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IDROBIOLOGIA |
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Andrea Lami |
Aldo Marchetto Ricercatore presso lo stesso Istituto |
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PALEOECOLOGIA E |
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PALEOCLIMATOLOGIA PER |
CAPIRE LE VARIAZIONI CLIMATICHE |
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Ricerche sulla variabilità climatica naturale per comprendere l'ambiente del futuro sempre più condizionato dall'uomo |
PREMESSA
Uno dei settori della ricerca ambientale che ha avuto nell'ultimo decennio uno sviluppo notevole è quello della paleoecologia e paleoclimatologia. L'interesse per questa disciplina è testimoniato dall'incremento esponenziale, durante l'ultimo decennio, del numero di articoli pubblicati e di ricercatori coinvolti in progetti nazionali e internazionali. Le variazioni climatiche in atto sono oggetto quotidiano di preoccupazione da parte di vasti settori della società umana e rappresentano pertanto uno dei problemi più urgenti e sentiti dalla comunità scientifica che opera in questo campo.
fig. 1: carota di sedimento di
un lago dell'Himalaya
Lo scopo di questo articolo è quello di
presentare sinteticamente alcuni esempi dell'attività di ricerca
svolta o in corso presso il nostro Istituto, in settori chiave della ricerca
paleolimnologica e paleoclimatica. Obiettivo principale di questi studi
è quello dell'analisi di dettaglio dell'evoluzione temporale delle
condizioni fisiche, chimiche e biologiche dei laghi e della variabilità
climatica naturale a medio e a lungo termine, attraverso lo studio di carote
di sedimento. Al fine di realizzare questo obiettivo, si prendono in considerazione,
tra gli altri, i cosiddetti dati vicarianti (proxy-records), vale a dire
indicatori che forniscono informazioni indirette sulle condizioni passate
di un lago come, per citarne alcuni, i pigmenti algali e alcuni organismi
indicatori planctonici (es. diatomee, cladoceri) e bentonici (es. insetti
chironomidi) presenti nei sedimenti lacustri e che forniscono quindi tutte
quelle informazioni necessarie per la ricostruzione, anche quantitativa,
degli eventi in epoca storica e preistorica.
LE RICERCHE PALEOLIMNOLOGICHE
I sedimenti di un lago costituiscono, tra i depositi continentali, uno dei più completi e dettagliati archivi sedimentari che documentano l'evoluzione temporale delle caratteristiche trofiche della conca lacustre, del paesaggio ad esso circostante e del clima della regione.
La paleolimnologia è pertanto lo studio delle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche di un ambiente lacustre del passato, una disciplina al confine tra ecologia, geologia e paleontologia, che si pone come obiettivo lo studio delle biocenosi esistenti un tempo, sulla base di concetti e metodi limnologici riconducibili a leggi ecologiche che sono rimaste immutate nel tempo. In altre parole, l'idea che il presente possa costituire la chiave per interpretare il passato e che le caratteristiche geologiche della terra debbano essere il risultato di processi tuttora in atto, teoria questa nota come attualismo, è uno dei fondamenti della paleoecologia.
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fig. 2: operazioni di campionamento sul lago ghiacciato ossian sarsfjellet (isole svalbard, anno 1999) |
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Tra gli obiettivi principali di queste ricerche vi è la ricostruzione nel tempo dei cambiamenti paleoambientali, quali per esempio le variazioni dei livelli trofici, delle comunità algali e animali (es. diatomee, crisoficee, organismi zooplanctonici, insetti chironomidi). Parallelamente si è cercato di mettere in evidenza i legami tra queste modificazioni ambientali e le principali variazioni climatiche globali, quali il Caldo medioevale (900-1200 AD) e la Piccola Età Glaciale (1600-1850 AD). Inoltre, varie curve di temperature ricostruite a partire da dati strumentali registrati negli ultimi due secoli, o quelle ricavate da documenti scritti, o desunte indirettamente dai dati vicarianti sono state parimenti considerate nell'interpretazione e discussione del dato sperimentale. Tuttavia, soprattutto nel corso dell'ultimo secolo, notevole effetto sugli ecosistemi acquatici hanno avuto, come è noto, le attività umane (principalmente industriali e agricole) e, quindi, aspetti legati all'eutrofizzazione e all'acidificazione delle acque lacustri, la contaminazione ad opera di composti o elementi tossici (pesticidi come il DDT, metalli pesanti e molti altri ancora) sono stati valutati in funzione di un loro effetto sulle modificazioni paleoambientali osservate.
Le ricerche paleolimnologiche condotte presso l'Istituto Italiano di Idrobiologia ebbero inizio alla fine degli anni '70 quando un'indagine limnologica comparata su 20 laghi lombardi offrì l'opportunità di ricostruire in modo quantitativo, per ambienti tra loro differenti, l'evoluzione trofica e della produzione primaria attraverso l'analisi di parametri chimici, quali i pigmenti clorofilliani e carotenodi. Vari ambienti furono studiati allo scopo di giungere ad una ricostruzione della trofia di ciascun lago, fino a valutarne, con un dettaglio via via sempre maggiore, la produzione "di base" o comunque pre-industriale o pre-antropica, i popolamenti animali e vegetali del passato, ivi inclusi i batteri anaerobi fotosintetici.Nell'ultimo decennio ci si è occupati di vari progetti nazionali ed internazionali che di volta in volta prendevano in considerazione vari laghi collocati in aree geografiche molto diverse tra loro e remote: laghi vulcanici del Lazio, laghi d'alta quota delle Alpi, dell'Europa e del Nepal Himalayano, laghi in aree artiche, Groenlandia e Svalbard, in Patagonia e in Siberia (Tunguska).
Nel 1994 ha avuto inizio uno studio condotto in parallelo su sedimenti marini (Mare Adriatico) e lacustri (laghi di Nemi ed Albano nel Lazio) (Progetto europeo PALICLAS, Palaeoenvironmental Analysis of Italian Crater Lake and Adriatic Sediments). Il gruppo di paleolimnologia dell'Istituto si è occupato della parte relativa ai sedimenti lacustri. I depositi più antichi prelevati nel lago di Albano risalivano a circa 30.000 anni fa e la carota di sedimento nel suo insieme copriva l'intero arco di vita del lago.
Lo studio da noi condotto ha rivelato aspetti interessanti delle variazioni ambientali e climatiche del tardo Pleistocene, e soprattutto del periodo di freddo più intenso della glaciazione Würmiana, registrato tra 30.000 e 16.000 anni fa.
L'analisi di numerosi proxy records di temperatura e di precipitazione, quali per esempio gli isotopi stabili dell'ossigeno in matrici calcaree e silicee, le proprietà magnetiche, la granulometria e litologia del sedimento, l'indice di bioturbazione, alcuni pigmenti specifici di alghe e solfobatteri e i pollini, hanno messo in chiara evidenza la teleconnessione tra la cosiddetta Oscillazione Nord Atlantica (NAO) e le variazioni climatiche dell'Italia centrale. Tra 16 mila e 30 mila anni fa si sono osservate distinte oscillazioni a scala millenaria, centenaria, decadica e sub-decadica del paleoambiente del lago di Albano indotte da repentine modificazioni climatiche. Un'analisi di estremo dettaglio condotta su una carota di sedimento di questo lago, lunga circa 9 metri, ha infatti stabilito che tali periodicità coincidono con gli eventi registrati in carote di ghiaccio della Groenlandia e nei sedimenti marini del Nord Atlantico, eventi noti con il nome dei loro scopritori Dansgaard-Oeschger e Heinrich. Le oscillazioni dei diversi parametri analizzati, registrate nei sedimenti del lago di Albano, sono strettamente correlate con le temperature superficiali dell'Oceano Atlantico a nord-ovest dell'Africa e depongono quindi a favore anche di un'influenza sull'Italia centrale del clima monsonico, come peraltro suggerito dai ritrovamenti di strati sedimentari, anossici e altamente organici nei mari Adriatico, Tirreno e Ionio e noti come sapropel.
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fig. 3: carote di sedimento di due laghi delle isole svalbard tagliate longitudinalmente in laboratorio e fotografate
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Le variazioni climatiche osservate a scala più breve quali quelle multidecadiche (30-50 anni) e interdecadiche (3-8 anni), secondo l'interpretazione del gruppo di ricerca internazionale riflettono comunque variazioni del NAO, a loro volta riconducibili al quasi contemporaneo rapido spostamento nei valori di temperatura, forza del vento, provenienza di masse umide e quindi nella quantità delle precipitazioni. A questo proposito si sono scoperti tre periodi di maggiore precipitazione e, di conseguenza, di massimo livello delle acque lacustri che sono stati datati in ca. 30.000, 21.000 e 16.000 anni fa. Questi tre momenti di notevoli precipitazioni sono direttamente correlati con la diffusione ciclica di iceberg nell'Atlantico (eventi di Heinrich, dal nome dell'autore che per primo li ha descritti), secondo quanto visto in carote di ghiaccio della Groenlandia. Le variazioni climatiche osservate sono fortemente influenzate sia dalle rapide modificazioni della temperatura (da 4 a 6 ·C entro pochi anni), ricostruite sulla base dei valori di delta 180 in frustoli di diatomee (parametro questo ritenuto valido come paleotermometro) sia dalle precipitazioni.
Appare, in conclusione, evidente da questo studio e da altri effettuati nell'ultimo decennio come i sedimenti lacustri costituiscano un archivio naturale tra i più preziosi, mediante i quali si possono descrivere la storia paleoclimatica, paleoambientale e geomorfologica di una regione geografica di grande interesse quale, per esempio, quella mediterranea, con un dettaglio temporale paragonabile soltanto a quello ottenibile da analisi su carote di ghiaccio.
Un altro importante progetto europeo tuttora in corso, il Progetto EMERGE (European Mountain lake Ecosystem: Regionalization, diaGnostics & socio-economic Evaluation) prende in considerazione principalmente la ricostruzione quantitativa delle variazioni ambientali lacustri (temperatura, fosforo, pH) in relazione all'inquinamento atmosferico e alle variazioni climatiche dell'ultimo secolo. Questa ricerca, iniziata nel 2000, è la continuazione di precedenti progetti della UE che hanno permesso di ricostruire in dettaglio e su base quantitativa (principalmente utilizzando i resti fossili di diatomee e i pigmenti algali), l'acidificazione dei corpi d'acqua d'alta quota delle Alpi a partire dal secolo scorso fino ai giorni nostri. Attualmente ci si sta occupando di analisi geochimiche e di pigmenti vegetali in sedimenti lacustri di ambienti lungo un transetto Nord-Sud che copre tutta l'Europa. Nel corso dei prossimi tre anni il progetto prevede, tra l'altro, la misura e la modellizzazione delle risposte nel tempo dei laghi d'alta quota alle variazioni climatiche, su base stagionale, inter-annuale e decadica. Numerose pubblicazioni sono state prodotte nell'ambito di questa attività, la più recente delle quali è un volume speciale interamente dedicato ai laghi alpini dell'Europa.
Strettamente legati alle problematiche del Progetto EMERGE sono gli studi in corso su altri ambienti remoti, siti ideali per gli scopi sopra delineati. In questo contesto si collocano il Progetto Strategico "Ev-K2-CNR" in Nepal (fig. 1) e il Progetto "POLARNET" in Artico (Svalbard), entrambi del CNR (fig. 2). Dalle analisi chimiche e biologiche di strati sedimentari deposti negli ultimi 3.000 anni circa in piccoli laghi di quelle regioni, si sta tentando di ricostruire l'impatto delle modificazioni climatiche sull'ecosistema (fig. 3). Il confronto tra questi risultati con quelli che si originano dagli studi su ambienti alle nostre latitudini, ove la pressione esercitata dalle attività umane è molto elevata, permette di ottenere inoltre una più approfondita conoscenza delle relazioni che intercorrono tra fattori naturali e fattori antropici nell'evoluzione degli ecosistemi lacustri.
Dal 1996, infine, il gruppo di paleolimnologia è parte attiva in uno studio multidisciplinare sui sedimenti del lago Maggiore che ha come scopo la ricostruzione dell'inizio, della portata e degli effetti dell'inquinamento da DDT e della trofia di questo importante ecosistema. Questo studio permetterà, tra l'altro, di compiere interessanti analisi di tipo comparativo dei risultati paleolimnologici e limnologici, poiché il lago Maggiore è uno dei laghi più studiati al mondo e per il quale si hanno informazioni limnologiche di dettaglio per gli ultimi 40 anni. Un'iniziativa internazionale dell'IGBP-PAGES, denominata LIMPACS (Human Impact on Lake Ecosystems, PAGES: Focus III), invita infatti a compiere sempre più numerosi studi di questo tipo, al fine di verificare e calibrare il dato paleolimnologico e ottenere pertanto una ricostruzione ambientale più precisa e più vicina alla realtà.
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
Se adeguatamente finanziate, le ricerche paleolimnologiche future avranno tra gli obbiettivi principali lo studio delle modalità degli adattamenti degli ecosistemi 1acustri alle accelerate variazioni climatiche. Comprendere il passato e la variabilità climatica naturale potrà aiutarci a capire come si evolverà l'ambiente nell'immediato futuro, quando sarà ancor più fortemente condizionato dalla presenza dell'uomo. Le informazioni raccolte saranno inoltre utilizzate direttamente dai modellisti che si occupano di prevedere il clima del futuro, e ciò al fine di calibrare con maggior precisione i modelli attuali, confrontando, quindi, le ricostruzioni paleoclimatiche con i risultati prodotti dai modelli per i tempi passati.
Sempre più necessari risultano, inoltre, in queste ricostruzioni, gli studi sui processi di feedback che possono amplificare o ridurre le dirette conseguenze di fattori innescanti un determinato processo evolutivo. Le conoscenze su questi aspetti sono ancora deficitarie ed è in corso un vivace dibattito nella comunità scientifica sui livelli di soglia oltre i quali si assiste ad un cambiamento climatico.
Alcune aree geografiche sono reputate di particolare interesse, in quanto zone di confluenza di regimi climatici differenti; tale è ad esempio l'area mediterranea sottoposta all'influenza della circolazione continentale nord atlantica, da una parte, e a quella nord africana subtropicale, dall'altra. Sul Mediterraneo e nell'arco temporale dell'Olocene recente lo sforzo di ricerca è concentrato sulla separazione tra effetto naturale (climatico) ed effetto antropogenico. Anche per questo particolare aspetto delle ricerche paleoambientali molto deve essere ancora fatto. Scopo ultimo di questi studi è quello di formulare modelli del clima del passato che servano a prevedere l'esito delle variazioni in atto. L'attività del gruppo COHMAP (Cooperative Holocene Mapping Project), nato dieci anni or sono, è in parte confluita in quella del più recente PMIP (The Palaeoclimate Modelling Intercomparison Project); esso porta avanti studi focalizzati e calibrati su due condizioni estreme e ben definite del passato, l'Ultimo Massimo Glaciale (18.000-21.000 anni fa) e il medio Olocene (6.000 anni fa). Particolarmente attento a questo riguardo è il gruppo IGBP-PAGES che attribuisce, tra l'altro, una grande importanza alle implicazioni socio-economiche degli scenari climatici ottenuti a partire da diversi modelli previsionali. A questo proposito l'IGBP-PAGES ha prodotto una lista di interventi prioritari da realizzarsi al fine di ottimizzare i risultati ottenuti dai diversi gruppi di ricercatori impegnati in programmi in campo paleo-ambientale. In particolare, il gruppo evidenzia due punti focali da sviluppare, vale a dire:
- una più veloce circolazione dei dati, sia grezzi che derivanti dalle ricostruzioni quantitative, che consenta l'integrazione con informazioni di pubblico dominio, necessaria perché questo tipo di ricerche abbia un impatto sociale diretto;
- una maggiore interazione tra climatologi e ricercatori che si occupano di ricostruzioni paleoambientali, così come tra climatologi, paleoclimatologi e ricercatori che si occupano di tematiche socio-economiche. Lo scopo è quello di colmare il vuoto esistente tra le risultanze in termini predittivi delle ricerche ambientali e le conseguenze sul pianeta, e quindi sulle attività e sui modelli di sviluppo dell'uomo nel nuovo secolo.
Evidentemente, il punto critico è rappresentato dall'efficienza e dall'efficacia del trasferimento del risultato scientifico a quei settori del mondo politico ed economico che sono poi direttamente responsabili della pianificazione della gestione del territorio, da realizzare, auspicabilmente, sulla base delle risultanze degli studi pianificati e condotti dalla comunità scientifica.
Molti dei risultati sul paleoclima originano dall'analisi di carote di ghiaccio prelevate in Antartide e in Groenlandia, ma molto numerosi sono anche gli studi che fanno riferimento all'area mediterranea: qui infatti sono state prelevate numerose carote di sedimento nel Mar Adriatico, in alcuni laghi vulcanici del Lazio, nei laghi di Monticchio (Basilicata), in quelli subalpini e dell'Appennino.
Particolarmente importanti per la comprensione di come i sistemi naturali possano rispondere ai prevedibili cambiamenti futuri sono gli studi sulle relazioni tra gli organismi ed il loro ambiente fisico durante l'intero periodo glaciale e nell'interglaciale (l'ultimo di circa 120.000 anni fa, e l'attuale, ultimi 11.000). Le ricerche sulla variabilità paleoclimatica rappresentano un pre-requisito essenziale nella comprensione dell'evoluzione futura del sistema climatico del nostro pianeta e delle potenziali conseguenze dei futuri cambiamenti globali. In recenti congressi internazionali si è discusso molto circa la necessità di colmare le lacune sulle complesse interazioni del sistema Terra, proprio attraverso una maggiore integrazione delle numerose informazioni ottenute dagli studi di paleoecologia con gli studi sulla dinamica energetica tra atmosfera e oceani.
| Summary | ||
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This article deals with the lacustrine environmental and climate changes as inferred from the study of their bottom deposit. The anthropogenic and natural impacts on the development of lakes can be followed in the litho-bio and chemical-stratigraphy analyses of the sediment cores, in other words by a palaeolimnological approach. Palaeolimnology is a synthetic and strictly interdisciplinary science defined from a limnologists perspective as 'the interpretation of past limnology from changes that occurred in the ecosystem of the lake, and their probably causes' (Frey, 1988). |
A rich source of information about the past history of the lakes and their catchment area is provided by the sedimentary archives, and thus the potentials of these studies is in many cases very high. The recent activity at the Istituto Italiano di Idrobiologia and the significance of some results on the Italian crater lakes and on remote lakes are discussed in term of environmental issues that affect lakes, such as eutrophication, climate, acid deposition, toxics and changes in community structure. |