Lab. of Glaciology Environmental Sciences Dept. University of Milano Bicocca IMONT PNRA Programmi di ricerca glaciologici nell'ambito dell'IMONT e del

Lab. of GlaciologyEnvironmental Sciences Dept.

University of Milano Bicocca

IMONT PNRA

Programmi di ricerca glaciologici nell'ambito dell'IMONT e del Programma

Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA)

Stefano Pignotti (IMONT Roma)Valter Maggi (UNIMIB-PNRA Milano)

Augusto Marcelli (INFN Frascati)



IMONT PNRA

Attraverso CryoALP:

Studio del sistema crisofera all'interno

dell'arco alpino in tutti i suai aspetti,

fisici, geografici, climatici, biologici ed

ambientali.

Attraverso i Pogetti “Glaciologia e

Paleoclima” e “Tecnologia”:

Studio del sistema crisofera nelle aree

polari con particolare riguardo

all'Antartide e la Groenlandia.

Di fondamentale importanza sono quindi i rapporti con l'atmosfera a tutti i suoi livelli.

Per entrambi i programmi di ricerca, esiste un partticolare interesse per la parte strumentale e di know-how legate alle tecnologie per lo studio delle

problematiche inerenti alla crisofera.

La ricostruzione delle variazioni climatiche avvenute nel passato é necessaria per comprendere l’evoluzione climatica attuale e prevederne gli sviluppi.

Tree rings Varves Peat Bogs

La storia climatica terrestre é preservata nei materiali naturali che si accumulano progressivamente nel tempo e che rispondono alle variazioni

climatico-ambientali.

Loess Deposits

Marine Sedimentcores

ICE CORES

Nelle carote di ghiaccio possono essere analizzati diversi parametri :

Isotopi stabili dell’acqua [D, d excess]Isotopi radioattivi cosmogenici [10Be, 14C, .....]

Componenti solubili [marini (Cl, Na, K, Mg, SO4,…),

terrestri (NO3, Ca, K, organic acids),

biologici dagli oceani (SO4, MSA,

…)

vulcanici (H2SO4, HCl, HF, …)]

Gas nelle bolle d’aria [CO2, CH4, N2O, …]

Cristalli di ghiaccio

Metalli pesanti [Pb, Cd, Ni, Zn, Rh, Pa, …]

Microparticelle insolubili [Materiale vulcanico e

micrometeoriti in piccole quantità

Prevalentemente polveri minerali

di origine

continentale (dust)]Polveri (dust) = Aerosol minerale di origine continentale

f (attività della sorgente)!!!!!!f (deposizione secca o umida)f (t) (t = tempo di trasporto)f (tasso di accumulo)

Distribuzione granulometrica =

f (t)

[Dust]ice

=



(micro)meteoriti

Tecnica Coulter Counter (approccio fisico discontinuo)Tecnica Laser Counter (approccio fisico continuo)

Diametro delle particelle calcolato come equivalente sferico

CONCENTRAZIONE

Number of particles per ml of ice

Dust mass (ppb or ngdust / gice)

estimated assuming average density of 2.5 g/cm3

DISTRIBUZIONEGRANULOMETRICA

(diametro equivalente delle particelletra 0.7 e 20 µm)

256 canali di misura



Preparazioni e misure fatte in camere pulite classe 10.000-100



EPICA-Dome C: primo profilo a bassa risoluzione

Risultati di studi precedenti:Vostok ca. 24 da Petit et al., 1990Dome B ca. 35 da Jouzel et al., 1995Old Dome C ca. 28 da Royer et al., 1983

0 5 10 15 20 25

D °

/ oo (

V-S

MO

W)

-440

-420

-400

-380

Nu

mb

er

of p

art

icle

s p

er

gra

m

0

1e+5

2e+5

3e+5

Age (kyr B.P.)

0 5 10 15 20 25

nss

-Ca

0

20

40

60

Du

st m

ass

(p

pb

)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

L.G.M.

A.C.R.

Holocene

14

.6 k

yr B

.P.

a

b

c

d

L’ULTIMA TRANSIZIONE CLIMATICAIN ANTARTIDE ORIENTALE

LGM/Olocene Rapporto di concentrazione

ca. 53(i.e. 26 in flusso)

750 ( 300) ppb (LGM) 14 ( 8) ppb (Olocene)

A 18 kyrs B.P. inizia il decremento delle polveri

14.6 kyrs B.P. livelli Olocenici

Delmonte et al., 2002, Climate Dynamics

Esiste un cambio di massa e dimensione delle micrometeoriti nel tempo?Cambiamenti dei parametri orbitali o variazioni del campo terrestre?



Particelle leggermente più fini durante l’ LGM rispetto

all’Olocene

EPICA-Dome C: Primo profilo di polveri (Delmonte et al., 2002a)

a bassa risoluzione temporale

Nu

mb

er

of p

art

icle

s/m

l

1e+3

1e+4

1e+5

D °

/oo

(V

-SM

OW

)

-460

-440

-420

-400

-380

Mo

de

(m

)1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

Age (Ky B.P.)

0 5 10 15 20 25

g

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

Du

st M

ass

(p

pb

)

1

10

100

1000

10000

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

14

.6 kyrs B

P

18

kyrs BP

A.C.R.

A.C.R.

du

st min

imu

m

L.G.M.A.C.R.Holocene

Diameter (m)1

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4 L.G.M. (Vol %)

Holocene(Vol %)

Record del valore di MODAdella distribuzione volumetrica.

E per le Micrometeoriti? Range da 50 a 300 m quindi facili da trovare

5

Le carote di ghiaccio, in particolare, in costituiscono un archivio di storia climatica e atmosferica di primaria importanza.

Nel Febbraio 2003 la perforazione EPICA-Dome C (European Project for Ice Coring in Antarctica)

ha raggiunto 3200 metri di profondità, fornendo un record climatico degli ultimi 740,000 anni.

La carota EPICA-Dome C costituisce oggi la più lunga sequenza climatica mai ottenuta da carote di ghiaccio (EPICA Community

members, Nature, in press).

Dome Fuji (Watanabe et al., 2003)330,000 anni;

Vostok (Petit et al., 1999) 420,000 anni

L’ Antartide Orientale é un luogo preferenziale per il recupero di records climatici di lunga durata poiché l’accumulo nevoso é estremamente ridotto.

(ppb

)

10

100

1000

0 100 200 300 400 500 600 700

D°/

oo (

V-S

MO

W)

-500

-480

-460

-440

-420

-400

Chi

nese

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(Kuk

la e

t al

., 1

990,

m

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ed)

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tok

dust

(Pet

it et

al.,

199

9)

VO

ST

OK

D

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(Pet

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199

9)

(ppb

)

10

100

1000

Num

ber

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les

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ml

1e+4

1e+5

EP

ICA

dus

t

5.5

7.37.1

9.37.5

11.3

7.4

5.59.37.5 11.3

Hol

ocen

e

13

642 8 10 12 14 16

15

3

17

Hol

ocen

e

2 4 6 8 10

18 O

°/oo

-4

-2

0

2

4

Age (kyrs B.P.)

0 100 200 300 400 500 600 700

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netic

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cept

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10

100

6

4

2

810 12

14

16

59

7

11

13

15

3

17

(Bas

sino

t et

al.,

199

4)

Polveri EPICA

ESTENSIONE GHIACCIO MARINO A SCALA GLOBALE

(Bassinot et al., 1994)

LOESS cinese(da Kukla et al., 1990)

Polveri Vostok(da Petit et al.,1999)

Deuterio Vostok(da Petit et al.,1999)

Lambert et al.,

in preparazione



Tecniche di campionamento che permettono maggiori volumi:Aspirapolvere per micrometeoritiTaylor et al., 1997, CRREL report



Vantaggio delle micrometeoriti in genere è quello delle grandi dimensioni rispetto il pulviscolo fine atmosferico normale.

Nella fase solida del ghiaccio continentale dimenisioni oltre i 50 mm

possono essere associati solamente a materiale Vulcanico o

Micrometeoriti1 mm

Taylor et al, 1997, CRREL Report

Maurette et al, 2004



A total of 250 micrometeorites identified from 40 m3 of snowat Concordia Station (Maurette, 2004)



Aree glacializzate delle medie latitudini come le Alpi, l'Himalaya o le Ande



Verificare se è possibile campionare micrometeoriti utilizzando le aree di ablazione dei ghiacciai alpini (es: laghi sopraglaciali, vaschette crioconitiche, aree di particolare accumulo della frazione fine).



Aree dei ghiacci continentali tipo Antartide e Groenlandia







Tempo

100.000 yrs

1000 yrs

Possibilità di campionare grandi volumi (decine m3) in aree di margine glaciale delle grandi calotte, dove esiuste la possibilità di datare la sequenza.



Prospettive:

Fondamentale arrivare a campionare materiale direttamente in atmosfera.Sia in aree delle medie latutudini (Alpi, Ande, Himalaya) che in aree polari (Artica ed Antartica).Per la parte micrometeoritica (e non) potrebbero essere fondamentali i più livelli di studio: superficie (recenti ed antiche), bassa stratosfera (aereo) ed stratosfera (palloni)

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