Il ‘periodo strumentale’
Nel 2000 il premio Nobel Paul Crutzen cominciò a parlare dell’‘Antropocene’ – concetto coniato nel 1873 dal geologo italiano Antonio Stoppani – per indicare l’epoca in cui il genere umano ha iniziato a influenzare l’ambiente globale attraverso il cambiamento d’uso e lo sfruttamento intensivo del suolo, le deforestazioni, il consumo di combustibili fossili e l’emissione di sostanze chimiche nocive nell’atmosfera.
L’inizio dell’Antropocene viene individuato attorno al 1769, anno in cui James Watt brevettò il suo motore a vapore (il primo fu inventato nel 1698, ma era molto meno efficiente). Ciò che sappiamo sui cambiamenti attuali dell’atmosfera si basa sulle analisi delle ‘carote di ghiaccio’, che mostrano la composizione dei gas atmosferici e la distribuzione dell’ossigeno (¹8O) e dell’idrogeno (deuterio) nella pioggia e nella neve. È interessante osservare che in Austria il 1780 fu anche l’anno in cui si effettuarono le prime misurazioni meteorologiche attendibili (il cosiddetto ‘periodo strumentale’); pertanto in relazione a quel periodo disponiamo di osservazioni dirette e continuative sulla temperatura dell’aria, sulla pressione atmosferica, sulle deposizioni atmosferiche e su altre variabili climatiche. Mediante la creazione di una vasta rete di ricercatori e la raccolta delle serie di dati provenienti dalle stazioni meteorologiche della ‘Greater Alpine Region’, siamo ora in grado di ricostruire la temperatura dell’aria nelle Alpi in diversi luoghi e a differenti altitudini. Un esempio di questo tipo di ricostruzione si può osservare nella figura 1. Viene rappresentata la temperatura media dell’aria nel mese di luglio dal 1780 al 2010 presso lo Schwarzsee ob Sölden, un lago alpino della valle di Ötz, situato a 2796 metri sul livello del mare a pochi chilometri dal sito in cui fu trovato, nel 1991, Ötzi, ‘l’uomo venuto dal ghiaccio’. Dal 1780 fino agli inizi del XX secolo le temperature nel mese di luglio oscillarono in media tra i 3° e i 5°C, raggiungendo livelli minimi tra il 1910 e il 1920. Sono poi rimaste stabili intorno ai 4°C o poco più e, successivamente, hanno ripreso a salire rapidamente dopo il 1980. Ora la temperatura media dell’aria nel mese di luglio si aggira attorno ai 6°C, ovvero è di 3°C superiore a cento anni fa e di 2°C più elevata rispetto alla media di tutto il periodo precedente.

Spazio e tempo
La maggior parte dei nostri modelli climatici, delle nostre previsioni e delle ipotesi sugli scenari futuri si basano (o sono sottoposti a verifica) su serie di dati che risalgono fino al 1850 circa, ovvero il lasso di tempo in relazione al quale possediamo misurazioni meteorologiche globali attendibili. Se si vuole sapere com’era la situazione nelle epoche precedenti, ad esempio a partire dall’arrivo dell’uomo sulle Alpi dopo la fine dell’ultima glaciazione, si deve ricorrere ai cosiddetti proxy, cioè indicatori che attraverso variabili indirette tentano di misurare le condizioni ambientali passate. Le carote di ghiaccio provenienti dalla Groenlandia e dall’Antartide forniscono prove sulla temperatura dell’aria e sulla composizione dell’atmosfera fino a circa 850.000 anni fa, ma per quanto riguarda l’Europa e, più in particolare le Alpi, ci si deve affidare a ricostruzioni basate sugli anelli degli alberi, sugli speleotemi (stalagmiti-stalattiti), sulle analisi dei pollini o sui sedimenti dei laghi. Tutti questi indicatori – al di là dei possibili errori – possiedono vantaggi e svantaggi; infatti non segnalano solamente le temperature ma anche situazioni specifiche (umido-secco), le stagioni (primavera, estate, autunno) o l’azione dell’uomo (pascoli, agricoltura). Mentre noi abbiamo a disposizione un buon numero di indicatori per le aree meno elevate, è molto più difficile trovare habitat e indicatori adatti per le zone più in quota, dove l’influenza della temperatura sugli organismi e sul funzionamento degli ecosistemi è ancora maggiore. L’unico modo per ricostruire le temperature di ambienti molto elevati consiste nello studio dei carotaggi dei sedimenti provenienti da laghi che si trovano ad una altitudine al di sopra del limite della vegetazione arborea. Schwarzsee ob Sölden ne è un esempio: infatti attualmente, è il lago più elevato (2.796 m) del quale si sono analizzati i sedimenti per ricostruire le condizioni ambientali delle Alpi nel passato. Per ottenere tali risultati è stata recuperata una carota di sedimento integra lunga 159 cm tale da coprire l’intera storia del lago, più di 10.000 anni. La carota è stata poi tagliata in strati di 1 centimetro di spessore, che sono stati sottoposti ad analisi in base a numerosi parametri di tipo fisico, chimico e biologico. Il nodo cruciale, tuttavia, è la datazione del sedimento. Ciò implica infatti che è essenziale conoscere l’età di ciascuno dei 159 campioni: in altre parole, è necessario un modello spazio-temporale dei diversi strati di sedimento. L’approccio metodologico usato consiste nella misurazione del contenuto di radiocarbonio (14C) all’interno del materiale organico che si trova nel sedimento: foglie, frammenti di legno, aghi di pino, ecc. Poiché il radiocarbonio ha un tempo di dimezzamento di circa 5.730 anni, non è adatto per datare l’Antropocene. Perciò è necessario utilizzare un altro sistema per la datazione del passato recente, e cioè il tempo di decadimento del piombo 210 (210Pb), che ha un tempo di dimezzamento di 22,3 anni. Il piombo 210, un prodotto del decadimento del radon (226Ra) emesso dalle rocce, viene depositato dall’atmosfera ad un tasso abbastanza regolare. Di conseguenza, più lo strato di sedimento è antico, più basso è il contenuto di piombo 210 depositato dall’atmosfera. Ovviamente, dopo circa 6-8 tempi di dimezzamento (100-150 anni), questo sistema di misurazione non è più attendibile e diventa necessario colmare la lacuna tra la datazione con il piombo 210 e con il radiocarbonio (figura 2) mediante l’utilizzo di modelli. Indicatori di tipo antropogenico (l’inizio dei test atomici nell’atmosfera nel 1960 circa; Cernobyl, 1986) e naturale (strati di tefrite provenienti da eruzioni vulcaniche di cui si conosce l’epoca) possono aiutare a definire meglio la datazione. Alla fine è possibile datare (entro certi limiti) ogni strato di sedimento, dalle parti più in profondità (>10.000 anni) a quelle più in superficie, dove i centimetri che si trovano più in alto rappresentano approssimativamente gli ultimi cinque anni.

Indicatori di cambiamento
Concentriamoci ora su una singola famiglia di moscerini che non pungono, i chironomidi (Diptera: Chironomidae), molto diffusi nel mondo. Di questa vasta famiglia fanno parte oltre 1.200 diverse specie solo in Europa. I chironomidi sono insetti olometaboli, cioè attraversano quattro diversi stadi (uovo, larva, pupa e imago). Le larve e le pupe vivono in quasi tutti gli ambienti acquatici, ma sono molto più comuni nei laghi. Dal momento che molte specie di chironomidi possiedono requisiti ecologici peculiari legati, ad esempio, allo status dei nutrienti o alla disponibilità di ossigeno, vengono utilizzati da molto tempo come indicatori biologici della qualità dell’acqua. Recentemente i paleoclimatologi hanno dimostrato un interesse crescente per i chironomidi. La fecondità, la crescita e lo sviluppo di questi insetti dipendono infatti dalla temperatura e molte specie di questi insetti si trovano solo in laghi che presentano una determinata escursione termica. La temperatura non solo influenza direttamente i processi fisiologici e biochimici dei chironomidi, ma modifica anche indirettamente una serie di variabili limnologiche, come ad esempio lo status dei nutrienti o la concentrazione di ossigeno nelle acque profonde, condizioni che a loro volta influiscono sulla sopravvivenza e sulla riproduzione del biota acquatico.
Le capsule craniali fortemente sclerotizzate delle larve di chironomidi vissute in un lago si accumulano nei sedimenti e si conservano inalterate per migliaia di anni. Pertanto le analisi paleoecologiche dei depositi di chironomidi fossili nei carotaggi dei sedimenti lacustri possono essere utilizzate per ricostruire i cambiamenti passati nella fauna di questi insetti e, indirettamente, per fornire stime quantitative sulle temperature del passato. Sin dai primi anni ’90 del secolo scorso studi condotti in diverse regioni dell’emisfero settentrionale hanno mostrato forti correlazioni statistiche tra i depositi di chironomidi nei laghi d’acqua dolce, da un lato, e le temperature estive dell’aria e dell’acqua dall’altro. Modelli numerici d’inferenza (detti anche ‘funzioni di conversione’) basati sui chironomidi si rifanno a gruppi di dati sulla taratura della temperatura, che descrivono la distribuzione e la diffusione delle unità sistematiche (taxa) di questi insetti nei campioni di sedimenti superficiali provenienti da numerosi laghi siti a differenti latitudini e altitudini. Questi modelli d’inferenza permettono la stima delle temperature estive dell’aria e dell’acqua con un errore di predizione che solitamente si aggira tra 1-2 °C. La ricostruzione quantitativa delle paleotemperature attraverso l’utilizzo dei chironomidi è diventata uno strumento prezioso per comprovare le grandi e piccole oscillazioni climatiche avvenute durante l’ultima Era glaciale e l’Olocene.

L’ambiente che cambia
La figura 3 presenta una ricostruzione, attraverso lo studio dei chironomidi, delle temperature medie dell’aria in luglio durante l’Olocene a Schwarzsee ob Sölden. L’evento climatico più significativo presso il lago fu il picco termico durante il primo Olocene, con temperature dell’aria in luglio fino a circa 4,5 °C superiori rispetto ad oggi. La ricostruzione inoltre ha rilevato il cosiddetto ‘evento di 8.2 ka’, verificatosi circa tra 8250-8000 cal BP, con temperature intorno a 3°C al disotto del picco termico del primo Olocene. Questo evento venne innescato dal riversamento nell’Oceano Atlantico dell’enorme massa di acque del lago Agassiz, nel Nord America, quando l’ultima barriera di ghiaccio che lo delimitava si sciolse circa intorno a 8.200 cal BP. Tale fenomeno causò un indebolimento della Corrente del Golfo con conseguenze osservabili in tutto l’emisfero settentrionale. Durante gli anni 7900-4500 cal BP prevalsero condizioni climatiche piuttosto calde. Dal 4500 circa fino al 2500 circa è evidente una chiara tendenza al raffreddamento. In seguito, nel sito oggetto di studio si raggiunsero le temperature più rigide (intorno ai 4°C o al di sotto) per tutto il resto dell’Olocene, fatta eccezione per una tendenza all’innalzamento alla fine del XX secolo.

Il riscaldamento climatico senza l’uomo
La figura 3 suggerisce che il riscaldamento climatico, con temperature più elevate di quelle osservate negli ultimi dieci anni, potrebbe essere un fenomeno naturale, a sostegno delle teorie di alcuni ‘scettici’ del riscaldamento globale che vorrebbero escludere gli effetti dell’anidride carbonica come gas serra. Tuttavia, il fenomeno di riscaldamento durante il primo Olocene avvenne in modo più lento rispetto a quello odierno e non è comparabile alla situazione attuale. Allora, ad esempio, il livello del mare era più basso di oltre 50 m rispetto a quello odierno; i venti e gli andamenti meteorologici erano quindi molto diversi da quelli che osserviamo oggi. Sappiamo per certo che quando i primi coloni arrivarono sulle Alpi i ghiacciai erano ben più piccoli di oggi e molti erano scomparsi completamente; pertanto le loro migrazioni dai versanti sud a quelli nord delle Alpi furono assai più facili che nel XIX e XX secolo. È interessante osservare che, durante l’epoca di Ötzi (che morì circa 5.300 anni fa), la specie di chironomide amante del freddo del tipo Pseudodiamesa nivosa riapparve nei sedimenti dopo un’assenza di 3.000 anni. Si può perciò sostenere che il clima delle Alpi sia stato piuttosto freddo a partire da circa 4.500 anni fa, un periodo che coincide con il prosciugamento della zona del Sahel. Quindi l’innalzamento delle temperature degli ultimi trent’anni non è eccezionale, considerando soltanto il livello dell’innalzamento ma è un fenomeno che sta accadendo in maniera più veloce di quanto osservato in precedenza, ed è stato causato, al di là di alcune oscillazioni naturali, dall’azione dell’uomo. Pertanto, anche se le cause di fondo e le forze direttrici dell’attuale fenomeno di riscaldamento climatico sono diverse rispetto a quelle di 10.000 anni fa, una conoscenza più profonda delle condizioni ambientali della prima metà dell’Olocene potrà aiutarci a comprendere ciò che accadrà nel futuro dell’Antropocene.

[Traduzione di Nicola Viglino]