Le formazioni delle caverne svelano la storia nascosta dei climi passati
Le stalagmiti possono avere decine di migliaia di anni, crescendo dal pavimento della caverna a un ritmo di pochi decimi di millimetro all’anno, nei casi più veloci. Poiché vengono deposte gradualmente da singole gocce d’acqua, le stalagmiti e altri speleotemi memorizzano una registrazione della loro composizione chimica, fornendo un fantastico archivio di climi e ambienti passati. Non potendo questi climi e ambienti passati essere misurati direttamente, gli scienziati utilizzano indicatori «proxy» per misurare indirettamente i principali processi. Ma la maggior parte dei proxy sono solo qualitativi: ad esempio, possono fornire informazioni sull’umidità, ovvero stabilire cosa sia più secco o più umido, ma non possono indicare quanto lo sia. Ciononostante, le informazioni quantitative sono fondamentali affinché i dati basati sugli speleotemi possano essere sfruttati in modo più completo dai modellatori climatici e dai responsabili delle politiche. Il progetto QUEST, finanziato dall’UE, ha affrontato questa sfida sviluppando nuovi metodi che consentiranno agli scienziati di quantificare i cambiamenti ambientali registrati nelle stalagmiti.
Un approccio interdisciplinare
Il team ha beneficiato dei diversi background scientifici dei propri membri che comprendevano chimica ambientale, magnetismo minerale ambientale e analisi dei dati numerici. «La nostra combinazione di competenza interdisciplinare, strumentazione all’avanguardia e nuove tecniche ci consente di collocarci in una posizione ideale per sviluppare registrazioni climatiche quantitative dagli speleotemi», afferma Sebastian Breitenbach, coordinatore del progetto. Il consorzio ha ideato nuovi metodi per estrarre informazioni quantitative dagli speleotemi e per collegare esperimenti sul campo e di laboratorio sulla chimica dell’acqua/dei minerali con innovative analisi speleotemiche fisiche e numeriche. «La combinazione di queste tecniche, basate su proprietà fisiche e chimiche e metodi statistici, ci ha permesso di fornire ricostruzioni quantitative di due parametri chiave: idrologia e temperatura», spiega Breitenbach. Le nuove tecnologie includevano un campionatore automatico che può essere utilizzato per 6-12 mesi sul campo, consentendo il campionamento autonomo dell’acqua in ambienti remoti. Breitenbach descrive il campionatore, che può essere utilizzato da tutti gli scienziati interessati al monitoraggio delle acque: «Dal campionatore possiamo apprendere le dinamiche climatiche, l’inquinamento ambientale o i cambiamenti idrologici (e indicarne i motivi)».
Nuovi strumenti
I ricercatori di QUEST hanno sviluppato software innovativi sotto forma di «kit di strumenti» statistici che consentono complesse analisi dei dati. Il team ha inoltre sviluppato una serie di nuovi metodi che consentono l’analisi di serie temporali non lineari. «Queste tecniche possono essere utilizzate in campi molto diversi tra cui climatologia, fisica, economia, teoria dei giochi o sicurezza energetica, solo per citarne alcuni», spiega Breitenbach. Inoltre, gli scienziati hanno condotto esperimenti di monitoraggio ambientale e di laboratorio per sviluppare proxy quantitativi e strumenti analitici innovativi. «Abbiamo testato questi strumenti in una delle grotte di Waitomo in Nuova Zelanda, un’impostazione sensibile alle dinamiche dell’El Niño-Oscillazione Meridionale, perché i cambiamenti di El Niño/La Niña hanno impatti a livello tanto locale quanto globale e una migliore comprensione del suo comportamento passato potrebbe aiutare ad anticipare i cambiamenti nel prossimo futuro legati al riscaldamento globale», osserva Breitenbach. QUEST fornisce un quadro più chiaro della geochimica implicata nella precipitazione del carbonato durante la formazione di stalagmiti e i collegamenti tra l’idrologia al di sopra della grotta, i complessi metallo-organici e l’incorporazione dei metalli nelle stalagmiti. Quest’ultima associazione è attualmente in fase di sviluppo in uno strumento quantitativo, un campionatore che potrebbe costituire una svolta per la paleoclimatologia basata sugli speleotemi.
Parole chiave
QUEST, ambiente, clima, speleotema, caverna, stalagmite, proxy, paleoclimatologia, geochimica