pronunciati che si sono verificati ogni 100.000 anni circa durante il Pleistocene. I cicli glaciale-interglaciale sono guidati principalmente dai cambiamenti nell'orbita terrestre attorno al sole. I cicli climatici più piccoli su scala millenario comportano oscillazioni delle temperature polari guidate dall'indebolimento e dal rafforzamento di una grande corrente oceanica (l'Atlantic Meridional Overturning Circulation, o AMOC) che trasporta grandi quantità di calore verso nord attraverso l'Oceano Atlantico.

Tulaczyk ha affermato che le nuove scoperte rivelano la sensibilità della calotta glaciale antartica a piccole fluttuazioni climatiche a breve termine.

"Per quanto importante sia la calotta glaciale antartica - è responsabile di quasi 17 metri di innalzamento del livello del mare dall'ultimo massimo glaciale - sappiamo davvero molto poco su come ha risposto alla variabilità climatica", ha affermato. "Conosciamo abbastanza bene gli ultimi 20.000 anni, ma oltre a questo siamo stati quasi ciechi. Ecco perché questi risultati sono così strabilianti. Le persone hanno sbattuto la testa contro il muro per decenni."

I due campioni di roccia analizzati per questo studio sono stati raccolti da morene glaciali separate da più di 900 chilometri (560 miglia) e si sono formati in periodi diversi per un totale di oltre 100.000 anni. In altre parole, registrano cicli simili di deposizione di minerali sotto il ghiaccio che si verificano su una vasta area e per lunghi periodi di tempo.

"La chimica dei due campioni corrispondeva, anche se provenivano da così lontano, il che ci ha dato la certezza che fosse in corso un processo sistematico su larga scala", ha detto Piccione.

Il meccanismo alla base della formazione di strati di opale e calcite è un po' complicato e richiede la comprensione non solo della chimica minerale, ma anche dell'insolita idrologia sotto la calotta glaciale antartica. Il calore proveniente dall'interno della Terra ("riscaldamento geotermico") provoca lo scioglimento alla base della calotta glaciale, che è isolata dalle gelide temperature polari dallo spessore del ghiaccio. Laddove il ghiaccio si assottiglia verso i margini della calotta glaciale, l'acqua di disgelo subglaciale inizia a ricongelarsi, concentrando i minerali disciolti e infine formando salamoie ipersaline.

I depositi minerali si formano quando l'acqua si concentra ricongelando e la prima cosa a precipitare è la calcite, la forma più comune di carbonato di calcio. L'opale (silice amorfa) alla fine precipiterà da salamoie più vecchie e supersature che non contengono carbonio.

"L'Antartide ha queste interessanti salamoie prive di carbonio, perché è precipitato tutto prima, quindi quando quelle salamoie vengono isolate da altre fonti d'acqua formano opale", ha spiegato Piccione.

Per ottenere uno strato di calcite sopra l'opale è necessario un afflusso di acqua di disgelo glaciale contenente carbonio, che si verifica durante gli intervalli caldi dei cicli climatici, quando l'AMOC rallenta. Ciò porta al riscaldamento nell'emisfero australe e porta l'acqua calda a contatto con le piattaforme di ghiaccio galleggianti ai bordi della calotta glaciale. Quando l'acqua calda si consuma sul fondo delle piattaforme di ghiaccio, la "linea di messa a terra" in cui i contatti di ghiaccio atterrano inizia a ritirarsi e il ghiaccio scorre più rapidamente dall'interno verso i bordi.

Tulaczyk ha spiegato che il movimento del ghiaccio sul substrato roccioso genera calore, aumentando la quantità di acqua di disgelo alla base della calotta glaciale. "Se immagini una mappa di dove c'è l'acqua di disgelo sotto la calotta glaciale, quell'area si espande nei periodi caldi e si contrae nei periodi freddi, come un battito cardiaco", ha detto.

I "cicli di gelo-flush" risultanti alla base del ghiaccio spiegano gli strati alternati di opale e calcite nelle rocce.

I risultati indicano la temperatura dell'acqua nell'Oceano Australe come il principale meccanismo che guida la risposta della calotta glaciale antartica ai cambiamenti del clima globale. Le temperature in Antartide sono così fredde che alcuni gradi di riscaldamento non causeranno lo scioglimento della superficie del ghiaccio, ma gli scienziati sanno che la calotta glaciale si è sciolta in passato e parti di essa sono crollate, ha detto Blackburn. "È stato difficile da capire, ma questo mostra chiaramente che il riscaldamento degli oceani è il meccanismo trainante", ha affermato.

"Se guardi i luoghi che stanno perdendo ghiaccio oggi, sono concentrati lungo i bordi della calotta glaciale dove è in contatto con l'oceano in fase di riscaldamento", ha aggiunto Tulaczyk. "Il principale motore del riscaldamento degli oceani ora è l'anidride carbonica atmosferica, non l'AMOC, ma non credo che alla calotta glaciale importi cosa causa il riscaldamento."

Tulaczyk ha affermato che i risultati mostrano che la calotta glaciale può ritirarsi durante i periodi caldi e poi riprendersi durante il successivo raffreddamento. "Nel contesto della questione della soglia - la calotta glaciale si trova su una soglia oltre la quale ci sarebbe lo scioglimento in fuga e tutto andrà - non è quello che vedo qui", ha detto. "Il ghiaccio è sensibile a queste fluttuazioni a breve termine, ma l'entità della perdita di ghiaccio è abbastanza piccola da potersi recuperare con il raffreddamento". + Esplora ulteriormente

Un nuovo studio mostra il ritiro della calotta glaciale dell'Antartide orientale durante i precedenti periodi caldi