Fossili di piante, insetti e funghi sotto il centro della calotta glaciale della Groenlandia sono prove di periodi senza ghiaccio

Lo studio in questione, firmato da Bierman e colleghi, fornisce prove dirette che il centro della calotta glaciale della Groenlandia non sia stato sempre ricoperto di ghiaccio. In particolare, l’analisi di carote di ghiaccio e di sedimenti prelevati sotto la calotta ha rivelato resti fossili di piante, insetti e funghi. Questi reperti testimoniano che, in epoche geologiche passate, l’area oggi coperta dai ghiacci era libera da ghiaccio e ospitava forme di vita vegetale e animale, nonché vari tipi di funghi.

1. Origine dei campioni e tecniche di analisi

• I ricercatori hanno utilizzato campioni provenienti dall’interno della calotta glaciale, estratti in precedenti spedizioni di perforazione profonda.
• Lo studio si è concentrato sulla caratterizzazione di sedimenti e materiali organici inglobati nelle carote di ghiaccio. Con tecniche come la datazione radiometrica, l’analisi di isotopi e l’identificazione di tracce biologiche, si è potuto stabilire l’età dei reperti e la loro provenienza.

2. Prove dirette di un ambiente “verde” in Groenlandia

• La scoperta di resti di piante (foglioline, piccole radici, pollini), di frammenti di insetti e di funghi indica che, in passato, il clima era sufficientemente caldo da sostenere un ecosistema terrestre.
• La presenza di un suolo sotto il ghiaccio suggerisce che l’area non è sempre stata sotto una coltre gelata: a un certo punto, l’assenza di ghiaccio ha permesso alla vegetazione di crescere.

3. Importanza per la climatologia e la paleoclimatologia

• Questi risultati offrono informazioni cruciali sui cambiamenti climatici avvenuti nel passato geologico. Se un tempo la Groenlandia centrale era priva di ghiaccio, significa che le temperature erano più elevate e che la calotta era notevolmente ridotta.
• Comprendere quando e come ciò sia avvenuto aiuta i ricercatori a ricostruire le dinamiche del clima globale e l’evoluzione delle calotte glaciali in risposta alle variazioni di temperatura.

4. Rilevanza per il presente e il futuro

• Lo studio fornisce un dato importante: la calotta groenlandese è sensibile ai mutamenti di temperatura più di quanto si credesse.
• Man mano che il riscaldamento globale prosegue, la Groenlandia potrebbe avvicinarsi a condizioni analoghe a quelle in cui il suo centro era libero dal ghiaccio, con conseguenze significative sull’aumento del livello del mare.
• Queste scoperte sottolineano l’urgenza di comprendere meglio i meccanismi che regolano la stabilità delle calotte polari, per poter prevedere più accuratamente i futuri scenari climatici.

Conclusioni
Lo studio di Bierman e colleghi dimostra, attraverso prove fossili rinvenute in profondità, che il centro della Groenlandia ha vissuto fasi di assenza di ghiaccio e ha sostenuto un ecosistema terrestre. Tale evidenza fornisce nuove prospettive sulla storia climatica della Terra e offre importanti spunti per valutare la vulnerabilità futura delle calotte glaciali di fronte al riscaldamento globale.

Editato da Eric Rignot, Università della California Irvine, Irvine, CA; ricevuto il 9 maggio 2024; accettato il 17 giugno 2024.

La persistenza e la dimensione della Calotta glaciale della Groenlandia (GrIS) durante il Pleistocene è incerta. Questo è cruciale perché la ricostruzione dei cambiamenti nel GrIS determina il suo contributo all’innalzamento del livello del mare durante i precedenti periodi climatici caldi e informa le proiezioni future. Per comprendere meglio la storia del ghiaccio della Groenlandia, abbiamo analizzato il materiale glaciale raccolto nel 1993 da sotto 3 km di ghiaccio a Summit, Groenlandia. Il materiale contiene frammenti di piante, legno, parti di insetti, funghi e nucleidi cosmogenici, mostrando che il letto del GrIS a Summit è una superficie terrestre stabile e longeva che conserva un record di deposizione, esposizione ed ecosistemi interglaciali. Sapere che la Groenlandia centrale era coperta di tundra durante il Pleistocene informa la comprensione della risposta della biosfera artica alla deglaciazione.

cosmogenico | interglaciale | paleoclima | paleobotanica

Sebbene i sedimenti marini forniscano informazioni sulla storia a lungo termine della Calotta glaciale della Groenlandia (GrIS) (1), i materiali terrestri più vecchi di circa 21 ka sono rari (2). Di conseguenza, mancano le informazioni necessarie per ricostruire le dimensioni del GrIS nel tempo. L’analisi dei sedimenti marini rivela la distribuzione degli ecosistemi terrestri durante gli interglaciali, ma non può fornire una risoluzione spaziale elevata (3). Al contrario, i materiali raccolti dal di sotto del GrIS registrano la specifica estensione glaciale e il clima, fornendo prove dirette dell’assenza precedente della calotta glaciale e della risposta della biosfera. Ad esempio, i dati del nucleo del 1966 di Camp Century (CC) nel nord-ovest della Groenlandia chiariscono il timing del ritiro, i processi glaciali e gli ecosistemi della tundra precedenti entro 150 km dal margine del ghiaccio (4, 5). Poiché esiste una vasta gamma di scenari di estensione glaciale sotto i quali CC potrebbe essere priva di ghiaccio, quel nucleo fornisce poche informazioni sulla Groenlandia centrale, la parte più spessa e più grande della calotta glaciale, che domina i contributi del GrIS all’innalzamento globale del livello del mare (Fig. 1A). Nel 1993, il Progetto della Calotta glaciale della Groenlandia 2 (GISP2) ha recuperato l’unico materiale basale dalla Groenlandia centrale: 40 cm di massi erratici, 8 cm di till e 105 cm di roccia (Fig. 1B) 6–8. L’analisi dei sedimenti nel ghiaccio basale più basso ha rivelato un sostanziale carbonio organico e azoto e meteorico 10Be—coerente con un’erosione limitata, lunga esposizione subaerea e la presenza di suolo (9). Un profilo di profondità dei nucleidi cosmogenici dal nucleo roccioso subglaciale del GISP2 ha indicato che la Groenlandia centrale si è deglaciata almeno una volta negli ultimi 1,1 milioni di anni (6). Qui, riesaminiamo il till per conoscere le condizioni passate a Summit.

Risultati
Il quarzo purificato, isolato dalla sabbia nel till, mostrava concentrazioni di 32.820 ± 2.780 atomi per grammo di Berillio-10, 91.150 ± 18.290 atomi per grammo di Alluminio-26 e un rapporto Alluminio-26 a Berillio-10 di 2,8 ± 0,6, indicando un periodo di sepoltura non superiore a 2,0 ± 0,4 milioni di anni dopo l’ultima significativa esposizione in superficie (Fig. 1D). Durante il setacciamento del sedimento (Fig. 2A), abbiamo identificato frammenti di vegetazione (Fig. 2B) tra cui una squama di gemma di Salix sp. (salice) e 129 megaspore di Selaginella rupestris (spike-moss roccioso) con una reticolazione intrecciata. Alcune megaspore presentavano una cicatrice trilete visibile (sutura a forma di Y) sulla superficie, un fenomeno comune in S. rupestris. È stato inoltre rinvenuto un seme di Papaver sect. Scapiflora (papavero), 155 sclerozi del fungo del suolo Cenococcum geophilum, e i resti di una gamba di insetto e di un occhio composto. Sono stati isolati sette pezzi di legno di angiosperme; in tre campioni di legno, la microscopia elettronica a scansione ha rivelato elementi vascolari con piastre di perforazione semplici e grandi pori laterali semplici tipici del Salix. Gli ispessimenti a spirale della parete indicano che questo legno derivava da piante immature.

Discussione
La presenza di papavero, spike-moss, sclerozi fungini, tessuto legnoso e parti di insetti nel till di GISP2 dimostra che un tempo la vegetazione di tundra copriva la Groenlandia centrale, implicando che l’isola era in gran parte priva di ghiaccio. L’insieme fossile suggerisce che il ghiaccio fosse sostituito da un ambiente freddo, secco e aperto dove la neve persisteva fino all’estate. Questa interpretazione deriva dal ritrovamento di S. rupestris, che forma tappeti striscianti su ghiaia sabbiosa o luoghi rocciosi (11) e oggi è trovata solo nel sud della Groenlandia (12). S. rupestris forma spore, come quelle identificate nel till, verso fine luglio (13). Papaver sect. Scapiflora è un membro dominante del più debole assemblaggio di vegetazione che confina con l’Oceano Artico. Nell’Alto Artico, crescono in aree con una copertura nevosa che persiste a lungo (14). Il papavero fiorisce in giugno-luglio ed è impollinato dalle api all’inizio dell’estate, ma dalle mosche più tardi (15). L’assemblaggio di vegetazione esposta molto secca con abbondanti megaspore di S. rupestris, fragili sclerozi fungini di Cenococcum, e la mancanza di altri taxa inclusi i briofiti suggerisce un trasporto fossile minimo e una temperatura media di luglio nella Groenlandia centrale tra 1 e 10 °C (16), riflettendo l’ampia distribuzione di Papaver sect. Scapiflora oggi in Groenlandia (17). L’intervallo di temperature determinato botanicamente è coerente con l’intervallo di 3 a 7 °C derivato utilizzando i tassi di variazione altimetrica (Appendice SI). L’abbondanza di macrofossili nel till spiega il carbonio organico e l’azoto trovati nel sedimento del ghiaccio basale del GISP2. Alte concentrazioni di 10Be meteorico (9) nel sedimento del ghiaccio basale riflettono la stabilità e l’esposizione del suolo sviluppato sul till in cui le piante crescevano. L’analisi dei nucleidi cosmogenici della sabbia del till colma un’importante lacuna nella stratigrafia di 10Be e 26Al del nucleo subglaciale del GISP2 (Fig. 1C). Il profilo di profondità congruente di 10Be al GISP2 indica che l’erratico, il till e la roccia sottostante erano probabilmente esposti insieme sotto una copertura superficiale (spessa alcuni metri) di sedimento o ghiaccio (6).

Se ciò si conferma, implica che il till e i blocchi erratici siano stati depositati prima dell’esposizione quasi superficiale del materiale estratto, una minima erosione dall’esposizione, e almeno un periodo di deglaciazione. La tempistica dell’ultima esposizione di Summit rimane incerta, sebbene i dati relativi ai campioni di nucleo roccioso suggeriscano che sia avvenuta negli ultimi 1.1 milioni di anni. Le misurazioni dell’argon nel ghiaccio trasparente sovrastante indicano che è persistito per almeno gli ultimi 250 mila anni. Un certo ghiaccio basale presso il Progetto Nucleo di Ghiaccio della Groenlandia, situato a 30 km di distanza, è circa un milione di anni vecchio. La datazione tramite luminescenza del campione di till esistente del GISP2 non è possibile perché il till è stato sciolto ed esposto alla luce dopo la trivellazione, a differenza del sedimento fluviale congelato a Camp Century. Anche se il campione fosse stato conservato al buio, il till, essendo depositato sotto il ghiaccio, tipicamente non è utile per datare l’esposizione superficiale con la luminescenza. Tuttavia, i movimenti di massa, che sono comuni quando il permafrost si scongela, potrebbero aver esposto il till dopo la deglaciazione e incorporato i macrofossili. Il legno giovane di Salix supporta tale instabilità e mescolamento del suolo.

L’eccellente conservazione dei fossili rende improbabile che siano vissuti durante un interglaciale precedente e siano stati incorporati nel till mentre il ghiaccio avanzava nuovamente sulla Groenlandia centrale. L’instabilità superficiale spiegherebbe anche i 40 cm di blocchi erratici che si trovano sopra il suolo ricco di fossili sviluppato sul sottile till. In ogni caso, l’ecosistema fossile al GISP2 supporta l’affermazione che la calotta glaciale della Groenlandia non era una caratteristica completamente stabile dell’Artico del Pleistocene. La presenza di macrofossili di piante e insetti, ora documentata più vicino al margine e al centro del GrIS, suggerisce che il recupero del ghiaccio basale, del sedimento e della roccia sottostante da località centrali e orientali della Groenlandia è una priorità elevata. L’analisi di questi materiali affinerà la comprensione della risposta del ghiaccio e della biosfera durante i periodi caldi passati, analoghi imperfetti ma importanti per il riscaldamento climatico indotto dall’uomo. Sarà fondamentale, nella ricerca di archivi subglaciali, perforare in località dove il ghiaccio è rimasto congelato al letto, e quindi non erosivo, preservando sedimenti e fossili dai periodi caldi passati quando il ghiaccio era assente.

Materiali e Metodi Abbiamo isolato fossili e quarzo purificato dalla frazione di sabbia del till prima di estrarre Berillio-10 e Alluminio-26. Abbiamo identificato i fossili utilizzando collezioni di riferimento e microscopia elettronica. I metodi dettagliati sono forniti nell’Appendice SI.

(A) Mappa dei siti di carotaggio

• Questa sezione mostra una mappa dettagliata della Groenlandia con i siti di carotaggio chiave indicati, come Camp Century, GISP2 (Greenland Ice Sheet Project 2), e GRIP (Greenland Ice Core Project). Le icone visualizzate indicano i punti precisi dove sono state effettuate le operazioni di carotaggio subglaciale, essenziali per analizzare i cambiamenti storici del ghiaccio e del clima attraverso l’analisi dei nucleidi cosmogenici.

(B) Sezione subglaciale raccolta a GISP2

• Questa parte della figura illustra una colonna verticale rappresentante le diverse sezioni della carota estratta dal sito GISP2. Ogni sezione è numerata e colorata diversamente per indicare vari strati o tipologie di materiali trovati nel nucleo. Queste sezioni sono state analizzate per la presenza di nucleidi cosmogenici, che forniscono informazioni sulla storia di esposizione del sito ai raggi cosmici e sugli eventi di deposizione e erosione.

(C) Dati degli isotopi

• Il grafico mostra i dati relativi ai nucleidi cosmogenici, inclusi Berillio-10 (¹⁰Be) e Alluminio-26 (²⁶Al), misurati a diverse profondità nel nucleo subglaciale. Le barre verticali indicano le concentrazioni degli isotopi, con i colori distinti per tipo di isotopo. Questi dati sono cruciali per interpretare la durata dell’esposizione del materiale alla radiazione cosmica e la conseguente storia geologica e climatica. Le misurazioni sono rappresentate con precisione sull’asse verticale che indica la profondità del nucleo (in metri). L’immagine di base per questo grafico è stata fornita dal U.S. National Science Foundation Ice Core Facility.

(D) Grafico a due isotopi

• Questo grafico compara i rapporti tra ²⁶Al e ¹⁰Be per i granuli di quarzo delle dimensioni di sabbia raccolti da GISP2 e Camp Century. La posizione dei punti data sul grafico riflette il diverso rapporto isotopico tra i siti, suggerendo variazioni nella storia di esposizione e nei processi geologici tra i due siti. I dati di GISP2 e Camp Century sono rappresentati in diverse tonalità per chiarire le distinzioni nei loro profili isotopici.

In generale, questi elementi visivi e dati forniscono una comprensione approfondita delle condizioni geologiche e climatiche storiche della Groenlandia, offrendo una base essenziale per la ricerca glaciologica e climatica.

(A) Foto della sezione di till ricca di clasti angolari del nucleo subglaciale GISP2

• Quest’immagine mostra una sezione trasversale di till che presenta clasti angolari, cioè frammenti di roccia con spigoli vivi. La foto è stata scattata nel 1994, mostrando la sezione da una prospettiva che pone il lato superiore del nucleo verso sinistra. È stata fornita da T. Gow e D. Meese.

(B) Panoramica del sedimento

• Questa immagine mostra il sedimento prevalentemente composto da quarzo e fossili. La diversità di materiali e la loro disposizione casuale sono ben visibili, illustrando la composizione eterogenea tipica del sedimento glaciale.

(C) Frammento di legno

• Un dettaglio di un frammento di legno, conservato nel till, che mostra le sue caratteristiche fisiche e la struttura fibrosa evidente, utile per analisi paleoambientali.

(D) Orientamento verticale tipico del legno di GISP2

• Una fotografia che mostra il frammento di legno in orientamento verticale, caratteristico dei campioni di legno di GISP2. Questo particolare orientamento può fornire indizi su come il legno sia stato depositato e conservato nel sedimento.

(E) Dettagli microscopici del legno

• Un’immagine ad alta ingrandimento mostra pori semplici nella parete laterale del vaso (indicati con 1) e una piattaforma di perforazione semplice distinta (indicata con 2), oltre all’ispessimento elicoidale tipico del legno di GISP2. Questi dettagli microscopici sono cruciali per identificare la specie di legno e le sue condizioni di crescita.

(F) Squama di gemma di Salix (salice)

• L’immagine mostra una squama di gemma di salice, un tipo di macrofossile che fornisce informazioni vitali sulle specie vegetali presenti e sulle condizioni climatiche del passato.

(G) Sclerozio del fungo del suolo Cenococcum geophilum

• Raffigurazione di uno sclerozio di C. geophilum, un fungo del suolo che forma strutture resistenti per sopravvivere a condizioni avverse, indicando la presenza di una comunità fungina attiva nel passato.

(H) Occhio di insetto, possibilmente di una mosca

• Un primo piano di quello che sembra essere un occhio composto di insetto, probabilmente appartenente a una mosca, che mostra la straordinaria conservazione dei dettagli anatomici nei macrofossili.

(I) Megaspore di S. rupestris

• L’immagine di una megaspore di Selaginella rupestris, evidenziando la complessa struttura superficiale che aiuta nella dispersione e sopravvivenza delle spore.

(J) Seme di Papaver sect. Scapiflora

• Visualizzazione di un seme di Papaver, che offre una finestra unica sulle specie di piante che crescevano e si riproducevano durante periodi preistorici.

Le note con l’asterisco indicano che questi tipi di macrofossili sono stati trovati anche nei sedimenti di Camp Century, come documentato in precedenti ricerche (riferimento 5). Le immagini del frammento di legno mostrano lo stesso esemplare da diverse angolazioni per evidenziare i vari aspetti e dettagli strutturali. Questo insieme di immagini fornisce una panoramica comprensiva della diversità e della conservazione dei materiali organici e inorganici nel till subglaciale, fondamentale per la comprensione delle dinamiche ambientali storiche.

https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.2407465121/-/DCSupplemental