Eocene: Antartico da terra verde a clima rigido

L’Eocene è un’epoca geologica appartenente al periodo Paleocene e va dai 56 ai 33,7 milioni di anni, nel corso del periodo Eocenico si verificarono importanti variazioni dal punto di vista morfologico con la formazione delle principali catene montuose (Alpi; Himalaya; Ande) e il lento ma inesorabile spostamento delle masse continentali che rassunsero gradualmente la posizione che si riscontra oggi, ovviamente sono processi geologici ancora in corso
Fù un periodo particolarmente caldo, basti pensare che i poli godevano di un clima temperato, simile a quello che oggi si riscontrano alle medie latitudini, mentre le foreste pluviali si estendevano fino alle medie latitudini, lungo la fascia equatoriale il clima non subì sostanziali cambiamenti rispetto a quanto si riscontra oggi.
A causare l’inalzamento delle temperature in quel periodo fù probabilmente il rilascio di grosse quantità di Metano dai sedimenti oceanici, a sua volta favorito da un’aumento termico già precedente all’evento, l’aumento di Metano nell’atmosfera, provocò un’effetto serra decine di volte superiore a quello prodotto dal CO2 allora già presente in concentrazioni molto superiori a quelle attuali (circa 1800 ppm).
Poco dopo l’inizio del periodo le temperature subirono un’incremento tra i più significativi nella storia geologica del nostro pianeta, alle alte latitudini la temperatura media aumentò di circa 7°C il che oltre a comportare un clima molto più umido e uniforme tra le varie latitudini in senso di temperature medie, comportò anche ad una grossa estinzione di massa della fauna che precedette la seconda epoca geologica del Paleocene (denominata anch’essa con lo stesso nome: Paleocene).
Le temperature globali aumentatono di 4-5°C rispetto ai periodi precedenti già di per sè molto più caldi rispetto ad oggi.
Come il polo Nord, anche l’Antartico godeva di un clima relativamente caldo pur trovandosi in una posizione geografica analoga a quella odierna, si ipotizza che le acque oceaniche alle alte latitudini avevano una temperatura prossima ai 25°C, furono condizioni climatiche che si mantennero intatte per milioni di anni fin verso la fine dell’epoca geologica Eocenica, ossia fin verso i 35,5 milioni di anni quando il pianeta sperimentò un periodo di raffreddamento repentino.
Secondo un recente studio condotto dalla Purdue University di Washington la calotta polare dell’Antartico che oggi raggiunge i 4500 metri di altezza, si sviluppo in 100000 anni (un tempo geologico ritenuto brevissimo) in seguito alle abbondantissime precipitazioni nevose favorite dalle elevatissime concentrazioni di vapore acqueo nell’atmosfera di quell’epoca e ad un’abbassamento repentino delle temperature globali di circa 18°C, sia a livello atmosferico che oceanico.
Le cause responsabili di tale cambiamento non sono ancora del tutto chiare, tuttavia sono state avanzate diverse ipotesi, sia relegate a fattori di natura astronomica (cicli di Milankovitch) che avrebbero portato ad una variazione dei parametri orbitali della terra tali da non favorire un mantenimento delle condizioni climatiche preesistenti, sia a fattori di natura biologica e chimica.

Fattori astronomici:
Sono un’insieme di parametri orbitali che variano gradualmente con il tempo portando a variazioni d’intensità della radiazione solare distribuita sulle varie parti del globo nell’arco dell’anno.
La Terra attualmente ha un’inclinazione assiale di 23° 27′.
È inclinata nella stessa direzione per tutto l’anno ma, dato che la Terra orbita attorno al Sole, l’emisfero inclinato verso il Sole gradualmente viene a trovarsi in direzione opposta, e viceversa.
Questa è la causa principale dell’alternarsi delle stagioni.
Quando un emisfero è inclinato verso il Sole ha giorni più lunghi e notti più corte, inoltre l’inclinazione assiale non solo causa il variare delle ore di luce, ma provoca anche l’angolazione con cui la luce colpisce la terra, più verticale in estate, meno in inverno.
Una maggior inclinazione assiale oltre a favorire una maggior entità delle stagioni (estate più calde e inverni più freddi), favorisce anche un’aumento dell’insolazione annua alle alte latitudini e una riduzione dell’insolazione alle latitudini tropicali.
L’inclinazione assiale della Terra varia da 22.1° a 24.5° con una periodicità di 41.000 anni, mentre la direzione dell’inclinazione subisce una graduale precessione, muovendosi lentamente lungo un cerchio in un periodo di circa 25.800 anni.
Nel tempo, la precessione assiale cambia il punto dell’orbita della Terra nel quale iniziano le stagioni (Precessione degli equinozi).
Questo ha effetti minimi sull’ammontare dell’insolazione nei periodi in cui l’orbita è poco eccentrica, attualmente la differenza massima di insolazione tra l’afelio e il perielio arriva al 6,8%, ma può avere maggiori effetti sull’impeto delle stagioni quando l’orbita della Terra è al massimo della propria eccentricità con differenza massima di insolazione del 23% tra l’afelio e il perielio e una maggior differenza della durata delle stagioni: l’afelio (punto più lontano al sole che coincide con l’estate Boreale) oggi dura 3,66 giorni in più rispetto al perielio (punto più vicino al sole che coincide con l’inverno Boreale).
Il ciclo dell’eccentricità dell’orbita terrestre si completa in circa 100.000 anni passando da bassa eccentricità (0,005) ad alta eccentricità (0,058); oggi abbiamo un eccentricità media (pari allo 0,017).

Fattori relegati ad aspetti biologici e chimici:
Il clima molto caldo presente all’epoca avrebbe favorito un vasta diffusione di una alga di acqua dolce, chiamata Azolla.
Le persistenti precipitazioni alle alte latitudini, avrebbero favorito un’importante diminuzione del tasso di salinità dell’oceano Artico consentendo una rapida diffusione dell’Azolla che avrebbe ricoperto gran parte della superficie polare dell’emisfero Boreale.
Contemporaneamente queste felci cominciarono a depositarsi sui fondali fino al punto che la decomposizione non fu più possibile data la scarsa presenza di ossigeno presente alle basse profondità sotto la superficie degli oceani.
Questo comportò ad una diminuzione piuttosto significativa dell’emissione di anidride carbonica nell’atmosfera mentre le elevate temperature presenti allora, favorirono un’aumento dell’erosione delle rocce silicee in grado di rimuovere le concentrazioni del gas serra, questo processo avrebbe favorito un’importante diminuzione delle concentrazioni di CO2 in atmosfera, favorendo di conseguenza una diminuzione delle temperature, l’elevata piovosità presente allora alle alte latitudini, avrebbe favorito la formazione di calotte polari in prossimità delle masse continentali.
Come detto con un aumento delle temperature la vita vegerate (radici delle piante, batteri, licheni ed altri organismi) accellera il processo di erosione delle rocce, il CO2 a contatto con certi tipi di roccia degrada e i carbonati prodotti dalla degradazione dell’anidride carbonica, vengono trasportati dai corsi fluviali verso gli oceani, dove in presenza di calcio, forma il carbonato di calcio.
Grazie alla bassa solubilità del carbonato di calcio e all’azione di molti organismi marini, l’oceano rimuove per mezzo dell’erosione di alcune rocce anidride carbonica dall’atmosfera, che si deposita come carbonato nei fondali oceanici, i lentissimi movimenti di subduzione riportano il carbonio nei sedimenti della crosta terrestre, da qui tornerà nell’atmosfera attraverso le eruzioni vulcaniche.

Fattori geologici:
Un altro processo che avrebbe favorito il raffreddamento 35.5 milioni di anni fa, sarebbe stata la separazione dell’Australia dall’Antartide, sfavorendo l’afflusso di calore tra l’equatore e il polo Sud.
Questo avrebbe certamente favorito di conseguenza un netto raffreddamento delle acque superficiali e di conseguenza l’innesco di una fase di raffreddamento climatico.
Da sottolineare il fatto che il periodo di raffreddamento climatico espresso in centinaia di milioni di anni, coincide con la particolare disposizione delle terre emerse che si venne a creare, ossia il fatto che ai poli vi fu la presenza di terre emerse, fattore fondamentale in grado di favorire l’innesco di glaciazioni significative, inoltre l’orogenesi (formazione di catene montuose come le Alpi, l’Himalaya e le Ande), portò ad un sollevamento medio delle terre emerse dai 450 metri di quota agli 850 metri di quota attuali, questo fattore avrebbe potuto favorire un generale raffreddamento climatico in quel periodo di circa 3°C.

Fattori di retroazione positivi e negativi:
Per fattori di retroazione positivi si intende un insieme di fattori derivanti una variazione climatica che tendono ad amplificare il processo in corso.
Durante un periodo di raffreddamento climatico si assiste ad un aumento delle calotte glaciali e della copertura nevosa, questo fattore favorisce un aumento dell’effetto albedo poichè le superfici innevate o ghiacciate, riflettono fino al 90% della radiazione solare incidente.
Anche una diminuzione della vegetazione favorisce un aumento dell’effetto albedo, poichè le foreste hanno un elevato potere assorbente della radiazione luminosa (tramite la fotosintesi, riflessioni multiple del fogliame), dato anche i colori relativamente scuri della vegetazione, solitamente una foresta di conifere riflette fino al 9% della radiazione solare indicente, per la vegetazione a latifoglie varia dal genere di pianta.
Di conseguenza, la maggior presenza di terre prive di vegetazione, amplifica l’effetto albedo anche in aree prive di nevi perenni:
i deserti riflettono fino al 25% della radiazione solare indicente, un prato ne riflette circa il 20% mentre un’area di cespugli a bassi fusti circa il 14%.
Gli oceani riflettono appena il 3,5% della radiazione solare incidente, preservando un’effetto albedo bassissimo.
Oltre all’effetto albedo un’altro fattore di retroazione positivo (Feedback) è dato da una diminuzione del ciclo del carbonio tra la biosfera e l’atmosfera, di conseguenza anche gli oceani raffreddandosi, possono contenere un tasso di CO2 (che ne definisce il PH, ossia il tasso di acidità) minore, di conseguenza ne emettono in minor misura nell’atmosfera, in parole povere diminuisce lo scambio di anidride carbonica tra oceani e atmosfera.
La concentrazione di vapore acqueo nell’atmosfera è porporzionale alla temperatura dell’aria, di conseguenza, più è caldo, più il tasso di vapore acqueo può essere superiore, anche le particelle del vapore acqueo contribuiscono all’effetto serra molto più efficacemente del CO2, ma con tempi di persistenza in atmosfera molto inferiori, motivo per il quale oggi non si attribuisce una variazione climatica prendendo solo in considerazione quest’ultimo aspetto che è piuttosto visto come una forzante.
D’altrocanto la quantità di precipitazioni possono essere proporzionali alla concentrazione del vapore acque nell’atmosfera, di conseguenza dipendono anche dalle temperature atmosferiche e oceaniche, questo è uno di quei fattori di retroazione negativa, ossia uno di quei fattori derivanti una variazione climatica che tendono a diminuire il processo in corso.
Ad esempio con una diminuzione delle temperature si ha una riduzione del vapore acqueo presente in atmosfera, di conseguenza si ha una riduzione anche sulla quantità delle precipitazioni, minori precipitazioni, possono significare minori precipitazioni nevose alle alte latitdini in grado di alimentare i ghiacciai.
Il sollevamento stesso delle calotte glaciali può essere visto come un effetto amplificatore in quanto la sommità della calotta che poteva superare anche i 2000-3000 metri di quota, consentiva il manifestarsi delle precipitazioni in forma nevosa per tutto l’arco dell’anno, consentendo un ulteriore incremento o quantomeno un mantenimento della calotta stessa.
Difatti sembra al quanto impensabile che lo scioglimento delle calotte continentali al termine di una grossa glaciazione, possa avvenure per uno scioglimento del ghiaccio posto alla sommità della calotta, in quanto posta a quote dove solitamente, sopratutto in tempi di gelo, le temperature si mantengono ben al di sotto dello zero termico per tutto l’arco dell’anno, si ipotizza infatti che un’altro fatto che potrebbe aver contribuito all’innesco dell’ultima grossa glaciazione, sia stato una sorta di sprofondamento della litosfera sotto l’enorme peso delle calotte glaciali esercitato sulla crosta terrestre.
Gli effetti dell’enorme peso esercitato dalle calotte sulla litosfera sono ancora ben visibili oggi osservando il geoide terrestre.
Lo scioglimento delle calotte ha comportato ad una perdita di massa in superficie, di conseguenza si può assistere a una variazione anche importante della forza del campo gravitazionale terrestre che si manifesta in tempi piuttosto lunghi.
In particolar modo il repentino scioglimento delle calotte, che durante l’ultima glaciazione del pleistocene nel Nord America e in Europa raggiungeva alcuni chilometri di altezza, deformando con la propria massa la superficie terrestre, comporta ad un enorme perdita di massa che grava al suolo, la terra risponde a questa perdita con un vero e proprio flusso massivo all’interno dell’astenosfera (mantello superiore) sottosferante la litosfera, per compensare il deficit in superficie indotto dallo scioglimento delle calotte, ne deriva di conseguente un’anomalia negativa della forza del campo gravitazionale su tali aree.
L’abbassamento della litosfera anche di un centinaio di metri, indotto dall’enorme peso dei ghiacci, avrebbe portato di conseguenza la base delle calotte glaciali presente alle alte latitudini, ad altezze inferiori, corrispondenti all’abbassamento della litosfera.
Questo avrebbe favorito sopratutto in estate ad un maggior scioglimento dei ghiacci alla base delle calotte poichè indirettamente è come se lo zero termico si fosse portato mediamente un centinaio di metri più in alto rispetto alla situazione precedente all’abbassamento litosferico.
Per comprendere questo aspetto si può fare un semplice esempio, consideriamo che lo zero termico durante il periodo estivo arrivasse a circa 500 metri di quota alle alte latitudini, con un sucessivo abbassamento della litosfera di circa un centinaio di metri è un pò come se lo zero termico si fosse portato circa 100 metri più in alto, portandosi a circa 600 metri di quota, tutto questo considerando che si era in presenza di precipitazioni ridotte data la bassa concentrazione di vapore acqueo presente nell’atmosfera.

Articolo con immagini: http://www.meteogelo.com/clima/eocene-antartico-da-terra-verde-a-clima-rigido/

Flavio Scolari.

ottimo...