CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
Gli isotopi di un elemento sono atomi con uguale numero
di elettroni (cariche negative esterne al nucleo)
e di protoni (cariche positive interne al nucleo),
ma diverso numero di neutroni (particelle senza carica interne al nucleo.
A = numero di massa = numero di protoni + neutroni
16O
8
18O
8
Z = numero atomico = numero di elettroni = numero di protoni
Il comportamento chimico di due isotopi del medesimo elemento è lo stesso;
dal punto di vista fisico possono avere comportamenti lievemente diversi.
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
16O
8 elettroni
8 protoni
8 neutroni
18O
8 elettroni
8 protoni
10 neutroni
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
1 - Gli isotopi dell’ossigeno 16O e 18O sono stabili
(non si trasformano in altri elementi attraverso processi di decadimento radioattivo).
2 - In natura il loro rapporto è costante.
3 - Le molecole di acqua (H2O) possono contenere 16O oppure 18O.
4 - Quelle formate dall’isotopo 16O (più leggere) evaporano più facilmente di quelle
contenenti 18O (più pesanti)
H
16O
H
H
18O
H
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
5 - Mari ed oceani tendono ad impoverirsi di 16O, e di conseguenza ad
arricchirsi di 18O, a causa dell’evaporazione differenziata.
6 - L’acqua evaporata ricade sulla terra sotto forma di precipitazioni e,
attraverso il ciclo idrogeologico, ritorna nei mari riequilibrandone
subito la composizione isotopica.
+ 16O
equilibrio tra 16O e 18O
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
7 - Durante i periodi freddi, i ghiacci delle calotte polari e montane
bloccano l’acqua ricca in 16O ricaduta sulla terra, impedendone il rientro
negli oceani, il cui livello si abbassa.
L’acqua del mare si arricchisce in 18O.
+ 16O
+ 16O
equilibrio tra 16O e 18O
+ 18O
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
8 - Al rialzarsi della temperatura i ghiacci si sciolgono, il livello del mare
si rialza e la composizione isotopica degli oceani si riequilibra.
equilibrio tra 16O e 18O
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
9 - I foraminiferi planctonici, oltre a numerose altre specie di organismi
marini, costruiscono un guscio calcareo (CaCO3) utilizzando
l’ossigeno dell’acqua marina. La composizione isotopica dei gusci
rispecchia così quella del mare in cui vivono questi animali.
10 - Alla loro morte i foraminiferi planctonici si depositano sul fondo
degli oceani, formando sedimenti che si accumulano lentamente.
Globigerina bulloides
Globigerinoides ruber
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
11 - Per mezzo di particolari trivelle è possibile prelevare dai fondali
oceanici carote di sedimenti lunghe parecchie decine di metri.
CURVE PALEOCLIMATICHE
D O
18
-2.5
Isotopi stabili dell’Ossigeno
-2
-1.5
-1
-0.5
0
1
2
12 - Dalle carote si prelevano campioni di
sedimento a distanza di pochi centimetri l’uno
dall’altro, e da questi si estraggono i
foraminiferi.
3
4
5
6
7
Profondità (m)
13 - Si misura poi la quantità di 16O e 18O nei
foraminiferi di ciascun campione e si tracciano
curve della composizione isotopica in funzione
della profondità.
8
9
10
11
14 - Queste curve rappresentano la variazione del
volume dei ghiacci presenti sulla terra.
12
13
14
15
16
17
Carota ODP V28-238
CURVE PALEOCLIMATICHE
D 18O
-2.5
Isotopi stabili dell’Ossigeno
0
0.1
0.3
0.4
Milioni di anni
Brunhes
16 - Ovunque siano state prelevate le carote, le
curve sono (quasi) sempre correlabili.
Ciò significa che il metodo è valido su scala
mondiale.
0.2
0.5
0.6
0.7
0.8
Matuyama
15 - per mezzo di studi geocronometrici è
possibile datare le carote, trasformando le
profondità in tempi.
Si usano soprattutto studi sui tephra (ceneri
vulcaniche) e sul paleomagnetismo dei
sedimenti.
0.9
1
-2
-1.5
-1
-0.5
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
17 - Le curve possono essere suddivise in fasi (oxigen isotope stages)
numerate a partire da 1 (attuale).
18 - Fasi calde = numeri dispari;
fasi fredde = numeri pari.
10
16
20
18
2
12
6
8
14
4
5d
19
17
15
13
5a
7
11
9
3
5e
1
CURVE PALEOCLIMATICHE
Isotopi stabili dell’Ossigeno
Le curve hanno minor pendenza
nelle fasi anaglaciali
che in quelle cataglaciali
10
16
20
18
2
12
6
8
14
4
5d
19
17
15
13
5a
7
11
9
3
5e
1
CURVE PALEOCLIMATICHE
SPIEGAZIONE
delle diverse velocità di raffreddamento e riscaldamento
Anaglaciale:
raffreddamento acque marine superficiali
migrazione in basso di acque superficiali
mescolamento con acque profonde calde e omogeneizzazione della temperatura
raffreddamento rallentato
Cataglaciale:
fusione dei ghiacci
acque di fusione, dolci e poco dense benché fredde, restano in superficie
ulteriore riscaldamento acque superficiali - acque profonde restano isolate
nessun rimescolamento né omogeneizzazione della temperatura
accelerazione del processo di fusione
CURVE PALEOCLIMATICHE
Curve ottenute dalla ricomposizione di più carote indicano:
- raffreddamento della temperatura media della Terra da 3 Ma BP;
- forti oscillazioni nella temperatura da 2.5 Ma BP;
- numero di oscillazioni climatiche decisamente maggiore di quello
indicato dalle ipotesi di Penck e Bruckner (A. Penck, E. Bruckner,
Die Alpen im Eiszeitalter, 1909).
5.5
5
4.5
3.5
3
2.5
6
5
4
3
2
Milioni di anni
Curva composita V1930, ODP677, ODP846
1
0
D 18O
4