Clima e asse terrestre: Influenza dell’obliquità in un carotaggio brasiliano tra 0 e 850 Ka?

Un articolo (Hou et al., 2022, da ora Hou22) di un gruppo di ricerca dell’Università di Heidelberg (Germania), specializzato in analisi meteo-climatiche derivate da carote ottenute al largo del Brasile orientale, descrive l’influenza dell’obliquità orbitale sulle precipitazioni costiere del Brasile durante gli ultimi 850 mila anni (850 Ka).
Gli autori hanno depositato i loro dati nel sito PANGEA ma purtroppo i loro file sono protetti da password (credo perché ancora in fase di elaborazione). Quindi ho digitalizzato, dalle figure pubblicate, i dati di δ¹⁸O, ln(Ti/Ca) e ln(K/Al). La digitalizzazione più incerta è stata quella del Potassio/Alluminio a causa della densità del grafico che ha reso complicato estrarre un dato ogni 3 pixel della figura.

La serie del rapporto isotopico dell’ossigeno (δ¹⁸O; qui scritto anche d18O) indica la variazione della temperatura marina su una base media quasi costante o leggermente crescente. Il confronto con la serie (di fatto uno standard) LR04 (Lisiecki e Raymo, 2005) opportunamente scalata, mostra una buona concordanza anche nella posizione della successione glaciali-interglaciali. Gli spettri confermano, almeno nei massimi principali, la similitudine tra le due serie e la bontà della carota m125-73-3 di Hou22.

Hou22 attribuisce alla serie in forma logaritmica, del rapporto tra Titanio e Calcio, la capacità di misurare la parte terrosa dello scarico dei fiumi nell’oceano che sembra essere più sostenuta durante i periodi di basso livello marino, durante le glaciazioni: infatti con alto livello marino i sedimenti terrosi rimangono intrappolati prima dello sbocco al mare; lo scarico “terroso” si può anche legare alle precipitazioni. In Hou et al., 2020 si legge: “The Ti/Ca ratio of marine sediments can be used to trace the relative proportion of terrigenous siliciclastic components versus marine biogenic carbonate. Previous studies have successfully employed the Ti/Ca ratio as a proxy for fluvial terrigenous runoff, for example, to reconstruct continental precipitation changes offshore Northeastern Brazil”.

La digitalizzazione di questa serie mostra nello spettro, ancora, la dominanza sia dell’obliquità (41 Kyr) che dell’eccentricità (100 Kyr) e conferma la debolezza degli effetti della precessione (19-26 Kyr) sottolineata dagli autori. In Hou et al., 2020 è disponibile la serie numerica del ln(Ti/Ca) derivata da un’altra carota dello stesso gruppo di ricerca (M125-55-7) tra 0 e 320 Ka. In questo grafico il confronto tra la serie digitalizzata e quella numerica pemette di giudicare la bontà della digitalizzazione.

Il ln(K/Al) viene utilizzato in Hou22 come un dato di prossimità legato alla meteorologia (chemical weathering proxy) da cui deducono che il cambiamento del regime delle acque nel passato è modulato dall’obliquità dell’orbita: infatti presentano una sezione dello spettro (didascalia) del ln(K/Al) in cui evidenziano i massimi a 41 e 52 Kyr per i quali dicono che “un picco nella banda dell’obliquità suggerisce che il sistema idroclimatico costiero del Brasile orientale tropicale è sensibile alla modulazione dell’obliquità”. È vero, ma lo spettro completo della serie, visibile in figura 3 mostra la presenza anche del complesso 88-100 Kyr di potenza più elevata e che la potenza maggiore è contenuta nel massimo a 218 Kyr che credo non possa essere trascurato. L’aver presentato solo quella piccola parte dello spettro fa pensare (ma certamente non sarà vero) ad un cherry-picking usato per tentare di confermare un’ipotesi preesistente. Bisogna dire che lo spettro dell’obliquità, calcolato dai dati di Laskar et al.(2004), mostra solo i massimi a 41 e 53.3 Kyr ma questo non sembra sufficiente per dichiarare che l’unica influenza derivi dall’obliquità.
Anche questo spettro mostra la debolezza degli effetti dovuti alla precessione (periodo 19-26 Kyr) come già visto nello spettro delle altre serie.

Una conferma di quanto scritto in Hou22
Gli autori dichiarano: “The apparent coupling between sea-level changes and terrigenous flux suggests that bulk terrigenous sediment delivery to Core M125-73-3 is strongly regulated by glacial-interglacial variations in sea-level. This is likely due to the unique shelf setting near the Contas River mouth, where terrestrial sediments are typically trapped on the inner shelf during sea level highstands. Large quantities of terrestrial material are only mobilized during sea level lowstand when the continental shelf is subaerially exposed and a steeper river course enhances transport energy.” e anche “Thus, more terrigenous material reaches Site M125-73-3 when sea-level is low and less terrigenous sediments are delivered when sea level is high. We conclude that at our core location, XRF ratios for amount changes in bulk terrestrial supply, such as ln (Ti/Ca) ratios, are highly sensitive to sea level fluctuations and are therefore not ideally suited for reconstructing changes in continental hydroclimate”.
La validità di queste affermazioni, cioè che il rapporto tra il Titanio contenuto nel materiale terroso e il Calcio presente nei sedimenti marini (e quindi la quantità di materiale terroso trasportato dai fiumi verso il luogo della carota M125-73-3) cresce con un basso livello marino e diminuisce al suo crescere è confermata dal confronto tra un modello del livello marino (de Boer et al., 2014, lo stesso che usano gli autori) e le digitalizzazioni di ln(Ti/Ca) e di ln(K/Al) [ricordo che all’inizio del post ho considerato quest’ultima meno affidabile] mostrato in figura 4:

Indiscutibilmente, i due rapporti crescono quando cresce il livello marino, e viceversa, come affermato dagli autori (la scala del ln(Ti/Ca) è rovesciata rispetto alla figura 2 e quindi quanto appare in fase è in realtà in opposizione). Solo tra 400 e 200 Ka c’è un disaccopiamento, proprio all’interno del periodo che gli autori definiscono come “transizione di fase verso una variabilità a scala millenaria ~400-300 Ka” e che associano ad un successivo aumento della variabilità di ln(K/Al), filtrato passa-alto. Anche senza filtraggio, dopo 300 Ka si osserva un aumento della frequenza di fluttuazione del Potassio/Alluminio non presente, allo stesso ritmo, nel Titanio/Calcio. Prima di 750 Ka la digitalizzazione di ln/(K/Al) mostra almeno due fasi di oscillazioni di alta frequenza paragonabili a quelle successive a 200 Ka ma con ampiezze inferiori. Non sarei meravigliato se questa transizione fosse parte di un’ondulazione di bassa frequenza descritta, nello spettro, dal massimo di periodo 218 Kyr; la parte tra 750 e 850 Ka (di caratteristiche simili) potrebbe essere la parte finale della precedente oscillazione. La digitalizzazione, però, non permette di fare affermazioni più certe, anche se dalla figura 4 si ha una conferma del fatto che non sia tragicamente sbagliata, malgrado le difficoltà di lettura. Questo giustifica anche le affermazioni fatte nel paragrafo precedente sulla struttura dello spettro del Potassio/Alluminio.

Commenti conclusivi
1)Le carote brasiliane del gruppo di ricerca di Heidelberg, e in particolare la M125-73-3, sono un buon contributo alla conoscenza della parte più recente del Pleistocene e il confronto con LR04 lo prova, anche nella diversità delle due serie d18O. Purtroppo il fatto che i dati numerici non siano (ancora?) disponibili limita la possibilità di un confronto più puntuale.
2)Interessante l’uso del (Ti/Ca) come indice di prossimità del livello marino, in correlazione inversa, e il confronto con un modello di quest’ultimo sembra mostrare la realtà di questa relazione. Il disaccopiamento tra 400 e 300 mila anni fa, seguito da un nuovo accoppiamento, ma più incerto, testimonia un importante cambiamento nel regime idroclimatico nella parte occidentale dell’Atlantico tropicale.
3)La scelta di attribuire alla sola obliquità orbitale le variazioni del chemical weathering, e in definitiva l’evoluzione del regime idrogeologico della regione, non sembra coerente con la serie e lo spettro del ln(K/Al) dalle quali nasce anche una (debole e non confermata) ipotesi di un’oscillazione di bassa frequenza, con periodo dell’ordine dei 250 mila anni, la cui ultima fase si estende tra 400-300 e circa 75 Ka, quando l’ampiezza del ln(K/Al) tende nuovamente a crescere.

Bibliografia
B. de Boer, Lucas J. Lourens & Roderik S.W. van de Wal: Persistent 400,000-year variability of Antarctic ice volume and the carbon cycle is revealed throughout the Plio-Pleistocene, Nature Communications, 5:2999, 2014. https://doi.org/10.1038/ncomms3999Alicia Hou, André Bahr, Jacek Raddatz, Silke Voigt, Markus Greule, Ana Luiza Albuquerque, Cristiano M. Chiessi, and Oliver Friedrich: Insolation and Greenhouse Gas Forcing of the South American Monsoon System Across Three Glacial‐Interglacial Cycles, Geophysical Research Letters, 46, e2020GL087948, 2020. https://doi.org/10.1029/2020GL087948Alicia Hou, André Bahr, Cristiano M. Chiessi, Andrea Jaeschke, Ana Luiza S. Albuquerque, Jörg Pross, Andreas Koutsodendris and Oliver Friedrich: Obliquity Influence on Low-Latitude Coastal Precipitation in Eastern Brazil During the Past ∼850 kyr, Paleoceanography and Paleoclimatology, 37, e2021PA004238, 2022 (Hou22). https://doi.org/10.1029/2021PA004238Laskar et al., 2004. Laskar, J., Robutel, P., Joutel, F., Gastineau, M., Correia, A.C.M., Levrard, B.: A long term numerical solution for the insolation quantities of the Earth., Astronomy and Astrophysics, 428, 261-285, 2004 (La04 series). https://doi.org/10.1051/0004-6361:20041335Lorraine E. Lisiecki, Maureen E. Raymo: A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ¹⁸O records., Paleoceanography, 20, PA1003, 2005. https://doi.org/10.1029/2004PA001071