Some Recent Developments in Paleoclimatology
Prima del 1970, molte ricerche paleoclimatologiche si concentravano principalmente su ricostruzioni climatiche che descrivevano ciò che era accaduto, con studi che coinvolgevano una varietà di diversi tipi di dati proxy (Wendland, 1991). Le tecniche di datazione radiometrica, come il radiocarbonio e la datazione al potassio-argon, hanno fornito un mezzo quantitativo per datare i cambiamenti climatici del passato. La ricerca paleoclimatica è stata spinta dalla creazione di numerosi centri di ricerca specializzati in particolari dati proxy e metodi di datazione. Per esempio, la dendroclimatologia, lo studio degli anelli degli alberi, ha avuto un’accelerazione dopo l’istituzione del Laboratorio di ricerca sugli anelli degli alberi all’Università dell’Arizona, negli Stati Uniti, nel 1937. Simili laboratori dendroclimatici furono istituiti più tardi alla Columbia University di New York, all’Università dell’Arkansas, all’Unità di Ricerca Climatica dell’Università dell’East Anglia, nel Regno Unito, e all’Istituto Federale Svizzero per la Ricerca su Foreste, Neve e Paesaggio, in Svizzera, tra i tanti. Sono emersi anche centri di ricerca incentrati su altri proxy come la palinologia, tra cui l’Università del Minnesota negli Stati Uniti, l’Università di Cambridge in Inghilterra, l’Università di Lund in Svezia, l’Università di Berna in Svizzera e l’Accademia Russa delle Scienze, Istituto di Geografia a Mosca. Allo stesso modo, sono emersi anche importanti centri di ricerca in paleoceanografia del Quaternario, con alcuni centri degni di nota che hanno sede presso la Cambridge University, la Brown University e la Columbia University. Con il passare del tempo, sono stati sviluppati miglioramenti e nuove tecniche di analisi dei dati in centri di ricerca di primo piano come il Quaternary Research Center negli Stati Uniti e lo Xian Laboratory of Loess and Quaternary Geology presso l’Accademia delle Scienze cinese. Gli accademici appena formati che si sono laureati in questi centri di ricerca hanno avviato centri di ricerca propri, costruendo banche dati paleoclimatiche.
A partire dai primi anni ’70, lo sviluppo di computer ad alta velocità ha favorito un nuovo tipo di paleoclimatologia, specializzata nell’analisi di grandi serie di dati paleoclimatici (Wright e Bartlein, 1993). Alcuni strumenti interpretativi nelle analisi paleoclimatiche sono di natura qualitativa, che continuano ancora oggi e possono coinvolgere analisi da scale locali a emisferiche (Figura 1). I primi studi quantitativi applicavano funzioni di trasferimento di base per convertire le variabili proxy in variabili climatiche, il che comportava anche la calibrazione di dati climatici moderni con dati ambientali moderni. Le relazioni moderne sono state applicate ai dati ambientali fossili per ricostruire quantitativamente il clima del passato (Webb e Bryson, 1972). Man mano che le serie di dati crescevano, cresceva anche la sofisticazione degli strumenti interpretativi quantitativi per analizzare serie di dati paleoclimatici su larga scala (Mann et al., 1998; Prentice et al., 1991). Per esempio, l’Atlante della siccità del Nord America, compilato di recente, che fornisce mappe geografiche della gravità della siccità per anno, è basato su una rete geografica di 835 siti di anelli di alberi (Figura 3; Cook e Krusic, 2004). Molte reti di dati paleoclimatici sono ora disponibili attraverso il World Data Center-A per la Paleoclimatologia (WDC-A) a Boulder, CO (Webb et al., 1994), e altri siti speculari nel mondo a Johannesburg in Sud Africa, Lanzhou in Cina, Mendoza in Argentina, Nairobi in Kenya e Pune in India (Eakin et al., 2003). Queste reti di dati vanno dalla scala regionale a quella globale, con esempi come l’International Tree Ring Database (Grissino-Mayer e Fritts, 1997) e il Global Pollen Database.
La rivoluzione informatica ha anche creato una prospettiva paleoclimatica per trattare con i GCM. Questi modelli sono simili a quelli usati nelle previsioni meteorologiche quotidiane, ma invece i principi sono applicati per simulare modelli climatici su larga scala del passato. I tentativi precedenti si concentravano principalmente sull’atmosfera, ma la modellazione paleoclimatica si è evoluta per collegare i modelli atmosferici con feedback dettagliati in relazione ai processi nella biosfera, litosfera e idrosfera (Kohfeld e Harrison, 2000; Kutzbach et al., 1998). Una considerevole attenzione è stata dedicata ai feedback oceano-atmosfera. I GCM sono stati usati per simulare paleoclimi che vanno da poche centinaia a milioni di anni fa (Kutzbach, 1992), così come periodi selezionati e fenomeni di interesse nel passato (LeGrande et al., 2006; Seager et al., 2005). Al contrario dei dati paleoclimatici per procura, che ricostruiscono indipendentemente “cosa è successo” (Figura 1), i GCM spiegano “perché le cose sono successe” e quindi sono uno strumento estremamente utile per i paleoclimatologi per verificare le ipotesi riguardanti le cause del cambiamento climatico, confrontando i risultati delle simulazioni con quelli derivati dai dati per procura (Harrison e Prentice, 2003; Mahowald et al., 1999). Negli ultimi due decenni, molti diversi gruppi di modellazione paleoclimatica sono emersi e rimangono attivi; alcuni di questi includono attività di modellazione presso il National Center for Atmospheric Research di Boulder, CO, l’Hadley Centre nel Regno Unito, il Canadian Centre for Climate Modeling and Analysis, il Max-Planck Institute for Meteorology dell’Università di Brema, il Laboratoire de Météorologie Dynamique in Francia, e il Goddard Institute of Space Studies nel Maryland, USA.
L’aumento della risoluzione nelle tecniche di datazione e il crescente corpo di prove paleoclimatiche, in particolare dalle carote di ghiaccio e dai sedimenti marini del Nord Atlantico, indicano che nel lontano passato si sono verificati bruschi cambiamenti climatici su scala decadale-centenaria, che sono molto diversi per grandezza e carattere da quelli osservati nella moderna documentazione strumentale (Clark et al, 1999; Labeyrie et al., 2003; Overpeck, 1996). Questi cambiamenti sono significativi per la società, poiché ora sappiamo che tali bruschi cambiamenti climatici possono verificarsi nell’arco di una singola vita umana. Le registrazioni paleoclimatiche offrono quindi l’unico mezzo per verificare se i nostri modelli predittivi possono simulare tali cambiamenti futuri. Sono stati fatti tentativi di modellizzazione per simulare le cause e la natura di questi bruschi cambiamenti. Questi modelli stanno permettendo agli scienziati di condurre confronti dettagliati tra dati e modelli su scala emisferica e globale (Clark et al., 2002). Tuttavia, ad oggi, la maggior parte degli studi modellistici su questi eventi si concentrano ancora sulla fornitura di test di sensibilità per valutare i potenziali meccanismi di forzatura. Stiamo solo iniziando a documentare e comprendere i controlli e le cause di questi bruschi cambiamenti, e tali questioni continueranno ad essere importanti per la comunità paleoclimatologica per gli anni a venire.