https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379110003744

4.3. Ricostruzione Quantitativa della Temperatura

4.3.1. Statistiche Diagnostiche della Ricostruzione

Tutti i taxa subfossili trovati nei campioni del nucleo SOS sono ben rappresentati nel set di addestramento usato per sviluppare la funzione di trasferimento temperatura-chironomidi applicata, e nessun taxon nel record fossile è stato identificato come raro nei dati moderni. Tutti i campioni hanno un analogo ‘vicino’ nel set di calibrazione moderno (Fig. 7). Le statistiche di adattamento hanno rivelato, tuttavia, che solo 3 campioni hanno un adattamento ‘buono’, il 19% dei campioni ha un adattamento ‘scarso’ e il 79% ha un adattamento ‘molto scarso’ con la temperatura. Queste misure di mancanza di adattamento indicano che la maggior parte degli assemblaggi di chironomidi fossili non ha forti analoghi moderni in termini di abbondanze relative simili di chironomidi nel set di calibrazione moderno. Di conseguenza, le ricostruzioni della temperatura dal record SOS potrebbero essere piuttosto problematiche, specialmente durante il tardo Olocene, che include i campioni con una particolarmente alta distanza residua rispetto al primo asse CCA con TJuly come unica variabile vincolante. Le stime individuali della temperatura dovrebbero essere considerate come provvisorie e interpretate con cautela. Tuttavia, la misura di adattamento del CCA non valuta stricto sensu se i valori inferiti riflettano accuratamente le condizioni passate e potrebbe non fornire sempre informazioni corrette sulla affidabilità. I campioni con un ‘scarso’ adattamento potrebbero fornire stime accurate mentre i campioni con un ‘buon’ adattamento potrebbero non fornire sempre risultati corretti (Bigler et al., 2002; Velle et al., 2005).

Supponiamo che una tecnica di lisciatura, nominatamente un lisciante LOESS, solitamente usato per ridurre le fluttuazioni casuali in una serie di dati, fornirà una visione più chiara del vero comportamento sottostante dei dati e aiuterà a evidenziare le tendenze temporali. Pertanto, le nostre interpretazioni si concentrano principalmente sui valori lisciati, piuttosto che su inferenze da punti dati individuali.

4.3.2. Temperatura Aerea di Luglio nell’Olocene

Il modello di inferenza ha fornito il profilo basato sui chironomidi di TJuly mostrato nella Figura 5. La ricostruzione lisciata indica che TJuly variava approssimativamente tra 4,0 e 8,5 °C durante l’Olocene. Nella Zona Ch-1 (10.200-10.000 anni calibrati BP), TJuly inferita è aumentata rapidamente da circa 4 a 7 °C. Per i campioni appartenenti alla Zona Ch-2 (10.000-8.600 anni calibrati BP), il modello ha ricostruito le temperature più elevate (circa 7,0-8,5 °C) dell’intero archivio, ossia 3,0-4,5 °C al di sopra del valore moderno (media di TJuly per il periodo 1977-2006). In seguito, attraverso la Zona Ch-3 (8.600-7.900 anni calibrati BP), la curva di TJuly inferita mostra un declino fino a valori intorno ai 5 °C alla fine del periodo. Nelle Zone Ch-4 e Ch-5 (7.900-4.500 anni calibrati BP), la temperatura si stabilizza vicino ai 6 °C. La Zona Ch-6 (4.500-3.300 anni calibrati BP) rivela una diminuzione generale di TJuly di circa 2 °C. Durante gran parte della Zona Ch-7 (3.300 anni calibrati BP fino al presente), TJuly mostra valori pressoché costanti intorno ai 4 °C, con un incremento a circa 4,8 °C nell’ultimo secolo.

5. Discussione

5.1. Variazioni Climatiche dell’Olocene

5.1.1. Primo Olocene (ca 10.200-7.900 anni calibrati BP)

L’aspetto più notevole del clima dell’Olocene presso SOS è un ben definito massimo termico del primo Olocene (HTM) tra circa 10.000 e 8.600 anni calibrati BP, periodo durante il quale la TJuly inferita dai chironomidi era tra 7,0 e 8,5 °C, ovvero fino a circa 4,5 °C più calda rispetto al presente (valore medio per il periodo 1977-2006). La tempistica di questo riscaldamento non è coerente con i risultati dei modelli climatici recenti né con i record proxy delle Alpi svizzere settentrionali, che indicano che l’HTM nella maggior parte dell’Europa si verifica approssimativamente tra 8.000 e 5.000 anni calibrati BP (Renssen et al., 2009). Sebbene l’HTM alle latitudini medie e alte dell’emisfero settentrionale sia generalmente associato al massimo dell’insolazione estiva indotto orbitalmente, in gran parte della regione circum-atlantica, specialmente alle latitudini medie, l’HTM sembra essere stato ritardato dalla presenza della calotta glaciale Laurentide (LIS) in Nord America, che ha determinato condizioni di superficie oceanica relativamente fredde che si estendevano verso est fino all’Europa occidentale (Renssen et al., 2009).

la Figura 7 è una rappresentazione grafica di dati paleoclimatici ottenuti da un nucleo di sedimenti, che viene utilizzata per ricostruire la temperatura media di luglio nel passato. Ogni componente del grafico è importante per interpretare i dati climatici storici.

  1. Temperatura Media di Luglio Inferita dai Chironomidi (Linea Solida):
    • La curva solida rappresenta le stime della temperatura media del mese di luglio, dedotte dai fossili di chironomidi presenti nel nucleo di sedimenti SOS. I chironomidi sono larve di insetti la cui composizione delle specie varia con la temperatura, e quindi possono essere utilizzati come proxy termici per ricostruire le condizioni climatiche passate.
  2. Errori Standard Specifici del Campione di Previsione (SSPE, Linee Tratteggiate):
    • Le linee tratteggiate sopra e sotto la curva principale indicano l’intervallo di errore standard per ogni stima di temperatura. Questo intervallo mostra la possibile variazione attorno alla stima centrale, fornendo un’indicazione dell’incertezza o della precisione della stima della temperatura inferita dai chironomidi.
  3. Nearest Modern Analogues (Analoghi Moderni Più Vicini):
    • Questo grafico mostra l’analogia tra le assemblee di chironomidi fossili e quelle moderne, basata su un set di dati di calibrazione. Valori più elevati indicano un’alta somiglianza con gli analoghi moderni, suggerendo che le condizioni passate possono essere ben rappresentate dai dati attuali. Le linee orizzontali tratteggiate a 2% e 5% indicano soglie al di sotto delle quali gli analoghi moderni non sono considerati “vicini” o “buoni”, suggerendo una possibile discrepanza tra le condizioni passate e quelle attuali.
  4. Goodness-of-Fit (Adeguazione della Forma) dei Campioni Fossili con la Temperatura:
    • Questa parte del grafico mostra il coefficiente di adattamento statistico tra le assemblee fossili di chironomidi e le stime di temperatura. Un valore di 1 indicherebbe un adattamento perfetto, mentre valori inferiori indicano un adattamento meno accurato. Le linee orizzontali tratteggiate marcano soglie di adattamento “povero” (0.90) e “molto povero” (0.95).

La scala temporale è espressa in anni calibrati prima del presente (“cal yr BP”), con il presente definito convenzionalmente come l’anno 1950. La figura quindi traccia un profilo delle stime di temperatura per gli ultimi 10.000 anni circa, con l’obiettivo di comprendere le variazioni climatiche in un contesto geologico e paleoambientale. Questa tipologia di analisi è fondamentale per la paleoclimatologia, la scienza che studia i cambiamenti climatici avvenuti sulla Terra nel corso della sua storia geologica.

Esistono numerosi dati provenienti dalle Alpi Settentrionali e Occidentali direttamente influenzati dai venti di ponente che mostrano temperature simili attraverso l’Olocene antico e medio o indicano un Massimo Termico dell’Olocene (HTM) più tardivo rispetto al record dell’SOS dalle Alpi Orientali (Heiri et al., 2003; Tinner e Theurillat, 2003; Heiri e Lotter, 2005; Larocque-Tobler et al., 2010). Tuttavia, le Alpi Centro-orientali sono schermate dai venti di ponente dalle catene montuose delle Alpi Settentrionali e Occidentali e si caratterizzano per un clima più continentale. Ciò potrebbe spiegare perché le temperature nelle Alpi Centro-orientali sono state meno influenzate dall’effetto refrigerante dell’inizio dell’Olocene della Calotta Glaciale Laurentide (LIS) e più marcatamente influenzate dai cambiamenti dell’insolazione rispetto alla parte più occidentale della catena montuosa. Esistono evidenze che l’elevazione massima del limite della foresta (costituita da Pinus cembra e Larix) nelle Alpi Centrali e Meridionali era già stata raggiunta durante l’Olocene antico, suggerendo che le condizioni più calde dall’inizio dell’Olocene si siano verificate circa 4000-5000 anni prima rispetto alle Alpi Settentrionali (Lotter et al., 2006 e riferimenti al suo interno). Un record di chironomidi dalle Alpi Svizzere Centrali (la valle dell’Engadina, circa 110 km a ovest dell’SOS) indica anche che durante la maggior parte del Preboreale, TJuly era superiore ai valori attuali di circa 3 °C (Ilyashuk et al., 2009).

Tuttavia, l’ampiezza del riscaldamento dell’Olocene antico a SOS non è coerente con le ricostruzioni disponibili del limite superiore della linea degli alberi nelle Alpi (Tinner e Ammann, 2001; Tinner e Theurillat, 2003; Nicolussi et al., 2005; Tinner, 2007), che mostrano che la posizione più elevata della linea degli alberi durante l’Olocene era circa 180 m più alta di oggi, indicando temperature estive solo circa 0,8-1,2 °C superiori a quelle attuali.

Tuttavia, si deve notare che gli studi sul limite superiore degli alberi sono stati utilizzati per dedurre le temperature estive medie, mentre la nostra ricostruzione basata sui chironomidi si riferisce alle temperature medie di luglio, che sono ovviamente superiori alle temperature medie dell’intera estate. Inoltre, l’inizio dell’Olocene, caratterizzato dalla radiazione solare estiva più elevata e da quella invernale più bassa nell’emisfero settentrionale (Kutzbach e Gallimore, 1988; Laskar et al., 2004), fu un periodo di massimi contrasti stagionali con prevalenza di estati calde e inverni freddi (Fig. 5). Nelle medie latitudini settentrionali, l’evaporazione raggiunse il picco massimo e, di conseguenza, la disponibilità di umidità fu minima (Kutzbach e Webb, 1993). Questo è supportato dalle inferenze climatiche basate sui pollini del primo Olocene di Ortu et al. (2008) dalle Alpi sud-occidentali, che mostrano la TJuly più elevata, mentre le temperature di gennaio, le temperature annuali e le precipitazioni annuali erano le più basse. Questo periodo coincide con i ritiri dei ghiacciai nelle Alpi austriache, svizzere e italiane, indicativi di condizioni asciutte (Nicolussi e Patzelt, 2000; Hormes et al., 2006; Joerin et al., 2006). Vi sono inoltre evidenze da un record di stalagmiti δ18O nella Grotta di Ernesto, nel nord-ovest dell’Italia (1165 m s.l.m.), che condizioni asciutte o caldo-asciutte prevalsero durante l’inizio dell’Olocene (9200-7800 anni cal BP) nelle Alpi sud-orientali (McDermott et al., 1999). È probabile che queste condizioni abbiano ostacolato l’espansione di specie arboree con elevati requisiti di umidità dell’aria e del suolo e una sensibilità estrema alle gelate tardive in primavera. Alcuni studi (Lotter et al., 2006; Wehrli et al., 2007) hanno dimostrato che queste condizioni climatiche erano favorevoli alle foreste decidue termofile che dominavano nelle Alpi Svizzere durante l’inizio dell’Olocene.

Anche se SOS si trovava sempre ben al di sopra del limite degli alberi, che non ha mai superato i 2600 m s.l.m. neanche nelle parti più favorevoli delle Alpi (Tinner, 2007), i dati pollinici del record sedimentario di SOS rivelano anche la più alta concentrazione di polline trasportato a lunga distanza di Corylus e Ulmus (fino al 20% e 10%, rispettivamente) durante questo periodo (R. Drescher-Schneider, comunicazione personale), suggerendo che alberi e arbusti decidui termofili fossero abbondanti a quote inferiori ai 2800 m solo durante l’inizio dell’Olocene nelle Alpi Ötztaler. Analogamente, le inferenze di temperatura basate su pollini quantitativi da tre siti a quote di 1920-2240 m s.l.m. nelle Alpi sud-occidentali italiane hanno rivelato la TJuly più alta, ossia 2-5 °C superiore rispetto ai valori attuali, all’inizio dell’Olocene (Ortu et al., 2008) (Fig. 8).

Il picco di calore è stato seguito da un raffreddamento significativo che ha avuto inizio dopo circa 9200 anni calibrati BP. Questo cambiamento rappresenta la fase di raffreddamento più rapida registrata in tutto il nucleo sedimentario. Tra circa 8250 e circa 8000 anni calibrati BP, la TJuly inferita ha mostrato un calo di circa 3 °C rispetto all’MTM, indicando una TJuly di circa 5 °C. Questo episodio freddo sembra essere collegato all’evento climatico improvviso di circa 8200 anni calibrati BP, quando un’imponente inondazione dovuta alla rottura di una diga ha portato alla dolcificazione dell’Atlantico Settentrionale e allo sviluppo di anomalie climatiche estese in gran parte dell’emisfero settentrionale (Alley et al., 1997).(

L’episodio freddo menzionato si riferisce all’evento climatico avvenuto circa 8200 anni fa, noto come “l’evento freddo 8.2 ka” (dove “ka” sta per migliaia di anni). Questo evento è uno dei più significativi e meglio documentati esempi di rapido cambiamento climatico durante l’Olocene, il periodo geologico che va dalla fine dell’ultima era glaciale fino al presente.

La causa principale di questo evento freddo è stata un’imponente inondazione, spesso associata al collasso della diga del Lago Agassiz-Ojibway, un vasto lago glaciale situato nella regione centrale del Nord America. Durante il ritiro dei ghiacciai alla fine dell’ultima glaciazione, enormi quantità d’acqua dolce furono improvvisamente rilasciate negli oceani attraverso questo evento di sfondamento di diga. L’acqua dolce rilasciata nel Nord Atlantico interferì con la circolazione termoalina, un componente cruciale della circolazione oceanica globale che trasporta calore dalle regioni equatoriali verso il nord.

La diluizione delle acque superficiali dell’Atlantico Settentrionale a causa dell’acqua dolce ridusse la densità dell’acqua, interferendo con il processo di affondamento delle acque fredde e salate nel Nord Atlantico, che è essenziale per mantenere la circolazione termoalina. Questa interruzione portò a una riduzione del trasporto di calore verso il nord, causando un abbassamento delle temperature in gran parte dell’emisfero settentrionale, e contribuendo allo sviluppo di anomalie climatiche, tra cui un raffreddamento marcato in molte regioni.

L’evento 8.2 ka è stato registrato in diversi proxy climatici, inclusi sedimenti lacustri e marini, carote di ghiaccio e depositi speleotemici, che testimoniano un episodio di freddo che durò per un periodo di circa 150-200 anni. Questo evento ha avuto un impatto significativo sull’ambiente e sulle popolazioni umane dell’epoca, influenzando i modelli di insediamento, l’agricoltura e le dinamiche ecologiche in diverse parti del mondo.)

Un periodo di raffreddamento intorno a 8200 anni calibrati BP è stato identificato anche in altre parti delle Alpi Austriache, sulla base di proxy sedimentologici e biologici (Kofler et al., 2005; Schmidt et al., 2006). Anche gli assemblaggi pollinici provenienti da due laghi in Svizzera e Germania hanno evidenziato una marcata risposta della vegetazione terrestre al cambiamento climatico intorno a 8200 anni calibrati BP (Tinner e Lotter, 2001). Il mutamento climatico verso condizioni più umide e meno continentali è stato accompagnato da un avanzamento dei ghiacciai nelle Alpi Orientali (Nicolussi e Patzelt, 2001; Kerschner et al., 2006; Ivy-Ochs et al., 2009). Un massimo di raffreddamento relativo di circa 3 °C a 8200 anni calibrati BP è stato dedotto dai record di δ18O di stalagmiti dalla Grotta di Katerloch, situata nel sud-est dell’Austria (Boch et al., 2009). Altre ricostruzioni dall’Europa Centrale (von Grafenstein et al., 1998; Magny et al., 2001; Heiri et al., 2003; Magny e Bégeot, 2004) hanno indicato una depressione termica per l’evento freddo cosiddetto “8.2 ka” di 1,0-2,5 °C rispetto all’MTM, a seconda del metodo di ricostruzione e della localizzazione del record termico. Secondo le inferenze termiche basate sui record isotopici di δ15N dal carotaggio del ghiaccio GISP2 (Kobashi et al., 2007) e i record di δ18O dai carotaggi del ghiaccio di Agassiz e Renland (Vinther et al., 2009), le temperature in Groenlandia sono calate di 3-4 °C durante l’evento 8.2 ka.

5.1.2. Mid-Olocene (circa 7900-4500 anni calibrati BP) Durante il periodo compreso tra circa 7900 e 4500 anni calibrati BP, la temperatura media inferita dai chironomidi era di circa 6°C. Questo fu un intervallo di tempo caratterizzato da condizioni climatiche stabili e relativamente calde, durante il quale la produttività lacustre, come indicato dal contenuto elevato di materia organica sedimentaria e dalla massima velocità di accumulo dei chironomidi, raggiunse il suo apice. I dati pollinici indicano che le foreste decidue termofile delle Alpi furono sostituite da foreste mesofile di abete bianco e faggio (Tinner e Lotter, 2001; Wehrli et al., 2007), segnalando una riduzione del contrasto stagionale e un aumento della disponibilità di umidità nel suolo. Si ritiene che questo periodo fosse caratterizzato da un’elevata posizione della linea degli alberi nelle Alpi (Tinner, 2007).

Nonostante il fatto che la curva di temperatura inferita dai chironomidi, dopo essere stata lisciata, oscillasse intorno ai 6°C durante questo arco temporale e non evidenziasse cambiamenti significativi prima del 4500 anni calibrati BP, la ricomparsa del tipo P. nivosa intorno a 5200 anni calibrati BP, dopo un’assenza di circa 2500 anni nel record dei chironomidi, suggerisce un abbassamento delle temperature (Fig. 5). Questo dato è in accordo con una inversione climatica del mid-Olocene osservata nelle Alpi. Il ritrovamento di un uomo preistorico mummificato (l’Iceman Neolitico ‘Ötzi’) datato tra 5300 e 5050 anni calibrati BP nelle Alpi Venoste a 3210 m s.l.m. (Bonani et al., 1994), a circa 25 km da SOS, indica che questo abbassamento della temperatura fu accompagnato da un rapido avanzamento dei ghiacciai, il quale fu responsabile della veloce sepoltura e della conservazione del corpo sotto un manto di neve permanente in un’area precedentemente deglaciata (Baroni e Orombelli, 1996). Una inversione climatica del mid-Olocene è stata osservata anche in diverse regioni del mondo (Magny et al., 2006). Forti evidenze indicano che il Periodo Umido Africano terminò intorno a 5500 anni calibrati BP, e il clima divenne molto secco nel Nord Africa, in risposta al calo dell’insolazione e all’indebolimento dei venti monsonici (Foley et al., 2003; Kröpelin et al., 2008). Questi eventi corrispondono alla transizione dall’Hypsithermale alla Neoglaciazione che potrebbe essere stata causata da variazioni nell’attività solare, sovrapposte a variazioni nella circolazione oceanica e atmosferica, e suggeriscono collegamenti interemisferici per le variazioni climatiche (Magny e Haas, 2004). Dunque, uno spostamento climatico del mid-Olocene, che potrebbe essere correlato ad altri cambiamenti climatici di significato globale, è chiaramente evidenziato nel record dei chironomidi da SOS (Zona Ch-5).

La Figura 8 fornisce una rappresentazione grafica delle stime della temperatura basate su diversi proxy ambientali e da località differenti, come segue:

Sezione A: Alpi Europee

  • Registri Pollinici Alpini (Verde):
    • Due curve verdi rappresentano le inferenze paleotemperature basate sui dati pollinici raccolti dai Laghi dell’Orgials e dalla Torbiera del Biecai nelle Alpi italiane. Questi dati pollinici sono usati per inferire le temperature medie di luglio. La scala verticale mostra il tempo in anni prima del presente (BP), con i valori più alti in basso, indicando tempi più remoti. L’asse orizzontale mostra la temperatura media di luglio in gradi Celsius. Le variazioni nella forma delle curve verdi riflettono cambiamenti nelle comunità di piante, da cui si deducono cambiamenti nelle temperature passate.
  • Registro dei Chironomidi Alpini (Rosso):
    • La curva rossa rappresenta la temperatura di luglio inferita da un record di chironomidi nel sito austriaco Schwarzsee ob Sölden. Anche qui, l’asse verticale mostra il tempo in anni BP e l’asse orizzontale mostra le stime di temperatura. I chironomidi sono indicatori sensibili della temperatura dell’acqua e, indirettamente, della temperatura dell’aria, fornendo un’altra misura delle condizioni climatiche passate.

Sezione B: Artico

  • Registri dei Chironomidi in Alta Latitudine (Blu):
    • Le curve blu mostrano le stime di temperatura basate sui record di chironomidi da Lake Lyadhej-To in Russia e Lake CF8 nel Canada artico. Simili ai dati alpini, questi record forniscono stime di temperatura per luglio, ma per regioni ad alta latitudine, mostrando la risposta climatica in ambienti artici.
  • Record del δ18O del Nucleo di Ghiaccio della Groenlandia (Nero):
    • Il grafico nero mostra la variazione dell’isotopo δ18O nei nuclei di ghiaccio della Groenlandia (Agassiz e Renland). Questo isotopo è usato come proxy per la temperatura atmosferica al momento della formazione della neve che, compressa, forma il ghiaccio. L’asse verticale è il tempo in anni BP e l’asse orizzontale rappresenta la variazione della temperatura della superficie dell’ice sheet in gradi Celsius. Questo metodo fornisce una registrazione diretta delle variazioni climatiche passate in alta latitudine.

Sintesi e Importanza:

  • La figura intende mostrare un confronto diretto delle stime di temperatura tra siti alpini e artici, utilizzando diversi proxy climatici.
  • I proxy climatici come il polline, i chironomidi e gli isotopi del ossigeno forniscono mezzi indiretti per inferire le temperature del passato, con ogni metodo che ha i propri vantaggi e limitazioni.
  • Lo scopo di questi dati è di comprendere le variazioni climatiche e ambientali durante l’Olocene, un periodo critico per la comprensione delle dinamiche climatiche dopo l’ultima era glaciale.

5.1.3. Olocene Tardivo (circa 4500-0 anni cal BP) Il record dei chironomidi del SOS suggerisce l’avvenimento di un brusco cambiamento climatico intorno ai 4500 anni cal BP. La nostra ricostruzione indica una ridotta produttività del lago e un calo generale della temperatura di luglio (Tjuly) fino a 2500 anni cal BP, di circa 2 °C. Analogamente, le ricostruzioni basate sui chironomidi dalle Alpi Svizzere segnalano un abbassamento della Tjuly intorno ai 4000 anni cal BP (Heiri et al., 2003; Heiri e Lotter, 2005), probabilmente connesso a variazioni dell’insolazione estiva e invernale (Fig. 5). Il sistema climatico globale ha subito una profonda ristrutturazione in questo arco temporale. Megasicchezze intorno ai 4200 anni cal BP sono state documentate in vari siti alle medie latitudini e nelle zone subtropicali dell’Emisfero Nord: in Nord America, Europa, Africa e Asia (Booth et al., 2005). Altri indicatori proxy dalle Alpi evidenziano avanzamenti glaciali e abbassamenti del limite arboreo dopo circa 4500 anni cal BP, associati allo sviluppo di condizioni climatiche più fredde, umide e oceaniche nella regione (Leeman e Niessen, 1994; Haas et al., 1998; Tinner e Theurillat, 2003). La Tjuly inferita è mediamente di circa 4,5 °C nel periodo tra 3200 e 2500 anni cal BP. Nelle Alpi, questo intervallo è stato caratterizzato da cambiamenti piuttosto frequenti tra condizioni più fredde e umide a condizioni più calde e secche, e viceversa, con avanzamenti glaciali più frequenti e periodi di recessione più brevi (Ivy-Ochs et al., 2009). Nel periodo successivo, a partire da circa 2500 anni cal BP, la Tjuly ricostruita mostra valori quasi costanti intorno ai 4 °C. Gli ultimi decenni sono caratterizzati da un incremento della Tjuly a circa 4,8 °C. L’aumento del flusso di resti di chironomidi negli ultimi decenni potrebbe riflettere anche un incremento della produttività lacustre in risposta a estati più calde, come interpretato in altri studi (es., Alm e Willassen, 1993).

5.2. Il massimo termico del primo Olocene: SOS rispetto ad altri “siti di preallarme” A causa di diversi meccanismi di feedback positivo, i cambiamenti climatici vengono amplificati nelle regioni polari (ad alta latitudine) e alpine (ad alta quota) (ACIA, 2004; Parker et al., 2008). Da un punto di vista della ricerca sul cambiamento climatico, le regioni polari e alpine sono spesso considerate come dei “siti di preallarme” (Ørbæk et al., 2004). Le simulazioni dei cambiamenti di temperatura lungo l’asse della Cordigliera Americana, dall’Alaska al Cile meridionale, evidenziano che le ampiezze statisticamente significative dei cambiamenti della temperatura estiva in funzione dell’elevazione sono particolarmente elevate tra le latitudini circa 35°N e 50°N, suggerendo che le catene montuose che si estendono in alto nella bassa troposfera in queste latitudini sono suscettibili di sperimentare significative variazioni di temperatura (Bradley et al., 2004). Nelle Alpi europee, le misurazioni strumentali hanno indicato un aumento dell’irradianza totale con l’altitudine di circa il 8% per 1000 m (Blumthaler et al., 1997) ed è stato dimostrato che le anomalie di temperatura e le tendenze si manifestano in modo più evidente nei siti ad alta quota rispetto alle pianure adiacenti (Beniston, 2005). È importante notare che la localizzazione del sito SOS (circa 47°N) rientra nell’intervallo latitudinale in cui Bradley et al. (2004) hanno modellizzato i maggiori cambiamenti di temperatura estiva in funzione dell’altitudine.

Le misurazioni della radiazione globale, effettuate con strumentazione identica in una stazione ad alta quota nelle Alpi Svizzere (46°N; 3576 m s.l.m.) e in una stazione ad alta latitudine in Alaska (64°N; 133 m s.l.m.), mostrano che i massimi di radiazione globale in estate sono simili per i due siti (Ambach et al., 1991). Di conseguenza, le regioni polari e i siti ad alta quota nelle Alpi, con temperature estive dell’aria attuali simili, possono essere caratterizzati da un’uscita solare estiva simile e, molto probabilmente, i cambiamenti dell’insolazione responsabili del Massimo Termico dell’Olocene (HTM) hanno influenzato le regioni polari e alpine con un’intensità simile, sebbene in modo diverso, e pertanto l’HTM avrebbe avuto tempistiche e magnitudini simili in queste regioni.

Le temperature inferite dai chironomidi del sito SOS indicano uno sviluppo termico paragonabile ai record dell’Olocene da località artiche, dove il Massimo Termico dell’Olocene (HTM) era primariamente indotto da variazioni dell’insolazione e l’effetto della calotta glaciale Laurentide sulle condizioni climatiche risultava trascurabile. Recenti ricostruzioni basate sui chironomidi per la temperatura di luglio (Tjuly) dai laghi dell’Isola di Baffin, nel nord-est del Canada (70°N), hanno evidenziato un HTM marcato tra circa 10.000 e 8500-8000 anni cal BP, con una Tjuly circa 5 °C superiore a quella attuale, in accordo con il forcing solare (Briner et al., 2006; Axford et al., 2009a, 2009b). Le più recenti deduzioni sulla storia termica dell’Olocene in Groenlandia (da 71 a 81°N) ottenute dai dati di δ18O dei carotaggi del ghiaccio di Agassiz e Renland situano l’HTM in quella regione tra circa 10.000 e 7000 anni cal BP (Vinther et al., 2009). I dati basati su chironomidi dal nord dell’Islanda (65°N) suggeriscono che le temperature furono fino a 2-2,5 °C più elevate rispetto al presente tra circa 10.500 e 8500 anni cal BP (Langdon et al., 2010). Anche le ricostruzioni termiche dall’Artico russo indicano un marcato massimo termico del primo Olocene (Velichko et al., 1997; MacDonald et al., 2000; Andreev et al., 2005). Per esempio, le inferenze termiche basate sui dati di polline e chironomidi da un sito negli Urali Polari (68°N) mostrano l’HTM tra circa 10.500 e 8800 anni cal BP con una Tjuly da 3 a 4 °C più alta rispetto ai valori odierni (Andreev et al., 2005). Benché i singoli record possano variare nel confronto tra siti settentrionali e di alta quota europei, il massimo calore estivo del primo Olocene ricostruito tramite chironomidi e altri proxy appare essere di magnitudine comparabile sia per le Alpi ad alta quota che per le regioni artiche (Fig. 8). Dunque, il record di temperatura basato sui chironomidi da SOS conferma ulteriormente altri studi, evidenziando che il clima dell’Olocene, in particolare nelle regioni polari e alpine, è estremamente sensibile al forcing dell’insolazione.

5.3. Affidabilità delle temperature oloceniche dedotte

La validità delle deduzioni rappresenta un aspetto fondamentale in ogni ricostruzione climatica quantitativa basata su proxy. La ricostruzione termica qui presentata è stata realizzata per un lago remoto situato in un contesto particolarmente estremo dovuto alla sua elevata altitudine. È noto che gli ecosistemi lacustri montani fungano da indicatori sensibili (detti “sentinelle”) dei cambiamenti ambientali, grazie alle loro caratteristiche idrochimiche, alla loro diversità relativamente limitata e alle semplici catene alimentari che li caratterizzano (Adrian et al., 2009). All’aumentare dell’altitudine, i fattori ecologici connessi al clima assumono un ruolo predominante e, di conseguenza, gli effetti dei cambiamenti climatici possono risultare maggiormente evidenti rispetto agli ecosistemi situati a quote inferiori. Tuttavia, è stato dimostrato che i laghi alpini nelle Alpi Europee, a differenza dei laghi di pianura, presentano un regime termico in cui la temperatura dell’acqua estiva è collegata indirettamente all’altitudine, e la correlazione tra la temperatura dell’acqua del lago e quella dell’aria ambiente si attenua significativamente superando una soglia di altitudine di 2000 metri (Livingstone et al., 2005). Per i chironomidi, tanto la temperatura dell’acqua del lago quanto quella dell’aria ambiente rivestono un’importanza fisiologica nel regolare i loro cicli vitali e la distribuzione (Oliver, 1971; Armitage, 1995). L’effetto climatico primario sulle fasi acquatiche dei chironomidi (uovo, larva e pupa) nei laghi di alta quota potrebbe essere inoltre influenzato dalla durata del periodo di copertura dei ghiacci (Livingstone et al., 1999), che quindi potrebbe avere un ruolo in SOS. Di conseguenza, le deduzioni basate sui chironomidi da SOS relativamente alla temperatura dell’aria potrebbero essere state condizionate dalla relazione indiretta tra temperatura dell’aria e dell’acqua nei laghi di elevata quota. Riteniamo che un ampliamento del dataset disponibile dalla regione alpina con l’aggiunta di laghi situati a quote superiori, l’elaborazione di una funzione di trasferimento per la temperatura dell’acqua estiva e l’applicazione al record dei chironomidi da SOS e altri laghi montani remoti possano fornire deduzioni più affidabili sulle temperature estive dell’Olocene da questi siti non affetti da impatti umani diretti.

La nostra ricostruzione termica, tuttavia, evidenzia impronte comuni di eventi climatici regionali. Inoltre, il metodo più efficace per validare i modelli (e quindi la loro affidabilità) consiste nel confrontare le ricostruzioni con i dati ambientali strumentali noti (per esempio, Birks, 1998; Velle et al., 2010). Il confronto tra le temperature di luglio inferite dai chironomidi e un record meteorologico strumentale per l’intervallo temporale 1760-2005 mostra che la maggior parte delle temperature strumentali si colloca all’interno degli intervalli di errore delle temperature inferite (media ± SSPE) e che l’80% delle inferenze per questo periodo presenta scostamenti dai dati strumentali inferiori al RMSEP (Fig. 9). Ciò indica che le tendenze di temperatura oloceniche a lungo termine possono essere riflesse con buona affidabilità nella ricostruzione termica. Tuttavia, in base alla Fig. 9, le temperature inferite sembrano essere sovrastimate di circa un grado durante questo periodo, pertanto le temperature ricostruite non elaborate devono essere interpretate con prudenza.

Uno dei potenziali problemi nelle ricostruzioni quantitative della temperatura è che la biota reagisce sia ai cambiamenti climatici sia ai processi limnologici. In questo caso, l’aumento del tipo C. arctica circa 4500-3300 anni cal BP potrebbe essere legato allo sviluppo di muschi acquatici sul fondo del lago piuttosto che ai cambiamenti di temperatura (vedi Sezione 4.2.1, Zona Ch-6). Nonostante ciò, interpretiamo questo periodo come una fase di raffreddamento. Infatti, il raffreddamento potrebbe essere sottostimato poiché il tipo C. arctica presenta un’ottimale di temperatura più alto rispetto ad altri taxa presenti nel lago in quel lasso di tempo.

Un aspetto critico della nostra ricostruzione è la relativa stabilità della temperatura del tardo Olocene, riflessa sia nelle curve di luglio smussate che in quelle non smussate, negli ultimi 2500 anni (Fig. 5). Gli evidenti eventi freddi di questo periodo, indicati dai cambiamenti nell’abbondanza del tipo freddo-stenotermico P. nivosa dal 21 al 93%, non sono rappresentati nelle curve di temperatura di luglio inferite. Vi sono diverse spiegazioni per questo fenomeno. In primo luogo, il sito studiato, con una temperatura di luglio strumentale moderna di 4.1 °C, si trova al di fuori del limite inferiore del gradiente di temperatura di luglio (5.0-18.4 °C) nel set di dati di calibrazione temperatura-chironomidi svizzero, e il modello di inferenza temperatura-chironomidi applicato non è in grado di ricostruire temperature di luglio inferiori a 4 °C. Pertanto, la ricostruzione basata sui chironomidi da SOS non riesce a rilevare le fasi di clima più freddo nel passato.

La Figura 9 mostra due diversi set di dati relativi alle temperature medie di luglio:

Temperature Inferite dai Chironomidi (Cerchi Pieni):

  • I punti rappresentati dai cerchi pieni e connessi da una linea solida mostrano le temperature medie di luglio come dedotte dai record di chironomidi nel nucleo di sedimenti SOS. I chironomidi sono larve di insetti le cui specie e abbondanza variano con la temperatura dell’acqua, quindi possono essere utilizzati come indicatori (o proxy) per inferire le temperature passate dell’ambiente acquatico e, per estensione, della temperatura dell’aria.

Errori Stimati (Barre Orizzontali):

  • Le barre orizzontali che si estendono dai cerchi pieni rappresentano gli errori standard di previsione specifici del campione (SSPE). Queste barre orizzontali rappresentano la variabilità o incertezza nelle stime delle temperature basate sui chironomidi, fornendo un intervallo entro cui la vera temperatura potrebbe ragionevolmente cadere.

Dati Meteorologici (Cerchi Vuoti):

  • I cerchi vuoti, connessi da una linea tratteggiata, rappresentano le temperature medie di luglio ottenute dai dati meteorologici regionali. Questi dati sono stati corretti per l’altitudine del sito SOS utilizzando un tasso di raffreddamento dell’aria di 0,65 °C per ogni aumento di 100 metri di altitudine (lapse rate). Questa correzione è necessaria perché la temperatura generalmente diminuisce con l’aumento dell’altitudine.

Confronto tra i Dati:

  • La correlazione tra i cerchi pieni e i cerchi vuoti può fornire una validazione incrociata delle temperature inferite dai chironomidi rispetto ai dati meteorologici regionali. Un’elevata concordanza tra i due set di dati aumenterebbe la fiducia nelle inferenze paleoclimatiche fatte utilizzando i chironomidi.

Asse Verticale (Y) – Tempo:

  • L’asse verticale indica il tempo in anni Anno Domini (AD). Si estende da circa 1760 fino a 2000, permettendo un’analisi storica delle temperature nel corso di circa 240 anni.

Asse Orizzontale (X) – Temperatura:

  • L’asse orizzontale mostra la temperatura media di luglio in gradi Celsius. Il range di temperature visualizzato è da circa 2 °C a 7 °C, fornendo una scala di temperature estive tipiche per la regione di alta montagna.

In conclusione, Figura 9 illustra il confronto tra le stime paleoclimatiche ottenute dai record di chironomidi e i dati meteorologici diretti, permettendo agli scienziati di valutare l’accuratezza delle ricostruzioni del clima storico e di comprendere meglio la variabilità climatica naturale nella regione in esame.

Un problema analogo si è presentato anche nelle deduzioni basate sui chironomidi riguardanti la storia climatica del tardo Olocene nell’Alto Artico Canadese (Axford et al., 2009b). In secondo luogo, gli assemblaggi di SOS con un’elevata abbondanza relativa del tipo P. nivosa sono insoliti nel set di addestramento (l’abbondanza di Pseudodiamesa raggiunge il 50% solo in un lago), risultando quindi in un adattamento “molto scadente” alla temperatura di luglio (Fig. 7). Un adattamento “molto scadente” alla temperatura può anche essere attribuito alla scarsa ricchezza di specie di questo lago di alta montagna, specialmente durante il tardo Olocene, periodo in cui nel record dei chironomidi prevalgono principalmente due soli taxa. Terzo, i due taxa presenti nel tardo Olocene, il tipo P. nivosa e il tipo M. radialis, sono conosciuti per le loro differenze ecologiche e di distribuzione lungo i gradienti di temperatura (vedi Sezioni 4.1 e 4.2.2). Tuttavia, dato che il set di addestramento svizzero non include laghi con una temperatura dell’aria di luglio inferiore a 5°C, entrambi i taxa presentano optima di temperatura ponderata media (WA) quasi identici, rispettivamente 7.13°C e 7.27°C. Di conseguenza, qualsiasi campione che comprenda solo questi due taxa fornisce un valore simile di temperatura ricostruita, indipendentemente dalla maggiore abbondanza di uno dei due taxa. Probabilmente, l’inclusione nel set di dati di calibrazione di nuovi laghi situati a quote più elevate potrebbe offrire stime più precise degli optima di temperatura per il tipo P. nivosa e M. radialis, consentendo così di inferire temperature più basse.

Inoltre, Velle et al. (2005, 2010) hanno evidenziato come le inferenze sulla temperatura dell’Olocene ottenute da singoli carotaggi possano non essere sempre capaci di fornire un segnale di temperatura regionale affidabile e debbano essere interpretate con cautela. Pertanto, al fine di ottenere una visione regionale delle variazioni di temperatura estiva dell’Olocene, sono necessarie ricostruzioni basate sui chironomidi da diversi siti e deduzioni da altri proxy ambientali. La combinazione di diverse serie di temperature inferite può rivelare i principali schemi di temperatura dell’Olocene.

  1. Conclusioni

Questo studio fornisce un dettagliato registro sedimentario dell’Olocene da un lago di alta montagna remoto, il Schwarzsee ob Sölden, e rappresenta il primo registro paleotemperaturale ottenuto da resti di chironomidi degli ultimi 10.000 anni nelle Alpi Austriache. Localizzato a quasi 2800 metri sul livello del mare, è anche il sito di più alta quota da cui sono state ricostruite le temperature basandosi su resti di chironomidi. L’analisi di ordinazione PCA indica che i cambiamenti nelle comunità di chironomidi di questo lago estremo sono stati principalmente influenzati dal gradiente termico. È stata applicata una funzione di trasferimento temperatura-chironomidi specifica per la regione alpina al record dei chironomidi. Secondo il trend temperaturale smussato inferito, gli eventi climatici più marcati presso il lago includono il massimo termico dell’Olocene precoce (HTM, circa 10.000-8600 anni cal BP) con temperature dell’aria di luglio fino a circa 4,5 °C superiori a quelle odierne, un marcato raffreddamento graduale dopo circa 9200 anni cal BP con una temperatura minima di luglio circa 3 °C inferiore rispetto all’HTM a circa 8250-8000 anni cal BP, un medio Olocene lungo, stabile e caldo (circa 7900-4500 anni cal BP) con temperature intorno ai 6 °C, e un abbassamento di circa 2 °C durante circa 4500-2500 anni cal BP. La transizione Hypsithermale-Neoglaciale intorno a 5200-4500 anni cal BP è evidente nel record dei chironomidi come la zona di chironomidi Ch-5 statisticamente significativa. Durante il tardo Olocene (2500-0 anni cal BP), le temperature medie effettive di luglio nel lago potrebbero essere state più fredde di quanto ricostruito, ossia inferiori ai 4 °C, come suggerito dalle elevate abbondanze di P. nivosa. Le inferenze sulla temperatura indicano un trend di riscaldamento di circa 0,7 °C verso la fine del XX secolo in questo sito ad alta quota. Sebbene vi siano state notevoli fluttuazioni nell’abbondanza relativa delle specie dominanti di chironomidi, gli ultimi 2500 anni cal BP rappresentano la parte più problematica per le inferenze quantitative, poiché in questo periodo il sito studiato si trovava al di fuori dell’intervallo di temperature coperto dal set di dati di calibrazione, che ha costituito la base per la funzione di trasferimento utilizzata. Le condizioni climatiche al Schwarzsee ob Sölden durante l’Olocene sembrano essere state principalmente determinate da variazioni dell’insolazione indotte da fattori orbitali nell’emisfero settentrionale (ad esempio, il massimo termico dell’Olocene precoce, la transizione Hypsithermale-Neoglaciale) e, in misura minore, da variazioni nella circolazione atmosferica e oceanica dell’Atlantico Nord (ad esempio, l’evento freddo 8.2 ka). Considerato che nelle Alpi la soglia che distingue i regimi termici di bassa e alta quota dei laghi si trova a 2000 m s.l.m. durante l’estate (Livingstone et al., 2005), sono necessarie ulteriori ricerche per acquisire un set di dati di calibrazione che includa laghi di alta quota e per sviluppare una funzione di trasferimento basata sui chironomidi per la temperatura dell’acqua estiva. L’applicazione di tale funzione di trasferimento ai record di chironomidi da laghi di alta quota, dove il cambiamento climatico rappresenta la principale forza motrice delle variazioni nelle variabili limnologiche e nella biota, potrebbe consentire di ottenere un segnale di temperatura regionale più affidabile.

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