L'Anthropocene è un'unità di tempo geologica nuova, sebbene non ufficiale, usata per descrivere il periodo più recente nella storia della Terra, quando l'attività umana ha iniziato ad avere un impatto significativo sul clima e sugli ecosistemi del pianeta. l'Antropocene è anche un periodo caratterizzato da un livello tecnologico senza precedenti che ci consente di misurare variabili essenziali del sistema climatico (ECV) ad alta risoluzione temporale (e.g. satelliti) e di prevedere scenari climatici futuri utilizzando supercomputer all'avanguardia basati sugli Shared Socioeconomic Pathways (SSPs). Tuttavia, le misure strumentali esistono solo dalla metà del XX secolo mentre le simulazioni sono limitate nel tempo a pochi secoli. Pertanto, non è chiaro se i cambiamenti documentati e previsti facciano parte della variabilità naturale a lungo termine del sistema climatico. A questo proposito, gli archivi climatici come le carote di ghiaccio, le carote di sedimenti marini/lacustri, i coralli, gli speleotemi e gli anelli degli alberi offrono una prospettiva straordinaria dell'evoluzione climatica del passato e, quindi, rappresentano un punto di riferimento fondamentale per inquadrare i cambiamenti climatici in corso all’interno di un contesto più ampio di variabilità climatica naturale a lungo termine. In particolare, il clima passato è caratterizzato da importanti eventi climatici che possono essere utilizzati come esempi (non necessariamente analoghi) per valutare la velocità dei cambiamenti naturali e comprendere le interazioni tra le componenti critiche del sistema clima, comprese le sue forzanti esterne e interne. Pertanto, la paleoclimatologia è un campo di ricerca fondamentale per lo studio dell'Antropocene in quanto fornisce informazioni su come funziona il sistema climatico terrestre e su come potrebbe cambiare in futuro. Attraverso il paleoclima si può quindi migliorare i modelli climatici riducendo le incertezze sulle proiezioni future.
Gli archivi naturali della storia del clima passato sono pilastri per i paleoclimatologi in quanto rappresentano letteralmente macchine del tempo. Gli scienziati cercano indizi di eventi passati in questi record come indicatori biologici, geochimici e sedimentari utilizzati per la quantificazione empirica dei parametri climatici e ambientali, un aspetto generalmente indicato come proxy. Ogni tipo di archivio ha i suoi vantaggi e svantaggi. Pertanto, i paleo-studi ottengono migliori risultati dall'integrazione di archivi complementari per avere una visione interdisciplinare su come funziona il sistema climatico.
Principali settori ERC:
• PE4_5 - Analytical chemistry
• PE4_18 - Environment chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_3 - Climatology and climate change
• PE10_6 - Palaeoclimatology, palaeoecology
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry
• PE10_11 - Geochemistry, cosmochemistry, crystal chemistry, isotope geochemistry, thermodynamics
• PE10_18 - Cryosphere, dynamics of snow and ice cover, sea ice, permafrosts and ice sheets
Progetti
• Beyond EPICA - Beyond EPICA Oldest Ice Core: 1,5 Myr of greenhouse gas - climate feedbacks
• BioCyCLeS - Multidecadal Biogenic Compounds and Nutrients Characterization in Coastal Lake Sediments
• BIOROSS - Bioconstructional organisms from the Ross Sea under Climate Change: ecosystems and oasis of biodiversity to monitor and protect
• DECORS - Deep-sea coral records of Southern Ocean climate and nutrient dynamics
• DISGELI - Drone-based acquISition and modelling of morpho-stratigraphic data alonG the TErra Nova Bay (Victoria Land, AntarctIca) coastline
• Field and Laboratory Tests of Pyrogenic Organic Compounds in Australian Stalagmites as a Novel, High-Resolution Paleofire Proxy
• GRETA - CoolinG oveR thE VicToria LAnd: resolving the Ross Sea response to continental climate change during the last two millennia
• LASAGNE - Laminated sediments in the magnificent Edisto Inlet (Victoria Land): What processes control their deposition and preservation?
• LOGS - Local Glaciers Sisimiut - Greenland
• PAIGE - Chronologies for Polar Paleoclimate Archives – Italian-German Partnership
• PAST-HEAT - PermAfroSt Thawing: what Happened to the largest tErrestrial cArbon pool during lasT deglaciation?
• PRIN-PASS - The Po-Adriatic Source-to-Sink system (PASS): from modern sedimentary processes to millennial-scale stratigraphic architecture
Referenti: Andrea Spolaor, Tommaso Tesi
Contatto: info-paleoclimate AT isp.cnr.it
Sottotematiche
Carote di ghiaccio
Le carote di ghiaccio sono degli archivi ambientali utilizzati per ricostruire il clima passato. Un vantaggio delle carote di ghiaccio e quella di poter estrarre informazioni con alta risoluzione temporale, al punto tale che in alcuni casi è possibile descrivere anche le oscillazioni climatiche stagionali. Le carote di ghiaccio vengono prelevate sia da ghiacciai alpini che dalle calotte glaciali dove le temperature siano sufficientemente basse (inferiori ai 0°C) durante tutto l'anno permettono alle deposizioni nevose di essere preservate, accumularsi e creare una serie stratigrafica. Le carote di ghiaccio recuperate in Antartide e in Groenlandia, grazie al basso accumulo nevoso ed alle basse temperature, possono contenere informazioni climatiche degli ultimi 800000 e 125000 anni rispettivamente Tuttavia, importanti informazioni climatiche possono essere estratte anche dai ghiacciai non polari, come quelli delle regioni alpine, andine e dell'Himalaya. Tra le informazioni climatiche, le analisi delle carote di ghiaccio possono fornire informazioni sulle temperature del passato, sul vulcanismo, sull’intensità dei venti, sulle precipitazioni, sull'aridità, sull'attività solare, sui cambiamenti dei cicli biogeochimici e sulla composizione dell'atmosfera. In particolare, le carote di ghiaccio sono preziosi archivi paleoclimatici per la composizione atmosferica del passato. Il ghiaccio infatti è in grado di preservare i composti chimici e la loro abbondanza presenti in atmosfera e depositati tramite le deposizioni nevose nonché la concentrazione di gas che vengono intrappolati nelle bolle d’aria presenti nel ghiaccio stesso. Dalle carote di ghiaccio si possono inoltre studiare le proprietà fisiche degli strati di ghiaccio e della massa glaciale.
Carote di sedimento
I record sedimentari marini possono andare indietro nel tempo per milioni di anni, con una risoluzione che può variare da secoli a depositi stagionali e perciò costituiscono i più antichi archivi climatici disponibili. I sedimenti coprono tutte le latitudini, il che significa che possono fornire informazioni su diverse condizioni ambientali e, quindi, possono risolvere diversi aspetti del sistema climatico dall'Equatore alle regioni polari. I sedimenti lacustri sono complementari agli archivi marini in quanto forniscono informazioni sull'ambiente terrestre sebbene la loro estensione temporale sia solitamente molto più ristretta. Esiste un'ampia gamma di proxy che possono essere analizzati nei sedimenti per descrivere diverse variabili climatiche essenziali (ECV) durante diversi periodi della storia della Terra. Gli ECV più comuni studiati attraverso i sedimenti includono, tra gli altri, la temperatura dell'oceano superficiale e dell’atmosferica, la salinità, la distribuzione del ghiaccio marino e la dinamica della calotte glaciali, le precipitazioni sulla terraferma, il contenuto di ossigeno disciolto, la variazine del livello del mare, l'energia delle correnti oceaniche, il pH dell'oceano, la disponibilità di nutrienti e produttività primaria. Nel complesso, i proxy analizzati nei sedimenti possono essere raggruppati in tre categorie principali: parametri sedimentologici, geochimici ed ecologici. I proxy sedimentologici in genere forniscono informazioni sull'ambiente paleo-deposizionale che cambia in diverse condizioni climatiche. I proxy geochimici abbracciano un ampio numero di molecole organiche ed elementi inorganici, inclusi i loro isotopi, e riflettono una vasta gamma di processi biotici ed abiotici, tutti guidati dal clima. Infine, i proxy ecologici sono per lo più organismi fossili (es. diatomee, foraminiferi) la cui struttura comunitaria originaria varia in funzione delle condizioni paleoclimatiche.
Coralli
I coralli freddi (cold-water corals) vivono a grandi profondità (dalla zona intertidale a oltre 4000 m) in tutti i bacini oceanici e possono formare delle vere e proprie scogliere o crescere isolati come piccoli mound. I coralli freddi sono uno dei pochi organismi che riescono a calcificare in condizioni di sottosaturazione del carbonato di calcio, comuni alle profondità delle alte latitudini nelle acque dell'Oceano Meridionale (compresa l'Antartide) e del Nord Atlantico. Mostrano dei vantaggi unici rispetto ad altri archivi naturali comunemente utilizzati: 1) il loro scheletro carbonatico può essere datato radiometricamente utilizzando sia il metodo del radiocarbonio (14C) che gli isotopi dell’uranio e del torio (U/Th); quest'ultimo con una precisione di circa 1%, 2) incorporano elementi in traccia, isotopi stabili e radiogenici che riflettono la temperatura dell'acqua di mare, il contenuto di nutrienti, il pH e il carbonio inorganico disciolto, la ventilazione dell’oceano e la provenienza delle masse d'acqua e 3) le loro dimensioni relativamente grandi consentono di analizzare diversi proxy in un singolo esemplare. 
Inoltre, il loro lento tasso di crescita (~ 0,1 mm/anno) e la loro longevità (~ 100-200 anni) consentono di ricostruire la variabilità oceanica a scala sub-decadale a diverse profondità (acque intermedie e profonde) e per intervalli di tempo relativamente lunghi durante l'ultimo periodo glaciale, durante la deglaciazione e l’Olocene. I coralli freddi permettono quindi di ricostruire i principali parametri fisico-chimici delle diverse masse d’acqua dell’Oceano Atlantico e dell'Oceano Meridionale alle alte latitudini e rivelare aspetti critici del recente riscaldamento nell'Artico e nell'Antartide in relazione alle dinamiche climatiche (ad esempio la variabilità della Atlantic Meridional Overturning Circulation e della Corrente Circumpolare Antartica) e le principali modalità di variabilità atmosferica su scala multi-decadale.
Speleotemi
Gli speleotemi, e in particolare le stalagmiti, sono archivi molto utilizzati in quanto possono crescere ininterrottamente per migliaia di anni, resistere all'alterazione fisico-chimica, essere datati con precisione e fornire informazioni paleoambientali ad alta risoluzione. Gli ambienti carsici sono diffusi in tutto il mondo e a tutte le latitudini e possono dunque fornire record complementari ai sedimenti marini e alle carote di ghiaccio, a risoluzioni e scale temporali comparabili (> 500 kyr BP), e con la capacità di preservare molteplici proxy climatici per processi locali e regionali su scala da orbitale a stagionale. La composizione chimica degli speleotemi è determinats dalla composizione dell'acqua che percola nelle grotte, che a sua volta è influenzata dalla temperatura, dalle precipitazioni, dalla composizione della vegetazione e dai cambiamenti ambientali che si verificano all'esterno. Gli isotopi stabili di ossigeno e carbonio, insieme agli elementi in traccia, sono i principali traccianti chimici utilizzati da lungo tempo negli speleotemi per la ricostruzione dei cambiamenti a lungo termine e dei pattern delle oscillazioni climatiche periodiche e improvvise che influenzano la circolazione atmosferica e oceanica. Inoltre, un campo di ricerca di recente sviluppo sta mostrando il potenziale dei composti organici in tracce negli speleotemi per la ricostruzione ad alta risoluzione di eventi a scala locale/regionale, come la frequenza dei paleoincendi.
Geomorfologia glaciale
I ghiacciai rilasciano un vasto insieme di evidenze geomorfologiche in grado di mantenere la memoria delle passate glaciazioni e dei periodi climatici più freddi. In quanto tali, sono un utile proxy paleoclimatico di fasi fredde del passato quando le condizioni erano più favorevoli alla glaciazione. Ricostruire l'estensione dei paleo-ghiacciai consente calcoli sulla geometria dei ghiacciai del passato, sul volume del ghiaccio e quindi sul clima. Infatti, l'esistenza e le dimensioni dei ghiacciai è controllata, in primo luogo, dal clima, attraverso variazioni di temperatura e precipitazioni. Quando la geometria di un paleo-ghiacciaio viene ricostruita da evidenze geomorfologiche raccolte sul terreno, il rapporto tra l'area di accumulo del ghiacciaio e l'intera area del ghiacciaio, che è chiamato Accumulation Area Ratio (AAR) ed è piuttosto noto per diversi tipi di ghiacciai in tutto il mondo , consente di calcolare l'effettiva Equilibrium Line Altitude (effELA) di quel ghiacciaio. L'ELA unisce i punti su un ghiacciaio dove l'accumulo annuale bilancia esattamente l'ablazione annuale e quindi il settore del ghiacciaio dove il bilancio di massa annuale è uguale a zero. Da queste informazioni, utilizzando modelli empirici e gradienti altitudinali ambientali, è possibile inferire le condizioni climatiche che interessavano quel particolare ghiacciaio in equilibrio con il clima di quel tempo. L'ELA può essere modellata seguendo anche un approccio inverso basato sulle precipitazioni annuali e sulla temperatura estiva, considerando il ghiacciaio in uno stato stazionario durante la simulazione. L'ELA così calcolata è definita Environmental ELA (envELA) e rappresenta il limite inferiore climatico della glaciazione. Con questa informazione, le aree in cui l'envELA è inferiore alla topografia indicano condizioni che permetton l'esistenza di ghiacciai, supportando le prove geologiche e geomorfologiche raccolte sul terreno. Tale procedura è utile sia in chiave paleoclimatica sia per ipotizzare scenari futuri.
Le carote di ghiaccio sono degli archivi ambientali utilizzati per ricostruire il clima passato. Un vantaggio delle carote di ghiaccio e quella di poter estrarre informazioni con alta risoluzione temporale, al punto tale che in alcuni casi è possibile descrivere anche le oscillazioni climatiche stagionali. Le carote di ghiaccio vengono prelevate sia da ghiacciai alpini che dalle calotte glaciali dove le temperature siano sufficientemente basse (inferiori ai 0°C) durante tutto l'anno permettono alle deposizioni nevose di essere preservate, accumularsi e creare una serie stratigrafica. Le carote di ghiaccio recuperate in Antartide e in Groenlandia, grazie al basso accumulo nevoso ed alle basse temperature, possono contenere informazioni climatiche degli ultimi 800000 e 125000 anni rispettivamente Tuttavia, importanti informazioni climatiche possono essere estratte anche dai ghiacciai non polari, come quelli delle regioni alpine, andine e dell'Himalaya. Tra le informazioni climatiche, le analisi delle carote di ghiaccio possono fornire informazioni sulle temperature del passato, sul vulcanismo, sull’intensità dei venti, sulle precipitazioni, sull'aridità, sull'attività solare, sui cambiamenti dei cicli biogeochimici e sulla composizione dell'atmosfera. In particolare, le carote di ghiaccio sono preziosi archivi paleoclimatici per la composizione atmosferica del passato. Il ghiaccio infatti è in grado di preservare i composti chimici e la loro abbondanza presenti in atmosfera e depositati tramite le deposizioni nevose nonché la concentrazione di gas che vengono intrappolati nelle bolle d’aria presenti nel ghiaccio stesso. Dalle carote di ghiaccio si possono inoltre studiare le proprietà fisiche degli strati di ghiaccio e della massa glaciale. 
