Acque superficiali calde e persistenti del Mediterraneo durante il periodo romano

Pubblicato da Guido Guidi il 18 Luglio, 2020

Ma guarda un po’, proprio nel mezzo di una normalissima estate mediterranea, con i temporali, siano essi da calore o dinamici perché qualche perturbazione ogni tanto entra sul Mare Nostrum, ecco che Nature cala la carta definitiva.

Persistent warm Mediterranean surface waters during the Roman period

Uno studio di dati di prossimità raccolti nell’area del Mediterraneo, da cui emerge un segnale chiaro di persistenza di temperature circa 2°C superiori alla media degli ultimi secoli durante il periodo (appunto caldo) romano. Al termine del periodo, pare che invece la temperatura abbia iniziato a scendere. Non contenti, gli autori associano anche la fase calda al fiorire dell’impero e quella successiva, più fredda, al suo declino. Sarà perché risultava più difficile produrre cibo e proteggersi? Sarà perché risultava più difficile scambiarsi derrate e cultura? Chi può dirlo, misteri del clima.

Nel frattempo, con 7 miliardi e passa di persone a cui dar da mangiare, con la produzione di materie prime alimentari che anche grazie al recente clima benevolo continua ad aumentare, qui si fa il tifo per il freddo, paventando disastri all’eventuale ritorno (perché di ritorno si tratta se queste temperature ci sono già state) di qualcosa che ha invece fatto solo bene.

Ma, naturalmente, tutto questo sin qui. Perché è previsto, anzi sceneggiato, che le cose non potranno che peggiorare.

L’articolo su Nature è di libera lettura, qui di seguito la traduzione.

Enjoy.

G. Margaritelli1,2 ✉, I. Cacho2, A. Català2, M. Barra3, L. G. Bellucci4, C. Lubritto5, R. Rettori6 & F. Lirer3

1. Istituto di ricerca per la protezione idrogeologica (IRPI), CNR, via della Madonna Alta 126, 06128, Perugia, Italia.
2. GRC Geociències Marines, Dipartimento di Dinàmica della Terra e dell’Oceà, Facoltat de Ciències de la Terra, Università di Barcellona, ​​Barcellona, ​​Spagna.
3. Istituto di Scienze Marine (ISMAR), CNR, Calata Porta di Massa, Interno Porto di Napoli, 80133, Napoli, Italia.
4. Istituto di Scienze Marine (ISMAR), CNR, Via Gobetti 101, 40129, Bologna, Italia.
5. Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali Biologiche e Farmaceutiche (DiSTABiF), Università della Campania “Luigi Vanvitelli”, Via Vivaldi 47, Caserta, Italia.
6. Dipartimento di Fisica e Geologia, Università degli Studi di Perugia, Via Alessandro Pascoli, 06123, Perugia, Italia. E-mail: giulia.margaritelli@irpi.cnr.it

La ricostruzione dell’evoluzione degli ultimi millenni della temperatura della superficie del mare (SST) è impegnativa a causa della difficoltà di recuperare i registri marini a buona risoluzione e delle diverse incertezze negli strumenti proxy disponibili. A questo proposito, il periodo romano (dal 1° CE al 500 d.C.) fu particolarmente rilevante nello sviluppo socio-culturale della regione mediterranea, mentre le sue caratteristiche climatiche rimangono incerte.
Qui presentiamo una nuova ricostruzione SST dal Canale di Sicilia con base nei rapporti Mg/Ca misurata sul ruber di Globigerinoides del foraminifero planctonico. Questo nuovo record è inquadrato nel contesto di altri record SST mediterranei precedentemente pubblicati del Mare di Alboran, del Bacino di Minorca e del Mar Egeo e anche rispetto a una ricostruzione della temperatura nell’emisfero nord. L’immagine più solida che emerge da questo confronto transmediterraneo è la persistente presenza regionale di una distinta fase calda durante il periodo romano. Questo confronto record mostra costantemente che il romano è il periodo più caldo degli ultimi 2000 anni, circa 2°C più caldo dei valori medi per la fine dei secoli per la Sicilia e le regioni del Mediterraneo occidentale. Dopo il periodo romano si sviluppò una tendenza generale al raffreddamento nella regione con diverse oscillazioni minori. Ipotizziamo il potenziale legame tra questo Ottimale climatico romano e l’espansione e il conseguente declino dell’Impero romano.

La configurazione semi-chiusa del Mar Mediterraneo rende questa regione estremamente vulnerabile ai cambiamenti climatici moderni e anche passati¹. La zona di transizione strategica che occupa il Mediterraneo, tra il Nord Africa e i climi europei, dalla zona arida dell’alto subtropicale al i flussi d’aria umidi da nord-ovest, offrono al Mediterraneo un particolare interesse a svelare le tele-connessioni climatiche durante i periodi di variabilità climatica^2–4. Numerosi studi condotti in diversi siti marini hanno focalizzato l’attenzione sulla variabilità climatica a breve termine negli ultimi millenni, ma finora non è stata raggiunta alcuna ricostruzione generale dell’evoluzione della temperatura regionale^5-12. Rispetto ad altre regioni del mondo, il Mediterraneo è caratterizzato da una ricchezza di studi archeologici e documenti storici, nonché da dati paleoclimatici che lo rendono un perfetto caso di studio per indagare la potenziale influenza del clima sulle civilt๳. In effetti, questo periodo di tempo è particolarmente impegnativo poiché coincide con importanti cambiamenti culturali (civiltà umane) che si sono sviluppati nell’area del Mediterraneo¹⁴. Lo studio degli archivi fossili rimane l’unico strumento valido per ricostruire i cambiamenti ambientali e climatici passati in quei tempi¹⁵. Tuttavia, la sua applicazione nel regno marino è compromessa dalla difficoltà di ottenere record marini con una risoluzione sufficiente e da chiari segnali proxy che possono essere riprodotti tra record diversi. La variabilità climatica di questo periodo è spesso vicina o all’interno degli errori proxy e delle incertezze nella sua interpretazione in termini di stagionalità e/o processi oceanografici locali, rendono sempre difficile la sua lettura in termini di evoluzione del clima regionale^{11,12,16–18}. Tuttavia, si tratta di un’informazione fondamentale per identificare le interazioni passate tra i cambiamenti climatici e l’evoluzione delle società umane e le loro strategie di adattamento^19–25. Inoltre, l’ultimo rapporto del gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici (IPCC 2018) sottolinea l’obbligo di valutare i feedback climatici durante gli episodi passati di condizioni moderatamente più calde (1,5–2°C )^26,27.

In questo quadro, presentiamo una nuova ricostruzione del record SST generata dalla parte centrale del Mar Mediterraneo sulla base dei rapporti Mg/Ca misurati nel ruber di Globigerinoides planctonico dei foraminiferi che coprono gli ultimi 5000 BP. Questo nuovo record viene confrontato con altri record SST pubblicati in precedenza dal Mare di Alboran, dal bacino di Minorca e dal Mar Egeo sulla base di diversi proxy geochimici e con una ricostruzione dell’indice NAO²⁸. Sosteniamo che questa raccolta transmediterranea fornisce la base per discutere le principali caratteristiche dell’SST durante gli ultimi due millenni focalizzando l’attenzione sul periodo romano poiché sottolinea il periodo più caldo con interessanti implicazioni sullo sviluppo della civiltà nella regione mediterranea.

Area di studio

Il Mar Mediterraneo è un mare semi-chiuso antiestuario che può essere suddiviso in due sotto-bacini, il Mediterraneo occidentale e quello orientale separati dal davanzale dello Stretto di Sicilia²⁹. Le acque superficiali a bassa salinità, denominate Acque atlantiche modificate (MAW), entrano nel Mar Mediterraneo dallo Stretto di Gibilterra e occupano i primi 0–100 m della colonna d’acqua che sovrasta il Levtier Intermediate Water (LIW) che fuoriesce più salato, formato nel Bacino Levantino²⁹. Il MAW attirato da un intenso getto accoppiato ad una fronte ondulata^30,31, attraversa il Mare di Alboran ed esce nella sua estremità orientale lungo la costa africana³².
MAW scorre lungo la costa algerina come corrente algerina costiera e si separa in due rami all’ingresso dello Stretto di Sicilia³³ (Fig. 1). Lo stretto di Sicilia rappresenta una barriera fisica (profonda circa 500 m) del Mediterraneo orientale e implica un notevole controllo sui processi bio-geochimici che si verificano all’interno del bacino orientale³⁴. Gran parte della MAW passa attraverso il Canale siciliano³⁵ dividendosi in due corsi d’acqua mentre il resto sfocia nel Mar Tirreno^36,37. Il ramo settentrionale, chiamato Atlantic Ionian Stream (AIS), forma il trasporto MAW nel Mediterraneo orientale al largo della costa meridionale della Sicilia e bagna la posizione studiata³⁸.
Nel dettaglio, le misurazioni dei principali parametri fisici dell’acqua di mare sulla posizione centrale studiata (SW104-ND11) nel luglio 2014 (Fig. 1) mostrano che le temperature superficiali (0–15 m) vanno da 23,0° C a 22,0° C. La base del termoclino (17,5° C) si trova a una profondità di 22 mt. i valori di salinità sono compresi tra 37,36 e 38,88 psu.

Risultati e Discussione

Le stime SST dal rapporto Mg/_CaG.ruber vanno da 16,4° C ± 1,5° C a 22,7° C ± 1,5° C con un valore medio di 19,5°C ± 1,5°C (Fig. 2); per documentare le principali tendenze della variabilità [95% Confidence Interval (CI)] nella ricostruzione SST abbiamo adottato un approccio Monte Carlo che utilizza una regressione non parametrica (funzione LOESS, vedere paragrafo Materiale e metodi). La ricostruzione SST Mg/Ca_G.ruber dal nucleo SW104-ND11 mostra una tendenza al riscaldamento progressivo da 6,3° C ± 2,0°C da 3300 a.C. (base della sequenza) a 330 d.C., periodo medio romano quando si raggiungono i massimi SST (Fig. 2). Questa tendenza al riscaldamento a lungo termine è scandita da diverse oscillazioni a breve termine di diversa ampiezza e durata (Fig. 2). Dal periodo romano al 1700 CE, l’SST mostra un turnover in una tendenza al raffreddamento di 4,5°C ± 2,1°C (Fig. 2). Il record SST termina dal 1700 al 2014 CE con una breve tendenza al riscaldamento (Fig. 2).
Questo record viene confrontato con altre ricostruzioni SST precedentemente pubblicate del Mar Mediterraneo (Fig. 2): un record alchenone-SST del Mare di Alboran³⁹, un record di stack SST Mg/Ca_G.bulloides che integra cinque record Mg/Ca-SST delle Isole Baleari settentrionali¹⁶ e un composto di due record di alchenone-SST del Mar Egeo^40,41. Questo confronto è integrato con un record di anomalie della temperatura nell’emisfero nord⁴² e un record NAO ricostruito²⁸. Pertanto, i record SST confrontati coinvolgono diversi proxy e calibrazioni con le loro incertezze. Al fine di facilitare il loro confronto, ed eliminare potenziali distorsioni nella ricostruzione SST assoluta associata alle calibrazioni o ai metodi applicati, abbiamo deciso di confrontare i record SST trasferendoli in record di anomalia SST in relazione a un periodo di riferimento comune. Considerando che l’intervallo di tempo coperto dai registri marittimi considerati era diverso, le anomalie di temperatura (°C) sono state calcolate rispetto all’unico periodo condiviso da tutti i registri, da 750 a.C. a 1250 CE (Fig. 3).

Sebbene negli ultimi millenni esistano altri record SST mediterranei, i precedenti sforzi di compilazione hanno mostrato notevoli discrepanze nelle principali tendenze tra le diverse regioni^11,43. In questo esercizio, ci siamo concentrati su quei record che non sono direttamente influenzati da grandi deflussi fluviali, impatto umano e circolazione oceanografica locale che potrebbero potenzialmente alterare l’ampio segnale regionale (vedere il materiale supplementare per argomenti dettagliati sui criteri per la selezione dei record, paragrafo S2). Proxy diversi riflettono diverse stagioni e habitat di profondità e quindi non ci si aspetta che i segnali SST siano identici tra i record scelti. Tuttavia, questo esercizio di confronto si concentra sui principali modelli e mira a valutare la loro perseveranza regionale. A questo proposito, la caratteristica più perseverante tra i documenti a confronto è il massimo SST ben sviluppato registrato durante il periodo romano (1-500 d.C.) (Fig. 3). La discussione sull’evoluzione dell’SST precedente e posteriore a questo periodo è principalmente focalizzata sul nuovo disco SST della Sicilia qui presentato.

Periodo pre-romano.

Il confronto tra i record SST del Mediterraneo evidenzia modelli regionali molto distinti prima dell’inizio del periodo greco, con una tendenza generale al raffreddamento nel Mar Egeo, una tendenza al riscaldamento nello Stretto di Sicilia e condizioni più stabili nel Mare di Alboran (Fig. 2) . Nel Canale di Sicilia, tra la base del record e l’inizio del periodo dell’età del bronzo, il segnale SST Mg/Ca_G.ruber mostra due eventi caldi, a ca. 2913 a.C. e ca. 2040 a.C., rispettivamente (Fig. 2). Il primo evento caldo, documentato nella documentazione dello studio di Sicily Channel, sebbene non rientri nel 95% CI (Fig. 2), è stato provvisoriamente associato alla fase calda dell’età del rame (circa 2913 a.C.). Questo evento corrisponde cronologicamente a un riscaldamento nel record SST del Mar Egeo (Fig. 2) e concorda con l’inizio di un processo di aridificazione graduale descritto nel nord dell’Egitto⁴⁴.
La seconda (prima età del bronzo, 2040 a.C. circa, fig. 2) è associata a un’ulteriore fase di aridità, come documentato dalla forte diminuzione del polline arboreo nel Mediterraneo centrale^45,46. Quest’ultimo evento, cronologicamente, corrisponde alla caduta dell’antico regno egiziano⁴⁴ e alla fine della civiltà mesopotamica, associata a forti carestie legate a un clima secco e una forte aridità⁴⁷. Successivamente, Mg/Ca_G.ruber SST si riscaldò tra il 1800-1100 a.C. (Fig. 2) indicando condizioni di caldo relative durante la tarda età del bronzo (circa 1100 a.C.) documentate in tutto il bacino del Mediterraneo.
Significativi cambiamenti culturali sono documentati durante questo periodo, infatti, documenti storici indicano il crollo di diverse civiltà^48,49. La maggior parte dei centri palestinesi dell’età del bronzo greca furono distrutti e/o abbandonati⁵⁰. I centri palatali sono stati duramente colpiti dall’aumento dell’aridità e dal crollo della produzione agricola⁴⁸ che ha reso impossibile alla popolazione sostenere se stessa^50,51. Il passaggio dall’età del bronzo all’età del ferro si avvicina cronologicamente all’evento di raffreddamento a breve termine associato al grande minimo solare omerico (circa 800 a.C.) (Fig. 2). Durante questo periodo, associato a valori NAO negativi, le condizioni climatiche erano favorevoli all’espansione dell’agricoltura nel Mediterraneo orientale⁴⁴. Rispetto al successivo periodo romano, il Mediterraneo era caratterizzato da una fase più fredda ca. dal 500 a.C. al 200 a.C. (Fig. 2), precedente l’ascesa dell’Impero romano. Da un punto di vista cronologico, questo intervallo corrisponde all’inizio della cosiddetta “fase subatlantica”^47,52,53, caratterizzata da un clima fresco e inverni piovosi propizi per l’espansione della civilltà greca, etrusca e romana⁵⁴. Durante questo periodo, vengono documentati anche i progressi globali del ghiacciaio⁵⁵ e viene registrata una fase NAO negativa (Fig. 2). Il clima freddo e umido della fase subatlantica durò fino al 100 a.C. ca. e coprì l’intero periodo della monarchia a Roma⁴⁷. Inoltre, questo periodo è caratterizzato da un evento di raffreddamento a breve termine associato al minimo solare greco (circa 350 a.C.) (Fig. 2).
Tuttavia, dal 400 a.C. ca., i cambiamenti culturali furono sincronizzati in tutta la regione del Mediterraneo¹⁴. Le colonie greche e fenicie si espansero e Roma e Cartagine iniziarono il loro epico inizio¹⁴, una situazione coincidente con l’instaurazione di condizioni di temperatura più omogenee nelle regioni del Mediterraneo.

Periodo romano.

Tutte le ricostruzioni SST considerate, dal bacino di Alboran al Mar Egeo, mostrano condizioni climatiche omogenee su scala regionale con l’insorgere di una distinta fase di riscaldamento da 1 CE a 500 CE (Fig. 3), coincidente con il periodo romano e che copre l’intero periodo romano archeologico dell’Impero Romano.
Questo pronunciato riscaldamento durante il periodo romano è quasi coerente con altri documenti marini dell’Oceano Atlantico^56–58 e con la ricostruzione di anomalie continentali dall’Europa da PAGINE 2 K, 2013⁵⁹. Questa fase climatica corrisponde al cosiddetto “clima romano ottimale” caratterizzato da prosperità ed espansione dell’impero.
Le condizioni climatiche calde descritte del “Roman Climatic Optimum” appaiono indipendentemente dai proxy SST considerati. Da un lato, Mg / Ca_G.ruber SST si prevede che rifletta le temperature dalla fine dell’estate all’autunno60 mentre di Mg/Ca_G.bulloides SST nell’area di Minorca è stato interpretato per riflettere le condizioni SST della primavera¹⁶. Dall’altro lato, il segnale alchenone-SST è interpretato come medie annuali medie^12,16,39,61. Il buon accordo tra i diversi proxy SST e le regioni mediterranee che riflettono le condizioni di caldo durante l’intero periodo romano suggerisce condizioni di clima caldo durante l’intero ciclo annuale e a livello regionale.
Tuttavia, tra i diversi record di proxy sorgono alcune differenze nell’intensità del riscaldamento. Questo riscaldamento nelle ricostruzioni SST varia da 19,6 ± 1,5°C a 22,7 ± 1,5°C nel Mg/Ca_G.ruber SST del Canale di Sicilia (Fig. 2), da 16,6 a 18,5°C nel Mg/Ca_G.bulloides SST dal record del bacino di Minorca16 e da 14,4 a 16,1°C nell’anomalia SST del Regno Unito³⁷ sia dal mare di Alboran che dal Mar Egeo^39,40. La variabilità complessiva dell’olocene nei record Mg/Ca-SST in relazione ai record alchenone-SST è stata precedentemente riconosciuta nel mare di Alboran e discussa per riflettere il segnale SST annuale piuttosto mediato e levigato delle misure di alchenone⁶¹.
Pertanto, il nostro confronto inter-bacino suggerisce che il riscaldamento era o più persistente durante i mesi estivi o era più forte nella parte centrale del Mediterraneo in contrasto con i bacini orientali e occidentali.
La parte più calda (circa 250–420 d.C.) del periodo romano mediterraneo è quasi coincidente con la fase calda nelle anomalie della temperatura nell’emisfero nord⁴² (Fig. 2), che suggerisce una teleconnessione tra sistema marino e continentale. In effetti, il “Roman Climatic Optimum” si rivela come una fase di temperature calde e stabili in gran parte del cuore dell’impero mediterraneo e copre l’intera fase di origine, espansione e declino dell’Impero romano (Roman Climate Optimum, Roman Transitional Period and Late Antique Little Ice Age, secondo Harper, 2019)⁶². Tuttavia, l’espansione dell’Impero romano non è avvenuta in modo sincrono in tutta l’area del Mediterraneo a causa della situazione politica, del modello geografico e, probabilmente, anche delle condizioni climatiche specifiche nelle varie aree. Tuttavia, a partire da ca. 50 d.C., l’Impero Romano iniziò la sua ascesa verso nord delle Alpi e la conquista della Gallia, probabilmente aiutata dalle favorevoli condizioni climatiche che permisero questa grande impresa. Tuttavia, uno spostamento da valori di indice NAO negativi a positivi (Fig. 2) durante il periodo romano suggerisce un trasferimento delle precipitazioni del Nord Atlantico verso l’Europa centrale e settentrionale. In effetti, un NAO positivo potrebbe indicare condizioni più secche entro la seconda metà del periodo romano, penalizzando lo sviluppo economico dell’Europa meridionale e del Nord Africa (ovvero l’agricoltura)^63,64. Questa caratteristica concorda con la nuova scoperta di recenti studi sui modelli di vegetazione^46,65 sull’apertura della vegetazione nelle aree del Mediterraneo centrale/orientale a partire dal ca. 100 CE. Successivamente l’espansione di Roma in Europa centrale e in Gran Bretagna fu inesorabile.

Pertanto, è possibile ipotizzare che le favorevoli condizioni climatiche di questo periodo, il cosiddetto “ottimismo climatico romano”, possano aver contribuito all’espansione dell’Impero romano nelle varie aree del Mar Mediterraneo, probabilmente legate a nuove esigenze e opportunità. Entro la fine di questo periodo, tutti i record SST del Mediterraneo mostrano un trend di raffreddamento SST generalmente coerente (Fig. 3). Durante questo periodo, sia il Mar Egeo che il Canale di Sicilia furono assediati da pirati e vandali. In effetti, alla fine del IV secolo, il mondo romano stava vivendo l’inizio della fine che culminerà solo pochi secoli dopo⁶⁶. La Sicilia era un importante fornitore di grano in tutto l’Impero e deteneva la maggior parte dell’economia agraria⁶⁷. L’isola, privata delle difese militari, fu assediata da una banda di pirati illirici (438 d.C.) che devastò un ampio tratto.
Allo stesso tempo, i Vandali di Genserico (440–477 d.C.) invasero la parte orientale del Mar Mediterraneo⁶⁷.

Periodo post romano.

Il periodo post-romano fu caratterizzato da una tendenza al raffreddamento progressivo di 4,5° C ± 2,1°C che terminò con l’intervallo della Piccola era glaciale (LIA) (Fig. 2) e fu punteggiato da due eventi a breve termine noti come La piccola era glaciale tardoantica (LALIA) e il periodo caldo medievale (MWP). L’evento di raffreddamento LALIA²³, a ca. 650–700 CE (Fig. 2), è stato recentemente documentato nelle registrazioni marine del bacino del Mediterraneo occidentale^9,10 e corrisponde a un periodo caratterizzato da una diminuzione dell’indice di polline alboreale nel Mediterraneo centro-meridionale, che suggerisce l’insorgenza di freddo e clima secco^45,46. L’evento LALIA ha avuto un ulteriore stress ambientale guidato dall’insediamento della peste giustiniana mentre l’impero romano orientale si trasformava, l’Impero sasaniano crollò e si verificarono movimenti di popolazione dalla steppa asiatica e dalla penisola arabica, che diffondono popoli di lingua slava e sconvolgimenti politici in Cina²³. Invece, il MWP, datato a ca. 1300 CE (Fig. 2) e caratterizzato da un SST complessivamente più caldo rispetto all’evento LALIA, è considerato da diversi autori^7,9,22,68-70 un periodo relativamente stabile e caldo. Di recente Margaritelli et al.¹⁰ hanno documentato il verificarsi di questo caloroso evento su scala regionale mediterranea.
Il raffreddamento di 2,8°C ± 2°C associato all’evento LIA che si verifica tra ca. 1300 CE e ca. 1700 CE colpisce l’intera area mediterranea (Fig. 2). Questo evento è anche ben documentato in diversi registri marini del Mediterraneo^{5–10,16,71–73}. Dopo il 1700 CE, l’SST del Canale di Sicilia tende a riscaldarsi (Fig. 2) sebbene interrotto da un breve raffreddamento al 1980 CE74. Questa fase di riscaldamento si adatta al record SST del Mar Egeo e alle anomalie della temperatura nell’emisfero nord^5,40,75,76. Questa funzione è probabilmente associata all’insorgenza del periodo industriale/periodo di riscaldamento moderno.

Conclusioni

Il nuovo Mg/Ca_Gruber generato record SST dal canale siciliano consente di identificare una serie di eventi climatici che possono essere associati a diversi notevoli sviluppi socio-culturali delle antiche civiltà del Mediterraneo negli ultimi cinque millenni. Eventi caldi sono associati a periodi storici come l’età di Cooper, la prima e la tarda epoca di Bonze, mentre eventi freddi sono associati ai periodi omerico e greco. Il confronto di questo nuovo record SST con i precedenti record SST mediterranei pubblicati dal Mare di Alboran, dal Bacino di Minorca e dal Mar Egeo, evidenzia la perseveranza generale delle condizioni di caldo durante il periodo romano (da 1 CE a 500 CE). Queste condizioni calde sono state particolarmente intense nei registri siciliani, che riflettono i mesi estivi e corrispondono al cosiddetto “clima romano ottimale”. Durante questo periodo, infatti, si sviluppò la più grande civiltà antica di tutti i tempi, quella romana. Ipotizziamo la rilevanza che queste condizioni climatiche potrebbero avere nell’espansione dell’Impero Romano e nel suo crollo con lo sviluppo generale di condizioni più fredde. Una tendenza di raffreddamento ha dominato dopo il periodo romano raggiungendo valori minimi, in tutto il Mediterraneo, alla fine della LIA, piccole oscillazioni hanno punteggiato questa tendenza fredda e sono state anche associate a cambiamenti socioculturali nella regione del Mediterraneo centrale.

Materiali e metodi

Descrizione di base.
Il nucleo SW104-ND11 (37° 01′57′′N, 13° 10′54′′E – profondità dell’acqua di 475 m) si trova nella parte nord-occidentale del Canale di Sicilia (Fig. 1) ed è stato recuperato durante NEXTDATA 2014 spedizione oceanografica a bordo della R/V CNR-Urania. La sequenza sedimentaria è stata recuperata utilizzando il sistema di carotaggio a gravità SW104, che consente il recupero dell’interfaccia indisturbata e molto ben conservata dell’acqua-sedimento. La lunghezza del nucleo è di 119 cm ed è costituita da sedimenti emipelagici grigi omogenei.

Mg/Ca-SST.
Sono stati utilizzati circa 60 individui selezionati di Globigerinoides ruber varietà bianca sensu scricto (> 125 μm) per campione. I test sono stati frantumati sotto vetrini per aprire le camere e accuratamente puliti applicando una sequenza di passaggi di rimozione dell’argilla, riduzione, ossidazione e acido debole⁷⁷. È stato eseguito un test di pulizia preliminare per adattare il protocollo di pulizia alle caratteristiche del campione. In base ai rapporti Al/Ca e Mn/Ca nei campioni e anche nei residui delle fasi di pulizia è stato deciso che era necessaria la fase riduttiva (Fig. S1a) ma sono state aggiunte anche ulteriori fasi di rimozione dell’argilla per ridurre i valori Al relativamente alti. Inoltre, le prestazioni appropriate del protocollo di pulizia prescelto sono state ulteriormente testate mediante ispezione visiva dell’interno delle pareti dei foraminiferi mediante microscopia SEM (Fig. S1b) in alcuni campioni scelti precedentemente e dopo la loro pulizia. Queste immagini SEM (Fig. S1b) mostrano un’efficace rimozione dei carbonati diagenetici e detritici attaccati alla parete dei foraminiferi dopo l’applicazione del protocollo di pulizia completo descritto.
I bianchi procedurali sono stati regolarmente misurati per scartare qualsiasi potenziale problema di contaminazione durante la pulizia e la dissoluzione. Le analisi strumentali sono state eseguite in uno spettrometro di massa al plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS Perkin Elmer ELAN 6000) nei Centri scientifici e tecnologici dell’Università di Barcellona (CCiT-UB). Una soluzione standard con rapporti elementari noti è stata utilizzata per il bracketing standard del campione (SSB) come correzione per la deriva strumentale. I rapporti Mn/Ca e Al/Ca sono stati sempre misurati per identificare potenziali contaminazioni dovute alla presenza di ossidi di manganese e/o alluminosilicati^77–80 (Fig. S1a). I campioni misurati mostrano sempre valori Mn/Ca e Al/Ca inferiori rispettivamente a 0,1 mmol/mol e 0,4 mmol/mol (soglie definite da alcuni studi precedenti^77,78,80) (Fig. S1a). Tuttavia, per questo studio sono stati rimossi quei rapporti Mn/Ca superiori a 2σ (0,09 mmol/mol; oltre le deviazioni standard dei valori medi Mn/Ca). Anche quei rapporti Al/Ca con valori inferiori a 2σ (0,21 mmol/mol). Questi valori sotto 2σ sono stati accettati come un buon risultato poiché esiste una chiara covarianza con i rapporti Mg/Ca (Fig. S1a). I rapporti Mg/Ca sono stati convertiti in valori di temperatura superficiale del mare (SST) secondo la calibrazione G. ruber di Elderfield e Ganssen (2000)⁸¹. L’errore SST è stato stimato dopo la propagazione degli errori associati alle misurazioni del rapporto Mg/Ca e alla calibrazione SST utilizzata secondo la procedura descritta nel materiale supplementare (S1). Pertanto, gli errori propagati risultanti dal Core SW104-ND11 coprono un intervallo di errore tra ± 1,35°C e ± 1,54°C. Il core stimato stimato Mg/Ca_G.ruber SST della registrazione dello studio è di 20 ± 1,4°C e questa temperatura è coerente con la temperatura misurata a ca. 20 metri a luglio 2014 durante il campionamento (Fig. 1c). Questo valore è anche in accordo con la distribuzione stagionale della temperatura a ca. 20 metri nel Canale di Sicilia valutati con il set di dati World Ocean Atlas 2013⁸² che calcola la media delle misurazioni dal 1955 al 2012. Anche i dati di G. ruber viventi di Pujol e Vergnaud Grazzini (1995)⁵⁹ e Mallo et al.⁸³ supportano l’habitat di profondità di G ruber nel Canale di Sicilia a ca. 20 metri e 20°C.
Alcuni studi precedenti avevano sostenuto che i rapporti Mg/Ca nel Mediterraneo erano anomali per effetto dell’elevata salinità nella regione⁸⁴. Tuttavia, studi successivi indicano che un rapporto Mg/Ca così elevato in acque surriscaldate calde risultava dalla sovrastampa chimica della calcite secondaria attaccata^85,86. Queste osservazioni sono anche in accordo con esperimenti di coltura successivi che hanno riportato una sensibilità relativamente bassa del rapporto Mg/Ca alle condizioni di salinità elevata⁸⁷. Questo studio ha prestato particolare attenzione a garantire la rimozione di qualsiasi potenziale calcite digenetica applicando la cosiddetta fase di pulizia riduttiva, che ha dimostrato di promuovere il rilascio di proliferazioni secondarie di calcite^77,80. L’efficienza del protocollo di pulizia è stata ulteriormente verificata mediante l’ispezione visiva delle pareti pulite dei foraminiferi mediante SEM-microscopia (Fig. S1b). Inoltre, i rapporti Mg/Ca ottenuti nella parte superiore del core forniscono un SST coerente per la fine della stagione estiva quando G. ruber cresce nella regione⁶⁰.
Sono inoltre coerenti con i valori di G. ruber-Mg/Ca precedentemente riportati nella stessa regione per un record relativo agli ultimi 5 secoli⁷⁶. Pertanto, possiamo concludere che il nostro Mg/Ca_G.ruber rappresenta un record SST affidabile senza importanti interferenze di artefatti diagenetici nel segnale.

Cronologia.

La cronologia per i 10 cmbsf (cm sotto il fondo marino) più in alto del nucleo SW104-ND11 è stimata dai radionuclidi 210Pb e 137Cs. Le analisi 210Pb e 137Cs sono state eseguite presso ISMAR-CNR Bologna, secondo le procedure riportate in Bellucci et al.⁸⁸. Il profilo di attività 137Cs non mostra un picco chiaro corrispondente al 1963 CE (massimo fallout 137Cs dai test nucleari) nei primi pochi cmbsf, suggerendo la presenza di uno strato misto superficiale da 0 a 7 cmbsf. Considerando che 137C da test di armi nucleari furono rilevati per la prima volta nell’atmosfera nel 1954 CE, abbiamo assegnato questa età a 7 cmbsf, dove appare per la prima volta questo radionuclide (Fig. S2). Usando il profilo 210Pb sotto lo strato misto e applicando il modello CF – CS (flusso costante-sedimentazione costante), calcoliamo una velocità media di sedimentazione di 50 anni/cm.
Le quattro analisi del radiocarbonio AMS 14C su foraminiferi planctonici misti (Tab. S1) sono state eseguite presso iCONa Lab del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali dell’Università della Campania e presso il laboratorio LABEC (Laboratorio di tecniche nucleari per l’Ambiente ei Beni Culturali ) dell’INFN – Firenze. Le età del radiocarbonio sono state calibrate usando le curve di calibrazione MARINE13⁸⁹. Le fasce di età calibrate sono riportate in anni CE e si riferiscono a 2σ.
Il modello di età per il core SW104_ND11 è stato costruito utilizzando il software statistico bayesiano Bacon con il pacchetto statistico R^90,91 per sedimenti marini utilizzando le quattro età del radiocarbonio AMS 14C e il punto di collegamento associato alla prima rilevazione di 137C nel nucleo dello studio. Questo modello di età mostra una velocità di sedimentazione quasi costante con un valore medio di 50 anni/cm dalla cima in giù alla base del nucleo dello studio (Fig. S3).

Analisi di regressione del profilo temporale delle temperature. Al fine di validare statisticamente le tendenze osservate nel profilo temporale, i valori di temperatura sono stati livellati adottando un approccio di regressione non parametrico.
La procedura adottata era simile a quella applicata in Martınez-Boti et al.⁹² e consentiva di convalidare la tendenza osservata prendendo in considerazione tutte le fonti di incertezza nei valori di temperatura mantenendo fisso il modello di età. In particolare, è stato eseguito un raccordo LOESS (LOcally Estimated Scatterplot Smoothing⁹³). LOESS appartiene alla famiglia di procedure di adattamento non parametriche e non richiede la specifica a priori della relazione tra variabile dipendente e predittori. Nella regressione LOESS l’utente deve specificare il cosiddetto parametro “span” (o “alpha”), determinando la proporzione di osservazione utilizzata in ciascuna regressione locale. Il parametro span, compreso tra 0 e 1, influenza fortemente i risultati della regressione; valori di span più alti tendono a produrre troppe curve levigate, nascondendo così la parte informativa della regressione, mentre valori di span più bassi producono troppe curve oscillanti adattando così il rumore piuttosto che il segnale dominante. Per identificare il parametro di span ottimale, sono stati utilizzati metodi di convalida incrociata a V e metodi di convalida incrociata generalizzata (GCV). I valori di span ottimali erano 0,17 e 0,19, come dedotti rispettivamente dalla convalida incrociata v-fold e GCV, quindi un valore di span di 0,18 è stato usato nella regressione LOESS. Infine, una volta determinati i valori di span ottimali, è stata adottata una simulazione Monte Carlo per tenere conto di tutte le possibili fonti di variabilità. In particolare, 10000 possibili realizzazioni delle serie temporali di temperatura sono state generate campionando casualmente ciascuna osservazione Mg/Ca entro il suo limite di incertezza (2σ) e calcolando il nuovo valore di temperatura secondo l’equazione di Elderfield e Ganssen⁸¹: _Mg/Ca (mmol · mol- 1) = 0,52exp0,1 T. La regressione LOESS è stata quindi eseguita per ogni realizzazione e per ciascun punto dati il ​​valore livellato è stato calcolato come valore medio dei 10000 valori livellati. Di conseguenza, l’IC al 95% per la curva livellata è stata calcolata come quantile del 2,5% e 97,5% dei 10000 valori livellati. Tutti i calcoli sono stati effettuati in ambiente statistico R (R Core Team, 2019) utilizzando i pacchetti fANCOVA⁹⁴ e paleoMAS⁹⁵ per eseguire rispettivamente validazione incrociata generalizzata e validazione incrociata v-fold. Tuttavia, è importante affermare che le discussioni e le interpretazioni della variabilità dell’SST documentate negli eventi climatici identificati (nel nucleo dello studio SW1044-ND11, Canale di Sicilia) si riferiscono ai punti dati misurati in °C; la regressione LOESS e la sua CI ottenuta utilizzando la simulazione Monte Carlo, infatti, è stata utilizzata solo per validare le principali tendenze osservate nei dati SST.

Disponibilità dei dati

I dati del Mare di Alboran (Rodrigo-Gamiz et al.³⁹), Bacino di Minorca (Cisneros et al.¹⁶), del Mar Egeo (Kontakiotis, 2016; Gogou et al.^40,41) e della ricostruzione della temperatura nell’emisfero nord (Ljungqvist et al.⁴²) sono stati recuperati dalle pubblicazioni originali.

I dati Mg/Ca_G.ruber dal Canale di Sicilia sono disponibili sull’editore di dati Pangaea.

Ricevuto: 27 settembre 2019; Accettato: 1 giugno 2020;
Pubblicato: 20 giugno 2020

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Ringraziamenti
Il core SW104-ND11 è stato raccolto da IAMC-CNR (Napoli) a bordo della nave CNR-Urania durante la crociera oceanografica NEXTDATA-2014. Questa ricerca è stata sostenuta finanziariamente dal Progetto di interesse strategico NextData PNR 2011–2013 (http://www.nextdataproject.it/). Questo studio ha ricevuto finanziamenti dal Consiglio europeo della ricerca (CER) attraverso il progetto di consolidamento del CER TIMED (convenzione di sovvenzione n. 683237). CIRCUITO INTEGRATO. e A.C. ringraziano anche la Generalitat de Catalunya per la concessione del SGR 315 2017 a GRC Geociències Marines e per il supporto del programma ICREA-Academia a I.C. Ester Garcia-Solsona è ringraziata per la sua assistenza nel calcolo della propagazione degli errori.

Contributi dell’autore
G.M. effettuato analisi foraminiferiche e geochimiche. G.M., F.L., I.C. e R.R. sviluppò il quadro interpretativo dell’opera e scrisse il manoscritto. G.M. e F.L. ha partecipato alla crociera oceanografica NEXTDATA-2014 incentrata sul recupero del nucleo di studio SW104-ND11 (Canale di Sicilia). A.C. produsse il modello di età bayesiana e supportò l’analisi geochimica. L.G.B. e C.L. ha eseguito rispettivamente i dati 210Pb e 137Cs e l’analisi del radiocarbonio AMS 14C. M.B. prodotto l’analisi geostatistica della tendenza dell’SST. Tutti gli autori hanno contribuito alla discussione dei risultati.

Interessi conflittuali
Gli autori non dichiarano interessi in conflitto.

Informazioni aggiuntive
Ulteriori informazioni sono disponibili per questo documento all’indirizzo https://doi.org/10.1038/s41598-020-67281-2.
La corrispondenza e le richieste di materiali devono essere indirizzate a G.M.

Le informazioni su ristampe e autorizzazioni sono disponibili su www.nature.com/reprints.

Nota dell’editore Springer Nature rimane neutrale per quanto riguarda le rivendicazioni giurisdizionali nelle mappe pubblicate e nelle affiliazioni istituzionali.

Accesso libero
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© L’autore (i) 2020

Fonte: ClimateMonitor

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