Littérature scientifique sur le sujet « Carote di Ghiaccio »

The study of the past global climatic variations plays a very important role in the comprehension of present climate change and in the assessment of its future development. In particular, it is important to understand the natural variability of the climatic system and in which way human activity is responsible for these variations. Paleoclimatic studies are based on information preserved in Natural Archives, sites around the world where it is possible to obtain indirect data, the so called proxy data, about climate-dependant parameters. Polar Ice Caps are one of the better natural archives both in terms of preservation and completeness. During the last two decades many drillings were performed in both Antarctic and Greenlandic ice caps, and in particular three ice cores from East Antarctic plateau have allowed to investigate a long period of past climate. These are Vostok ice core (Petit et al, 1999), Dome Fuji ice core (Goto-Azuma, 2006), and EPICA (European project for Ice Coring in Antarctica) Dome C ice core (EPICA community members, 2004). The last one covers 800,000 years BP (Before Present), and contains the oldest ice ever drilled. It is possible to collect many information from ice cores, and this work is focused on mineral dust concentration variability in the East Antarctic ice sheet, with the aim to create a very high resolution dust record. Atmospheric dust that has reached and deposited on Antarctic ice sheet from remote areas, are considered one of the best-preserved and detailed proxy data. Dust concentration, size distribution, isotopic signature and mineralogical studies give us information about climate variability and potential source areas (PSA), moreover it is possible to reconstruct paleoatmospheric circulation and back trajectories through models. In this way it is possible to contribute in increasing knowledge about coupled ocean-atmospheric system dynamics and about the important and not completely understood climate forcing role of the dust. In this work dust concentration was investigated through a new laser particle counter technique. The Laser Sensor Abakus Particle Counter (LS) operates through a 670 nm wavelength laser beam. The analysis were performed melting ice samples, from the new deep ice core drilling in Talos Dome (East Antarctica), in continuous through the Continuous Flow Analysis (CFA) system. The work was carried out in Alfred Wegner Institute for Polar and Marine Research (AWI – Bremerhaven, Germany) in the contest of a collaboration between Germany, Switzerland and Italian groups. This work is part of the TALDICE (TALos Dome ICE core) project, leaded by Italy, that involved also Germany, France, Switzerland and UK. Talos Dome (TD: 159°11’ E, 72°49’ S; 2315 m a.s.l.) is a peripheral dome at the edge of the East Antarctic plateau, 250 km from the Ross Sea and 300 km from the Southern Ocean. Dust concentration and size distribution analysis were performed also with the Beckmann Coulter Multisizer 3 (CC), a device which works through an electric principle, in a clean room located in the Environmental Science Department of Milano Bicocca University. The LS device has provided two kinds of outputs: bag mean values and high resolution data. Both signals were processed and have generated two dust records (with low and high resolution). In this work it was discussed part of the dust record that covered a period of about 60,000 years between the end of the last deglaciation (about 12,000 years BP) and Marine Isotopic Stage 4 (MIS 4, 70,000 years BP). The LS dust record was compared at first with the CC one and the good agreement between the two devices confirmed that LS is a suitable tool for this kind of studies. Than it was compared with other records from different ice cores drilled in East Antarctic plateau and on the Greenland ice sheet. In particular, the EPICA project ice cores drilled in Dome C (EDC) and Dronning Maud Land (EDML) were considered, together with Northern Hemisphere NGRIP (North Greenland Ice core project) ice core. In addition, dust records and stable isotope records (δ18O, δD) from Antarctic ice core (TD, EDC, EDML) and only δ18O record for NGRIP ice core were considered too. The comparison between TD dust record and the above-mentioned records provided interesting information about climatic condition in the TD area, atmospheric circulation and the link between climate and PSA during late Quaternary. It was noticed that TD dust record shows a good agreement with EDC and EDML ones, both for climatic variation at millennial and multimillennial scale. During Last Glacial Maximum (LGM) the dust flux in the three drilling site is comparable, but this is not the case for MIS 4, where TD shows an average lower flux value compared to LGM. This result is shown for the first time by the TD ice core. Consequently, now it is possible to suppose that dust transport mechanisms towards TD, EDC and EDML were the same during the last glacial period. Anyway, dust signal in TD is ambiguous, probably because it is the result of interaction of many factors. Likely, during LGM, very cool air masses extended above the Antarctic plateau, even in TD area, have created a subsidence condition which haven’t allowed the cyclonic perturbation to penetrate the interior of Antarctica continent. In fact, the Polar Front has moved towards lower latitude in that period, maintaining far away these “disturbances”. It is possible to hypothesize that this condition was weaker during MIS 4 and that the cyclonic perturbation have interfered with air masses coming from the plateau, and prevented dust flux towards TD. So it could be said that TD site shows a global climatic signal and it is sensitive to Southern Ocean conditions, in particular in the Indo-Pacific sector (like EDC), during LGM, instead it shows a mixed signal during MIS 4. In this period the TD area probably is sensitive partly to Southern Ocean Indo-Pacific sector, and partly to a more local Ross Sea sector condition. This work even highlights the significance of the PSA sensitivity to climate variations and to small temperatures changes during the glacial period. Many studies have proved that the main dust source area in East Antarctic plateau is the Southern South America, more precisely Patagonia (Delmonte et al., 2008a & 2004b; Basile et al., 1997), and a new work (Delmonte et al., 2009) shows that this is substantial even for TD. In fact It was noticed in TD, EDC and EDML, three clear oscillation over LGM, two of these likely due to periglacial activity related to the development of the Patagonian ice cap (Sugden et al., 2009). Through comparison with EDML δ18O, it has been possible to identify some Antarctic Isotopic Maximum (AIM, isotope peaks along the record) that correspond to dust minimum in TD dust record. AIMs have a correspondence with another kind of fast oscillation in the Northern Hemisphere, called Dansgaard/Oeschger events. These are abrupt warm events, more or less 2,000 years long and followed by less rapid cooling. EDML δ18O profile shows that AIMs are in antiphase with the D/O event, and data from TD ice core confirm this behaviour. This difference between Northern and Southern Hemisphere is explained by a recent theory called “Bipolar Seesaw”, that tries to understand the mechanisms with which the two Hemisphere were alternatively warmed up and cooled down. Although some works (Stenni et al., submitted; Barker et al., 2009; Lamy et al., 2007; EPICA community members, 2006; Stocker et al., 2003; Blunier et al., 2001 e 1998) tried to understand the dynamics involved in the Bipolar Seesaw theory, many uncertainties and doubts must be solved and the new results obtained by TD ice core have given a very important contribution for a better comprehension of this climatic trend. At least it is possible to assert that the new Talos Dome ice core results obtained in this work provided: - a confirmation of dust validity as climatic variability indicator; - an important contribution on next models studies and on a better understanding of coupled ocean-atmospheric circulation dynamics and their climatic pattern; - a confirmation of previous studies obtained by other ice cores from different drilling sites; - new information that will give an important motivation to improve these kind of studies, in particular on new coastal deep ice cores. The future work and perspective will be the conclusion of high resolution data processing, focusing mainly on the Holocene period. In particular analysis on the first 70 m of TD ice core will be carry out, with the aim to reconstruct the last 2,000 years of climate history. With the same goal, some shallow firn cores that were drilled along a traverse from TD to Dome C and from TD to Dumont d’Urville (East Antarctic coastal site on Pacific Sector and where is located the French Antarctic Station) in the frame of ITASE (International Trans Antarctic Scientific Expedition) project during 1998 and 2001 drilling campaign, will be analyse. This studies represent a real challenge for the future because, in the contest of a proved global warming, it will be essential to understand how and in which proportion natural variability and human activities are responsible of this change.

2011/2012
Le carote di ghiaccio sono uno degli strumenti più utili nella ricostruzione delle variazioni climatiche del passato. In questo studio i principi della Geochimica Isotopica sono stati applicati alla carota di ghiaccio di TALDICE (159°11'E 72°49'S, quota 2315 m s.l.m., temperatura media annua superficiale -41°C, tasso di accumulo 80 mm we yr-1, lunghezza della carota 1620 m) raccolta nell’ambito del progetto internazionale TALDICE (TALos Dome ICE core project). Il lavoro scientifico sviluppato in questa tesi è stato portato a termine nell’ambito del progetto HOLOCLIP (www.holoclip.org) volto all’integrazione dei proxy climatici ottenuti dalle carote di ghiaccio e di sedimento marino dell’Antartide con i dati della modellistica (modello climatico di complessità intermedia LOVECLIM) relativi al presente interglaciale, l’Olocene. Lo scopo di questa tesi è di ricostruire, con un’alta risoluzione temporale (decennale), la variabilità climatica nel sito di Talos Dome per l’intero Olocene (circa gli ultimi 12.000 anni), attraverso l’analisi degli isotopi stabili dell’ossigeno (δ18O) sui campioni di dettaglio (10 cm) dei primi 690 metri di questa carota. Sulla base della scala dell’età messa a punto da Severi et al. (2012), ottenuta sincronizzando il segnale dei solfati vulcanici di TALDICE con quello di EDC, questo passo di campionamento corrisponde ad una risoluzione temporale media relativa all’Olocene di 1.8 anni. Il trend a lungo termine ottenuto dal profilo del δ18O di TALDICE, mostra degli andamenti in comune con quelli già osservati in altre carote di ghiaccio provenienti dal plateau dell’Antartide orientale ossia un optimum, all’inizio dell’Olocene tra circa 11.6 e 9.2 ka BP, un minimo centrato intorno agli 8 ka e un optimum secondario intorno ai 2 ka. Applicando uno smoothing binomiale a 500 anni sul record isotopico e sottraendo il trend a lungo termine sono stati identificati 12 sub-eventi caldi significativi, intervallati da altrettanti sub-eventi freddi occorsi durante l’Olocene, corrispondenti ad una variazione di temperatura di circa 0.8°C. Le fasi corrispondenti a trends di raffreddamento corrispondono ad una diminuzione della frequenza, dell’ampiezza e della durata dei sub-eventi significativi. La wavelet analysis effettuata sul profilo delle anomalie isotopiche permette di individuare due periodi, prima e dopo i 6.5-6.8 ka BP, caratterizzati da diverse frequenze predominanti. Questa transizione delle periodicità avviene subito dopo il completamento dell’apertura del Mare di Ross (Baroni and Hall, 2004; Baroni et al., 2005) ed è visibile anche dai risultati della wavelet analysis effettuata sui record delle polveri e sul record isotopico della carota di ghiaccio di Taylor Dome. L’analisi della variabilità (deviazione standard mobile di 3000 anni) applicata su TALDICE, Taylor Dome, EDC e EDML mostra una somiglianza della distribuzione della variabilità climatica nei siti più costieri rispetto quelli più interni (EDC), probabilmente associabile a processi legati alla variazione del ghiaccio marino. Dall’osservazione dei principali trend di temperatura ricavati sia dalle carote di ghiaccio antartiche che da carote di sedimento marino dell’emisfero meridionale per i periodi 10-8, 4-6, 6-4, 4-1 ka BP si evidenzia un generale trend di raffreddamento alle alte latitudini dell’emisfero meridionale durante l’Olocene. Nelle carote di ghiaccio antartiche questo trend di raffreddamento non è presente in maniera omogenea in tutti i record isotopici: in alcuni casi si verifica una situazione di relativa stabilità (EDC), in altri un trend di leggero riscaldamento (TALDICE) e in altri ancora un trend di raffreddamento (Vostok). Dal record composito riferito agli ultimi 2000 anni, prodotto per l’Antartide Orientale nell’ambito di questo lavoro di tesi, risulta che nel periodo che va dal 400 al 900 CE (Common Era) c’è una prevalenza di anomalie positive (calde) mentre nel periodo successivo, che va dal 1300 CE al 1800 CE, c’è una prevalenza di anomalie negative (fredde), superiori in numero, durata ed intensità rispetto alle prime. Nel corso degli ultimi 2000 anni si osserva un debole trend di raffreddamento di -0.1‰/1ka ossia di -0.2°C/1ka in accordo con i risultati del recente lavoro pubblicato nell’ambito del programma PAGES 2k che evidenzia un trend di diminuzione della temperature a scala globale nel corso degli ultimi 2000 anni fino al periodo pre-industriale.
XXV Ciclo
1975

L’obiettivo del progetto di ricerca è creare una metodologia per ricercare, archiviare e diffondere dati glaciologici partendo dallo sviluppo di una infrastruttura di dati spaziali (SDI) che possa essere utile allo studio dell’evoluzione glaciale in relazione ai cambiamenti climatici. Questa ricerca è parte del progetto di interesse nazionale NextData (www.nextdataproject.it). Nei primi due anni è stato sviluppato un geodatabase contenente dati riguardanti la caratterizzazione chimico-fisica di carote di ghiaccio. La prima versione del geodb presentava delle criticità che sono state superate con l’implementazione della seconda versione dove sono stati applicati i seguenti miglioramenti: Sviluppata e applicata una metodologia di riposizionamento, aggiunta di differenti entità con informazioni riguardanti il progetto di perforazione, il sito di perforazione, le references dei dati e tutte le informazioni aggiuntive utili per la classificazione e la caratterizzazione delle ice cores. Durante il terzo anno di ricerca alla nuova struttura creata e chiamata IDB2 sono stati uniti diversi database glaciologici contenenti dati spaziali, geomorfometrici e informazioni su ghiacciai. E’ stata sviluppata una nuova parte dell’infrastruttura capace di accogliere dati derivanti da analisi geomorfologiche, nello specifico sono state aggiunte due entità chiamate rispettivamente Glacier_code_tab e Glacier_data_tab. La prima archivia l’unione tra differenti banche dati glaciologiche. Nello specifico gli ID del GLIMS, RGI, WGI, WGMS sono stati aggiunti e collegati ad ogni ghiacciaio perforato. La seconda contiene dati geomorfologici calcolati tramite un algoritmo GIS sviluppato durante il terzo anno. L’algoritmo sviluppato in ambiente GIS è stato chiamato GLACIER DATA MODULE (GDM). L’algoritmo è stato sviluppato per poter ricavare informazioni dettagliate per la calibrazione dei Minimal glacier model (MGM), una famiglia di modelli glaciologici per la predizione dell’andamento dei ghiacciai in risposta alle fluttuazioni climatiche. La procedura richiede per ogni ghiacciaio come input DTM, poligoni riportanti il confine glaciale e le linee di flusso del ghiaccio. Queste ultime sono state calcolate partendo dal risultato dell’algoritmo r.flow e dopo un attenta analisi geomorfologica è stata individuata la flow line principale del ghiacciaio analizzato. L’algoritmo è stato applicato a 34 ghiacciai della catena alpina con le più lunghe misurazione di bilanci di massa, parametro fondamentale per la calibrazione dei MGM. I dati di input per l’algoritmo sono stati ricavati dalla SDI IDB2 e come DTM è stato usato ASTER GDEMv2. I risultati del GDM sono stati usati per popolare IDB2 chiudendo così l’iteratività della SDI creata e sono stati usati per calibrare i MGM utili a valutare la risposta dei ghiacciai ai cambiamenti climatici. I dati geomorfologici ricavati dall’analisi spaziale sui ghiacciai sono anche stati usati per definire degli andamenti utili a definire la distribuzione dei ghiacci alpini lungo la catena montuosa. Per concludere la creazione della SDI, un geoportale è stato sviluppato ed è disponibile al sito: http://geomatic.disat.unimib.it/home/geomatic/idb2/. Concludendo, durante il mio dottorato ho sviluppato una SDI contenente dati glaciologici. La struttura ha permesso fino ad oggi di modellare la suscettibilità di ghiacciai non polari alla perforazione e di calibrare modelli glaciologici semplici come i MGM utilizzati per valutare la risposta dei ghiacciai ai cambiamenti climatici. La struttura verrà usata in futuro come base per lo sviluppo di banca dati riguardate tutti i proxy paleoclimatici utili alla ricostruzione del clima nella penisola italiana degli ultimi 2k anni.
The aim of my Ph.D. research is to create a methodology for recovery, storage, access and disseminate glaciological data, starting from the development of a spatial data infrastructure (SDI) and use it to study the evolution of the glaciers in relation with climate change. My research is part of the project of interest Nextdata (www.nextdataproject.it). In the first two years a geodatabase for glaciological data was built. A new structure that can contain data about world non polar ice core characterization (IDB1) was implemented. To overlap IDB1 critical issues a new structure was set-up with this improvements: A repositioning methodology was set-up to increase the accuracy of coordinates of the ice cores, different entities with information about project of perforation, drilling-site, references of data and additional information about ice core were added to the structure. During the third year of research the new geodatabase IDB2 was linked with glaciological databases of glaciers containing spatial, geomorphometric and other information. A new part was developed to store data coming from geomorphological analysis. In particular two entities about glaciers were added: the first, Glacier_Code_tab stores the union between the different glaciers databases such as GLIMS, RGI, WGI, WGMS id for each perforated or not perforated glaciers. The second one, Glacier_Data_Tab contains the geomorphological parameters such as Flow line length, min and max elevation, averaged slope and aspect calculate using a GIS algorithm developed. A GIS module called GlacierDataModule (GDM) was developed also during the third year to provide detailed information to calibrate minimal glacier model (MGM) to assess glaciers response to climatic fluctuations and to linkage the geomorphological parameters with climate variability. The procedure requires for each glacier, as inputs DTMs, POLYGONs and FLOW LINEs. The flow lines was calculated starting from the results of r.flow algorithms and after a subjective evaluation based on morphological parameters the most important flow lines were digitalized. The algorithm was applied at 34 glaciers of great alpine region (GAR) that are the glaciers with the longest measurements of mass balance, the primary data needed to run the minimal model. Input data required to GDM were recovered from IDB2 and ASTER GDEMv2 was used as DEM input source. Results of GDM on GAR was used to populate IDB2 in an iterative way and used to calibrate the MGM to assess glaciers response to climatic fluctuations. Geomorphological data coming from the spatial analysis on glaciers was also used to compare the glaciers and find some behaviour useful to evaluate the glacier distribution along the GAR. The results of this analysis shows a clear climatic characteristic of the glaciers of GAR. Only 34 glaciers was evaluated but the results was comparable to the results presents by Evans in his study where 6561 glaciers on GAR were taken in account (Evans, I.S., 2006). A geoportal with a webgis available at: http://geomatic.disat.unimib.it/home/geomatic/idb2/ was developed to share this data. In conclusion during my Ph.D. a SDI contain glaciological data was set-up, drawn and implemented. SDI allowed until now at the scientific community to modelling the suitability for ice core drilling of mountains glaciers and provide a input parameters to run a GIS module developed. GIS Module is used to obtain geomorphological parameters to calibrate minimal model, evaluate the glaciers response at climatic fluctuations through the glacier distribution along the GAR. The IDB2 will be also used in the future to identify paleo-climatic proxy that could be useful, within the interaction of other paleo-climatic proxies (lake sediments; marine sediments; pollen and corals), to reconstruct the last 2K years of climate variability in Italy.

Questo lavoro di tesi è rivolto ad approfondire lo studio della carota di Renland (Groenlandia), focalizzato principalmente sulla valutazione dei possibili effetti dell'espansione vichinga sul regime delle polveri nell'Atlantico settentrionale. I campioni sono stati trattati in camere a contaminazione controllata e analizzati per mezzo di uno spettrometro di massa al plasma accoppiato induttivamente con analizzatore a settore magnetico per la determinazione di elementi inorganici in traccia. I risultati mostrano un significativo aumento della concentrazione di specifici elementi in traccia (come il ferro) e dei loro fattori di arricchimento confrontati con l'abbondanza media della crosta terrestre, nel periodo corrispondente all'insediamento dei vichinghi in Islanda intorno all’870 d.C. Questi risultati sono stati confrontati con i dati riguardanti il levoglucosano, l’ammoniaca e il black carbon (traccianti di combustione di biomasse), i quali mostrano una brusca diminuzione del regime dei fuochi dopo l'870 d.C. Tale diminuzione può essere associata all’estensivo disboscamento operato dai coloni. A supporto dei risultati ottenuti, durante il periodo corrispondente all'era vichinga viene rilevato anche un incremento di elementi in traccia caratteristici di suoli vulcanici, come Bi, As, Tl. Ci sono diverse ipotesi riguardo la causa delle variazioni osservate, ma è probabile che la deforestazione e la successiva esposizione del terreno all'erosione possano essere le prevalenti.

Questo studio si prefigge di valutare le variazioni climatiche e ambientali che si sono succedute nell’area di Dome C nel corso della seconda parte dell’attuale interglaciale, denominato Olocene, mediante l’utilizzo di proxy di temperatura ( 18 O e/o D) e di combustione di biomasse (levoglucosano), avvalendosi del confronto con il record isotopico della carota di Epica Dome C e di quello del levoglucosano della carota di TALDICE. Per interpretare le variazioni climatiche del passato sono stati utilizzati i dati isotopici ottenuti dall’analisi di campioni ad alta risoluzione (5 cm) della carota di SolarIce, prelevata a Dome C nell’ambito del progetto PNRA SolarIce, tra 50 m e 204 m di profondità e corrispondenti ad un’età compresa tra circa 2000 e 6100 anni BP. Le analisi isotopiche sono state condotte attraverso spettroscopia laser CRDS e spettrometria di massa IRMS; una parte dei campioni del dataset utilizzato è stata analizzata dal centro di ricerca francese dell’LSCE e dall’Università di Parma, partner del progetto SolarIce Per interpretare l’andamento delle combustioni di biomasse nel passato, sono state utilizzate le variazioni di concentrazione del levoglucosano, considerato un tracciante specifico di questo tipo di combustioni. I campioni analizzati sono compresi tra i 90 e i 110 m di profondità, range corrispondente a circa 2100-2800 anni BP. Il record ad alta risoluzione (5 cm), è stato messo a confronto, per il periodo di sovrapposizione, con quello ottenuto dalla carota di ghiaccio di TALDICE, prelevata a Talos Dome, sempre in Antartide orientale, ma a una distanza inferiore dall’oceano meridionale. Per determinare la concentrazione di levoglucosano, i campioni di ghiaccio sono stati sottoposti a decontaminazione e analizzati mediante la tecnica analitica ifenata HPLC-MS/MS; la quantificazione è stata effettuata attraverso l’utilizzo di levoglucosano marcato 13 C 6 come standard interno.

Questo lavoro di tesi prevede la messa a punto e la validazione di una metodologia analitica per la determinazione di diverse classi di composti organici di natura antropogenica: idrocarburi policiclici aromatici (PAH), polibromodifenileteri (PBDE), policlorobifenili (PCB), policlorodibenzo-p-diossine e policlodibenzofurani (PCDD/F), policloronafatleni (PCN)e pesticidi organo-clorurati e -fosforici (OCP e OPP) in campioni di ghiaccio, firn e/o neve, provenienti da aree remote. Tale metodica è stata applicata su campioni di firn provenienti da una carota di ghiaccio prelevata a Dome C, Antartide. L'orizzonte temporale ricoperto dai sub-campioni oggetto di analisi è compreso tra la fine del XVIII secolo e i giorni nostri. La principale novità introdotta rispetto alle procedure analitiche esistenti consiste nell'impiego di quantità esigue di campione (meno di 0.5 L), al fine di ottenere una buona risoluzione temporale lungo tutto il profilo verticale della carota, che consenta così di stimare un trend cronologico di distribuzione e deposizione di micro-contaminanti organici nel plateau antartico. Per tale motivo e per minimizzare la possibile contaminazione dei campioni, tutte le fasi pre-analitiche sono state eseguite in laboratori a contaminazione controllata: clean-room (classe 10000 e 1000). La determinazione degli analiti è stata condotta mediante le più avanzate tecniche ifenate GC/MS. Obiettivo finale del lavoro è l'interpretazione del profilo cronologico di distribuzione delle diverse classi di analiti indagate e la valutazione di una loro eventuale formazione spontanea durante eventi vulcanici ad alto VEI (Volcanic Explosivity Index).