Sono diversi i metodi per ottenere delle ricostruzioni , più o meno accurate, dei climi del passato. Quello sicuramente più conosciuto è, senza dubbio, l’utilizzo delle carote di ghiaccio (campioni di ghiaccio estratti a diverse profondità), in zone remote del Pianeta, come l’Antartide o la Groenlandia, che permette di “ritornare indietro nel tempo” fino a centinaia di migliaia di anni. Questo è possibile grazie al fatto che in questi luoghi il ghiaccio mantiene, nel tempo,  alcune proprietà chimiche del periodo di formazione, proprietà da cui è possibile ottenere informazioni climatiche estremamente indicative. Una pietra miliare della paleoclimatologia fu proprio lo studio di Petit et al. (1999) realizzato da carote di ghiaccio provenienti dalla località di Vostok, nel Polo Sud, da cui furono ricostruite sia le temperature medie globali che le concentrazioni medie di CO2 in atmosfera degli ultimi 400.000 anni.

Altri metodi  vedono l’utilizzo degli anelli degli alberi, dei pollini, dei sedimenti, delle stalattiti e stalagmiti, per citarne solo alcuni, a cui si aggiungono dati storici, provenienti da studi di ricerca bibliografica. Se negli anni ’90 queste ricostruzioni, a carattere globale, erano ancora pionieristiche (ricordiamo su tutti il tanto criticato, spesso a sproposito, lavoro di Mann et al. (1999), diverse sono oggi le ricostruzioni di temperatura medie terrestre.

In questo contesto può essere interessante raccontare, brevemente, di altri metodi alternativi, per una ricostruzione, anche se parziale e superficiale, del clima passato, sia su scala regionale, che globale. Un esempio su tutti è l’utilizzo di bioindicatori climatici fossili, ovvero di organismi fossili che, con la loro presenza all’interno di una “struttura” geologica ben definita, permettono di identificare la fase climatica del periodo in cui sono vissuti. E’ proprio di questo che mi sono occupato nella mia tesi di Geologia Ambientale durante gli studi universitari, nel tentativo, spero riuscito, di approfondire e valorizzare un sito geologico molto interessante per la zona in cui vivo, il Salento.

E’ incredibile come da pochi elementi visivi sia possibile capire, o quantomeno intuire, parte della storia geologica e climatica di un territorio; è il fascino delle Scienze della Terra. E allora proviamo a ricostruire, proprio in base a quei pochi elementi osservati, informazioni utili a darci delle indicazioni climatiche sia a livello locale che globale e vediamo successivamente di integrarle con gli studi già esistenti per ottenere eventuali conferme o smentite. Prendiamo ad esempio proprio il sito sopra citato.

Questo sito si trova nei pressi di Gallipoli, sulla costa a nord della città, in una zona caratterizzata da terrazzi marini (vedremo tra poco il loro significato geologico)ben evidenti e da tantissime conchiglie fossili di organismi vissuti migliaia di anni fa. Tra queste risaltano alcune in particolare, caratterizzate da una forma robusta con spira bassa e un ultimo giro molto sviluppato. Sono i resti fossili di un particolare gasteropode marino, dal nome curioso, lo Strombus bubonius, una specie che ha abitato il Mediterraneo in diversi periodi geologici. La sua particolarità è quella di essere un importante indicatore climatico. Si trova, come fossile,  lungo le coste del Mediterraneo occidentale e, insieme ad altri fossili (vedi ad esempio il Conus  testudinarius), rappresenta un gruppo di cosiddetti “ospiti caldi” facenti parte della fauna senegalese. Senegalese perché, attualmente, vivono lungo le coste dell’Africa centro-occidentale. La presenza di questo fossile ci fa capire, in sostanza, che il periodo in cui questi organismi sono vissuti lungo le coste salentine e di tutto il Mediterraneo occidentale era caratterizzato da condizioni climatiche quasi tropicali, tipiche dell’areale (area all’interno della quale vive una specie) del gasteropode. Quindi condizioni climatiche più calde delle attuali.

Rimane da capire a quando risale questo periodo. Per fortuna esistono metodi che permettono la datazione dei fossili, quali quello radiometrico e l’epimerizzazione degli aminoacidi. Secondo tali metodi i fossili del sito risalgono a circa 115-120 mila anni fa, ovvero al culmine dell’ultimo periodo interglaciale, meglio conosciuto come Eemiano o Tirreniano. Quando le temperature medie sia locali che globali (come diverse ricostruzioni confermano) erano più calde rispetto, perfino, al culmine dell’attuale periodo interglaciale (circa 7000 anni fa).

La semplice osservazione e il riconoscimento degli organismi fossili ci ha permesso una prima considerazione: quel piano geologico, caratterizzato dalla presenza del gasteropode, ha riguardato un periodo caldo, più caldo dell’attuale. I metodi chimico-fisici ci hanno permesso di ottenere una datazione precisa.

L’osservazione attenta del sito ci permette poi ulteriori considerazioni, altrettanto interessanti da un punto di vista geologico e climatico. Sono ben evidenziabili dei terrazzi marini, ovvero delle strutture geologiche frutto dell’azione combinata di due processi: le variazioni del livello del mare (di oltre il centinaio di metri se consideriamo i passaggi da periodi glaciali ad interglaciali) e l’attività tettonica che determina l’abbassamento o l’innalzamento della superficie terrestre.

Fonte: Wikipedia

La presenza, ad esempio, di più terrazzi ad altezze diverse (anche di qualche centinaio di metri) ci indica che quell’area (vedi punta meridionale della Calabria) è in sollevamento ed è possibile calcolarne la velocità. Nel nostro caso, nel Salento, l’attività tettonica è stata quasi insignificante negli ultimi 130000 anni, motivo per cui troviamo la presenza di un singolo terrazzo marino, che non è altro che l’effetto geomorfologico di una variazione di natura glacio-eustatica (ovvero variazione del livello del mare dovuta all’alternarsi tra fase glaciale e fase interglaciale).Sulla sommità del terrazzo marino (lì dove sorgeva la vecchia spiaggia), troviamo la presenza dei nostri organismi fossili. L’altezza del terrazzo marino ci da così un’indicazione del livello del mare in quel periodo. Ovvero 4-5 metri superiore a quello attuale. E questo in perfetta sintonia con le temperature medie più alte (evidenziate dalla presenza dello S.bubonius) che abbiamo ricostruito in precedenza e con le ricostruzioni storiche a scala globale del livello medio del mare, che gli scienziati hanno prodotti negli anni.

Fonte: Van Daele et al. 2011

In conclusione, abbiamo visto come da pochi elementi (fossili e strutture geologiche particolari) e informazioni (datazione dei fossili), è stato possibile ricostruire una semplice storia climatica di migliaia di anni  di un territorio e ottenere comunque alcune indicazioni su scala globale. La paleoclimatologia ha fatto passi da gigante nell’ultimo decennio, ma è sempre affascinante verificare personalmente studi e conoscenze,  anche attraverso piccole e semplici azioni di osservazione.

La forza di gravità esercitata dal nostro pianeta non è uniforme su tutto il globo, infatti la sua superficie non appare sferica, ma bensì appare ovoidale, allungata lungo l’equatore e leggermente schiacciata ai poli: un fattore infotto dal rapporto tra la forza di gravità esercitata dal nostro pianeta e la forza centrifuga data della rotazione terrestre (maggiore all’equatore e minore ai poli), inoltre la terra presenta piccole variazioni del geoide corrispondenti alla conformazione orografica del territorio, sia sulla terra ferma che sui fondali oceanici.

In presenza di montagne, al suolo grava un peso maggiore e ciò produce una certa influenza per la forza di gravità che tende ad essere maggiore rispetto alle zone pianeggianti, inolte la materia all’interno del nucleo terrestre non è distibuito uniformemente, anche questo fattore comporta piccole variazioni della forza gravitazionale esercitata dal nostro pianeta.

Questo produce una forza gravitazionale che può variare a seconda della regione creando piccole deformazioni sulla superficie terrestre.

Infatti anche il nostro stesso peso non è identico su tutta la superficie della terra, ma bensì presenta piccolissime variazioni che a noi appaiono imperceppibili, ma che sono misurabili, inoltre tali variazioni incidono sul livello del mare, fattore per la quale il livello dell’oceano Indiano è quasi 100 metri più alto rispetto al livello dell’oceano Atlantico.

Lo scopo della missione è quella di raccogliere dato al fine di poter elaborare una mappatura del campo gravitazionale terrestre con una precisione mai raggiunta prima.

Inoltre Goce misurerà con grande precisione il livello del mare, del suolo e dei rilievi montuosi con un margine di errore ridotto a pochi centimetri, da ciò si potrà elaborare le più precise mappature della superficie terrestre.

Avere una mappatura precisa del campo gravitazionale terrestre, servirà molto al fine di comprendere meglio la circolazione oceanica, che come ban sappiamo gioca un ruolo cruciale nella distribuzione del calore alle varie latitudini e dunque è un fattore molto importtante a livello climatico, infatti secondo molti scenziati avere una mappatura del campo gravitazionale aiuterà a comprendere meglio anche il clima.

La forza di gravità è sicuramente una forza fisica fondamentale, senza di essa qualsiasi astro o corpo celeste non potrebbe esistere e dunque neanche la vita stessa, certamente come ogni altra cosa il clima stesso per mezzo dei venti e della circolazione oceanica risente continuamente della forza di gravità, infatti è quella che permette la caduta delle precipitazioni, la discendenza delle masse d’aria fredda all’interno della circolazione dei venti e la discesa delle masse d’acque fredda all’interno della circolazione dei mari e degli oceani.

La missione sarà inoltre un mezzo molto importante al fine di poter comprendere meglio fenomeni di origine geologica come terremoti o eruzioni vulcaniche.

Dopo Goce sarà la volta della missione SMOG, con un satellite che verrà lanciato nel 2009 e fornirà una mappatura globale dell’umidità al suolo simile a quella di ENVISAT che tra il 2005 e il 2006 elaborò una mappatura dell’umidità presente al suolo in Africa.

Sempre nel 2009 partirà la missione CRYO SAT-2 che misurerà lo spessore delle lastre di ghiaccio presenti ai poli e sui rilievi montuosi.

Nel 2010 sarà la volta di SWARM che studierà con maggior precisione l’evoluzione e le dinamiche del campo magnetico terrestre, mentre nel 2011 il satellite ADM AEOLUS studierà le dinamiche della circolazione atmosferica e EARTH CARE nel 2013 indagherà sull’equilibrio radioattivo della terra (radioattività terrestre).

Tutti questi risultati che di seguito verranno confrontati diverranno molto utili per una miglior comprensione del clima e degli attuali cambiamenti climatici oltre a fornire importanti informazioni allo studio dell’oceanografia e della geologia.

Le missioni spaziali per lo studio dell’ambiente terrestre si sono spesso verificate con l’ausilio di satelliti in grado di indagare su vari fattori contemporaneamente, oggi la tendenza è quella di utilizzare satelliti specifici per studiare con maggior precisione un’unico fattore e aventi dimensioni più ridotte anche per ragioni di costi (più ridotti).

Variazioni del Geoide terrestre:

Oggigiorno non si conoscono a fondo tutti i fattori in grado di incidere sul clima, o meglio non si sa di alcuni fattori con quale entità possano incidere sui cambiamenti climatici, molte ricerche scentifiche sono infatti ancora in corso. Oggigiorno la missione spaziale Goce ha il compito di fornire dati più precisi al fine di poter elaborare una mappatura più dettagliata inerente alle variazioni della forza del campo gravitazionale terrestre.

In futuro altre missioni studieranno più a fondo il campo geomagnetico terrestre, la radioattività naturale e non da meno importanza, il tasso di umidità medio e coplessivo presente al suolo su tutto il globo con maggior precisione, sono tutte ricerche che certamente aiuteranno parecchio nella comprensione del sistema climatico. Sopratutto Goce che misurerà pure con maggior precisione l’altezza degli oceani di tutto il mondo (che può variare anche di parecchio a seconda della regione per variazioni della forza gravitazionale), in tal modo si potrà avere un quadro più completo dell’influenza che tali variazioni del campo gravitazionale esercitano sulle correnti marine e dunque anche sulle variazioni climatiche.

La seguente mappa illustra le differenze del campo gravitazionale terrestre, semplificando tuttavia l’influenza indotta dalle catene montuose, poichè al suolo grava una massa maggiore in presenza appunto di rilievi montuosi. Possiamo notare molto bene che tra l’oceano Atlantico e l’oceano Indiano sussiste una differenza della forza del campo gravitazionale, questo comporta ad avere un livello delle acque superficiali dell’oceano Indiano, inferiore di quasi 100 metri rispetto all’oceano Atlantico, pure tra il Nord Atlantico e il medio Atlantico si riscontrano, benchè in minor misura, differenze della forza del campo gravitazionale. Benchè tali variazioni siano imperceppibili all’essere umano, sono misurabili e possono ripercuotersi a loro volta sulla circolazione delle correnti marine, considerando inoltre il fatto che il campo gravitazionale qui sopra rappresentato, può variare con il tempo, alle alte latitudini ad esempio lo scioglimento dei ghiacci favorisce ad avere una perdita di massa che grava nel sottosuolo, di conseguenza si può creare anche una variazione della forza del campo gravitazionale con il passare del tempo, su una stessa area geografica presa in questione.

Una carta analoga che prende meglio in considerazione l’influenza indotta dalla struttura orografica del territorio anche sui fondali marini. Goce fornirà dati molto più precisi al fine di poter ricreare una mappatura più precisa e aggiornata della forza del campo gravitazionale terrestre che in maniera imperceppibile deforma pure la superficie del nostro pianeta.

Una rappresentazione estremizzata di tale deformazione indotta dalle variazioni del campo gravitazionale esercitata sulla superficie del globo.

Oggi cosa si sa realmente delle variazioni del campo gravitazionele terrestre e in che modo tali variazioni possono essere legate alle condizioni climatiche?

Molto si è già imparato alla base dei dati raccolti durante le missioni precedenti inerenti a tali fenomeni, in particolar modo alla base dei dati raccolti dall’ultima missione GRACE. Esistono variazioni del campo gravitazionale terrestre che su base spaziale, come detto precedentemente, può comportare deformazioni superficiali della crosta terrestre anche di 100 metri rispetto a un dato medio, di conseguenza fino a 200 metri di differenza da un area geografica a un’altra aventi un’anomalia massima opposta, si tratta di variazioni indotte sia da fattori interni (mantello, nucleo terrestre), sia da fattori esterni (atmosfera, idrosfera) al pianeta terra. Tuttavia si riscontrano variazioni della forza del campo anche in senso temporale prendendo in considerazione una determinata area geografica. Variazioni che avvengono in tempi molto ristretti, ossia in un lasso di tempo compreso tra pochi secondi fino a pochi anni, indipendentemente dall’area geografica presa in questione, possono essere indotti da una combinazione di diversi fattori, associati sia a fenomeni di tipo sismico (terremoti) sia da fattori di tipo meteorologico. I terremoti, le maree, il normale ciclo delle stagioni per mezzo della distibuzione delle precipitazioni (ghiaccio, neve e acqua), l’alternarsi di periodi piovosi e secchi su una determinata area geografica, sono tutti fattori che possono comportare a lievi variazioni del campo gravitazionale terrestre nell’arco di breve tempo. Esistono variazioni anche importanti e nell’ordine di alcune migliaia di anni fino a qualche milione di anni, tali variazioni sono perlopiù associate all’alternarsi di periodi glaciali a periodi di disgelo, come pure a variazioni delle correnti oceaniche, rispettivamente marine Lo scioglimento delle calotte comporta 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 del mantello 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. Variazioni che avvengono nell’arco di centinaia di milioni di anni sono perlopiù indotte da fattori che si verificano all’interno del mantello terrestre legati alla convenzione. Alle variazioni secolari si sovvrappongono variazioni che avvengono in tempi molto più ristretti per i fattori appena descritti, da considerare che le variazioni che avvengono in breve tempo possono in alcuni casi avere un maggior effetto rispetto a quelle che si manifestano in tempi maggiori. Da ciò possiamo già facilmente dedurne che le variazioni del campo di gravità terrestre siano strettamente associate sia a fattori di natura geologica che a fattori di natura meteo-climatica.

Flavio Scolari