Come possono gli scienziati conoscere con precisione la temperatura globale di 120.000 anni fa?

Ci sono molti buoni commenti qui su diversi proxy paleoclimatici. Molti di loro menzionano “isotopi dell'ossigeno”. Ma cosa significa? Spiegherò un po'di più come funziona per aiutarci a capire come fluttuavano le temperature nel passato antico.

Le molecole d'acqua possono presentarsi in un paio di varietà diverse a seconda di quale isotopo di ossigeno è attaccato all'idrogeno. In termini semplici, c'è un isotopo pesante dell'ossigeno chiamato O-18 e ce n'è uno più leggero chiamato O-16. Quindi alcune molecole d'acqua sono leggermente più pesanti di altre a seconda della varietà di ossigeno che hanno come O in H2O.

Ora immagina di avere una scatola piena di palline da ping pong e palline da golf. Le palline da golf sono un po'più pesanti delle palline da ping pong, ma per il resto sono più o meno le stesse. Supponi di iniziare a scuotere delicatamente la scatola su e giù. Le palline da ping pong saranno spinte di più e ne cadranno di più dalla scatola rispetto alle palline da golf. Ora fai finta di iniziare a scuotere la scatola molto più forte. Molte palline da ping pong voleranno ancora, ma ora voleranno anche molte palline da golf.

Quando la temperatura terrestre è fresca, è come quando scuoti la scatola solo delicatamente; per lo più sono solo le molecole più leggere dell'acqua dell'oceano che vengono evaporate mentre le molecole più pesanti rimangono indietro. Quando la temperatura aumenta, le molecole d'acqua vengono spinte più forte, quindi relativamente più di quelle molecole più pesanti vengono evaporate nell'atmosfera. Alla fine quel vapore acqueo forma le nuvole, e alcune di quelle nuvole alla fine cadono come neve nei ghiacciai. Quando le temperature globali sono calde, quella neve ha relativamente più molecole più pesanti rispetto alla neve che cade in condizioni climatiche più fredde. In realtà ci sono molti fattori complicati che devono essere considerati quando si studia questa roba, ma questa è l'idea di base.

Quando gli scienziati studiano le carote di ghiaccio, stanno analizzando come sono cambiate le proporzioni degli isotopi di ossigeno pesanti e leggeri negli strati di neve caduti migliaia di anni fa, e con ciò possono elaborare un quadro molto preciso di come le temperature globali sono cambiate nel tempo.

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Esistono due principali linee di evidenza: isotopi di ossigeno nelle carote di ghiaccio della Groenlandia e dell'Antartide e isotopi di ossigeno dai gusci di creature carbonatiche (principalmente foraminiferi) conservati nelle carote di sedimenti oceanici. Le prove delle carote di ghiaccio sono il gold standard per la ricostruzione della temperatura atmosferica. Inoltre, le carote di ghiaccio preservano bolle d'aria che forniscono misurazioni dirette delle concentrazioni di gas serra nel profondo passato della Terra, che è il modo in cui costruiamo equazioni per mettere in relazione i gas serra con la temperatura. Le prove del nucleo di ghiaccio possono fornire una risoluzione annuale, che è potente. Le prove dai sedimenti oceanici sono utili e risalgono a molto tempo fa (più a lungo delle carote di ghiaccio), ma la risoluzione temporale è scarsa, da millenni a decine di millenni, e non fanno un buon lavoro nel registrare le temperature atmosferiche e terrestri (si scopre che registrano le temperature del mare, che possono essere abbastanza fuori sincronia con l'aria e la terra). Ci sono voluti decenni di tentativi di fare queste ricostruzioni con carote oceaniche prima di renderci conto che non era eccezionale per l'aria o la terra. Per fortuna adesso abbiamo le carote di ghiaccio.

Modifica: come facciamo a sapere le temperature di “luglio” … in realtà non lo sappiamo, ma possiamo ottenere dati estivi rispetto a quelli invernali dalle prove del nucleo di ghiaccio. Pensa alla deposizione annuale di isotopi di ossigeno nelle precipitazioni come un'onda sinusoidale con creste e avvallamenti. Quelle creste e depressioni rappresentano gli alti e bassi, cioè l'estate e l'inverno. Possiamo interpolare (leggere tra le righe) per ottenere la primavera e l'autunno. L'ampiezza, o altezza/profondità delle creste e delle depressioni rappresentano l'entità della variabilità della temperatura.

Fonte: la mia specialità di dottorato è Ambienti quaternari e tengo un corso di laurea su questo argomento.

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