Alpi senza ghiaccio durante la vita dell’uomo tirolese venuto dal freddo

Ovvero: Vette alpine libere dai chiacci da 3.000 a 4.000 metri fino a 5.900 anni fa

Pascal Bohleber1,2 *, Margit Schwikowski3,4,5, Martin Stocker – Waldhuber1, Ling Fang3,5 e Andrea Fischer1

Scientific Reports (2020) 10:20513 | https://doi.org/10.1038/s41598-020-77518-9

Una conoscenza dettagliata del clima dell’Olocene e delle dinamiche dei ghiacciai è essenziale per lo sviluppo sostenibile nelle regioni di montagna in riscaldamento. Tuttavia, le informazioni sulla copertura dei ghiacciai dell’Olocene nelle Alpi prima della piccola era glaciale derivano principalmente dallo studio dei progressi delle lingue dei ghiacciai a quote inferiori.

Qui presentiamo un nuovo approccio per ricostruire i banchi bassi dei ghiacciai passati e le condizioni prive di ghiaccio valutando e datando il ghiaccio più antico conservato ad altitudini elevate. Una cupola di ghiaccio inesplorata sulla cima del Weißseespitze (3500 m), vicino al luogo in cui è stato trovato l'”uomo venuto dal ghiaccio tirolese”, offre condizioni quasi ideali per preservare il ghiaccio originario formatosi nel sito. Le impostazioni glaciologiche e i limiti di età del micro-radiocarbonio all’avanguardia indicano che la vetta è stata ghiacciata per circa 5900 anni. In combinazione con le età massime note di altri ghiacciai alpini, presentiamo le prove per un gradiente di elevazione dell’inizio della neoglaciazione. Rivela che nelle Alpi solo i siti più alti sono rimasti coperti di ghiaccio in tutto l’Olocene. Poco prima della vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio, le alte vette alpine stavano emergendo da condizioni quasi prive di ghiaccio, durante l’inizio di una neoglaciazione del Medio Olocene. Dimostriamo che, in circostanze specifiche, il vecchio ghiaccio alla base degli alti ghiacciai alpini è un archivio sensibile del cambiamento del ghiacciaio. Tuttavia, con gli attuali tassi di fusione, l’archivio di Weißseespitze e in luoghi simili andrà perso entro i prossimi due decenni.

La maggior parte del volume di ghiaccio del ghiacciaio nelle Alpi potrebbe scomparire entro i prossimi due secoli1. Una delle principali domande scientifiche è se questo processo di deglaciazione non abbia precedenti all’interno dell’Olocene. Se vogliamo valutare il ritmo della futura deglaciazione nelle Alpi, è essenziale comprendere le dinamiche dei ghiacciai del passato e la loro relazione con i cambiamenti climatici2. Abbiamo già informazioni complete sulla massima estensione dei ghiacciai alpini dall’indagine sulle posizioni moreniche e età3,4. Tuttavia, finora si sa relativamente poco sui tempi di copertura minima del ghiaccio o sulle condizioni di assenza di ghiaccio ad alta quota. Infatti, solo la datazione del fossile di legno emerso dallo scioglimento dei ghiacci ha permesso di limitare il ritiro del ghiacciaio, ma a livelli inferiori e di levazione5,6. Informazioni complementari ai risultati delle lingue dei ghiacciai possono provenire dai ghiacciai ad alta levazione7, dove il ghiaccio è congelato fino al substrato roccioso.
Nonostante la forte ritirata dalla Little Ice Age (LIA), l’accesso al ghiaccio più antico vicino al substrato roccioso è ancora complicato per le aree ad alta quota e di solito richiede la perforazione di carote di ghiaccio del ghiacciaio.
La maggior parte delle precedenti ricerche sulle carote di ghiaccio nelle Alpi era finalizzata a registrazioni climatiche stratigrafiche continue. Questo lo ha limitato ai ghiacciai dove di solito non c’è scioglimento in superficie durante tutto l’anno. Esistono pochi siti di perforazione idonei poiché sono per lo più limitati a un’altitudine superiore a 4000 m, ad es. località nel Western Alps.8 Nelle Alpi Orientali e ad altitudini inferiori ai 4000 m, tali record sono scarsi, con un solo record di carote di ghiaccio ottenuto da un sito già parzialmente temperato all’Ortles9 e presso il ghiacciaio temperato del Silvretta10. Tuttavia, in genere si sostiene che se le temperature del ghiaccio basale sono inferiori al punto di fusione, il cosiddetto “ghiaccio freddo” rimane congelato fino alla roccia. Se si muove, lo fa per deformazione interna lenta, a differenza del ghiaccio temperato (cioè ghiaccio a circa 0°C), che è in grado di scorrere lungo il substrato roccioso11. Anche se il suo spessore residuo è di soli 10 m circa, recentemente è stato trovato ghiaccio freddo stagnante millenario alla base di un ghiacciaio sommitale alpino12. Limitare l’età massima del ghiaccio stagnante vicino al substrato roccioso può indicare periodi passati senza ghiaccio, seguiti da neoglaciazione13. Quindi queste informazioni sull’età da sole contengono informazioni importanti sulle condizioni paleoclimatiche.

Fino a poco tempo fa, solo i ritrovamenti di manufatti umani venivano discussi in relazione a bassi rilievi di ghiacciai d’alta quota nelle Alpi; al Passo Schnidejoch (2750 m, A lps7 bernese) e all’“Uomo venuto dal ghiaccio tirolese” nell’Alps14 orientale. Il passo Schnidejoch è facilmente bloccato dall’avanzamento dei ghiacciai, rendendo i reperti un indicatore sensibile dei minimi glaciali passati. La datazione al radiocarbonio dei manufatti indica tre fasi di minima estensione del ghiaccio, adatte per l’attraversamento del passo. La prima fase era di circa 6,8-6,3 ka cal, una seconda fase da 5,7 a 4,9 ka cal e un terzo periodo adiacente da 4,9 a 4,2 ka cal15. La mummia tirolese Iceman è emersa da un piccolo campo di ghiaccio, scomparsa poiché, a Tisenjoch, una sella situata a 3210 m. La datazione al radiocarbonio della mummia indicava che l’Uomo venuto dal ghiaccio viveva all’incirca tra 5,1 e 5,3 ka cal14,16. Lo stato ben conservato del cadavere e dei manufatti suggerisce che siano stati conservati in condizioni di congelamento. Il campo di ghiaccio di Tisenjoch deve quindi essere stato presente durante diversi periodi noti di ritiro dei ghiacciai, come le fasi calde romana e medievale17. Sfortunatamente, dopo la scoperta dell’Uomo venuto dal ghiaccio, le analisi dei pollini sono state condotte solo sul ghiaccio circostante18. Con l’arrivo delle moderne tecniche radiometriche di datazione del ghiaccio basate sulla datazione al 14C della frazione di carbonio organico insolubile in acqua degli aerosol carboniosi incorporati nella matrice del ghiaccio, è ora possibile limitare l’età del ghiaccio del ghiacciaio stesso19,20. Datare il ghiaccio con le tecniche radiometriche odierne avrebbe potuto dirci se l’Uomo venuto dal ghiaccio fosse effettivamente morto in un ambiente per lo più privo di ghiaccio, o se fosse caduto in un crepaccio su un Tisenjoch coperto di ghiacciai.

Risultati

Il sito unico per la vecchia conservazione del ghiaccio a Weißseespitze. Il ghiacciaio Weißseespitze (WSS, 3500 m) segna il punto più alto del Gepatschferner nelle Alpi austriache. Si tratta di un sito unico: (1) situato a soli 12 km dalla posizione di Iceman, offre un potenziale surrogato per indagare sulle condizioni del ghiacciaio locale durante la vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio; (2) ha una geometria del ghiacciaio a forma di cupola, che è una caratteristica estremamente rara nelle Alpi (Fig. 1). Fotografie storiche risalenti al 1888 circa, mappe e modelli di elevazione digitali, nonché misurazioni dirette presso la cupola di ghiaccio sommitale rivelano una continua perdita di volume dal massimo LIA (Tabella 1) intorno al 1855 per Gepatschferner21. Lo spessore limitato del ghiaccio e la geometria della cupola significano un flusso di ghiaccio minimo o assente, confermato da misurazioni GPS differenziali in palio nel 2018 e nel 2019. In queste circostanze, l’influenza della dinamica del ghiaccio allo spartiacque è trascurabile per l’interpretazione dell’era glaciale. Nonostante l’ablazione misurata sui pali nel 2018 e nel 2019, le temperature del pozzo englaciale sono rimaste permanentemente sotto lo zero a 1 m sotto la superficie, con -3°C a 9 m di profondità, il che implica che il ghiaccio è congelato fino alla roccia (sezione “Metodi”).

Analisi delle carote di ghiaccio e vincoli di età dei ghiacciai. Nel marzo 2019, due carote parallele sono state perforate a 11 m dal substrato roccioso presso lo spartiacque con condizioni di fondo quasi piatto. Gli strati visibili di acqua di disgelo ricongelata indicano che in questo sito si è verificato solo uno scioglimento occasionale limitato quando si è formato questo ghiaccio. La parte principale del nucleo di ghiaccio comprende il ghiaccio del ghiacciaio ricco di bolle, il probabile risultato della metamorfosi secca della neve. Questa visualizzazione è supportata da rapporti stabili di ossigeno (δ18O) e idrogeno (δD) di un intervallo tipico della variazione stagionale della neve a questa quota, senza deviazione dalla linea di galleggiamento meteorica (sezione “Metodi”). Entro i 4 m superiori di ghiaccio, un contenuto di trizio dell’ordine di 100 mBq/kg suggerisce che il ghiaccio si sia formato prima del diffuso rilascio di trizio dai test sulle armi nucleari all’inizio degli anni ’60 (le concentrazioni massime nel 1963 dovrebbero superare i 10 Bq/kg ) e che gli strati di quel momento erano già stati rimossi fondendo. La superficie attuale a WSS è quindi più vecchia del 1963, con il ghiaccio rimanente il residuo di una calotta di ghiaccio originariamente più spessa. La datazione micro-14C basata su aerosol di cinque campioni dal nucleo di ghiaccio ha restituito età in continuo aumento con la profondità, da (0,62 ± 0,35) ka cal (cioè anni calibrati in ka prima del 1950, intervallo 1 sigma) a circa 4,5 m di profondità 5.884 ± 0.739) ka cal appena sopra il letto (Fig. 2 e sezione “Metodi”). Tutte le età sono riportate nel testo su questa scala temporale in ka. Le date originali si trovano nei riferimenti forniti.

Discussione

Abbiamo valutato le nuove prove di Weißseespitze, in primo luogo, alla luce delle informazioni esistenti riguardanti la storia climatica regionale, seguite dal contesto pan-alpino dei minimi glaciali datati dal ghiaccio. Per quest’ultimo, abbiamo prestato particolare attenzione alla co-valutazione dell’età massima e dell’elevazione di tutti i siti.
Nonostante la drastica perdita di massa sulla superficie nelle condizioni odierne, il ghiaccio basale è rimasto congelato sul letto. La nostra datazione del ghiaccio appena sopra il substrato roccioso indica che il corpo di ghiaccio a WSS si è formato prima di (5,9 ± 0,7) kcal e da allora è stato ghiacciato continuamente. Ciò implica che anche la posizione della vetta WSS a 3500 m di altitudine era priva di ghiaccio durante un intervallo precedente a (5,9 ± 0,7) ka. Nel contesto di altre prove climatiche regionali, questo risultato è coerente con le ricostruzioni della lunghezza del ghiacciaio del Gepatschferner, che documentano un’estensione minima distinta a partire da circa 5,9 ka21. Allo stesso modo, a circa 5,3-5,1 kcal, non esisteva ghiaccio nel vicino Tisenjoch, a 3210 m22. Il fatto che la durata di vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio rientri nella fascia di età massima determinata per il ghiacciaio sommitale WSS suggerisce che una neoglaciazione piuttosto rapida ha posto fine alle condizioni precedentemente quasi prive di ghiaccio alle vette di questa regione.
La fine del cosiddetto “Holocene Climatic Optimum”14,23 si osserva anche nelle registrazioni delle stalagmiti austriache, indicando l’inizio di un periodo di raffreddamento intorno a 5.9 ka24. Nelle Alpi orientali, i resti di legno subfossile datati ad anelli di alberi indicano che si sono verificati diversi progressi tra 5,9 e 5,5 ka in tre diversi ghiacciai delle Alpi: Unteraar, Pasterze, Tschierva25. I primi due hanno tempi di risposta molto più lunghi rispetto a Tschierva, e generalmente le fluttuazioni delle lingue dei ghiacciai deviano dai bilanci di massa sui ghiacciai sommitali perché la posizione del capolinea dipende anche dalla dinamica del ghiaccio e perché l’erosione eolica influisce sull’accumulo netto alle vette. Tuttavia, il quadro generale concorda bene. Intorno a 5,9 ka, c’è stato un progresso limitato al ghiacciaio Tschierva, raggiungendo l’estensione del ghiaccio del 2000 e terminando il precedente periodo caldo25. Durante quei periodi caldi, il limite del bosco era fino a 165 m al di sopra del limite del 1980 a Kaunertal, in prossimità finale di WSS26. Un record di chironomide ottenuto allo Schwarzsee nella vicina Oetztal suggerisce che all’incirca tra 5,2 e 4,5 ka cal si è verificata una transizione climatica, con una netta tendenza al raffreddamento nelle temperature estive, che ha prevalso fino alla fine della LIA27.

Figura 1. L’ubicazione del ghiacciaio sommitale Weißseespitze, il sito di scoperta dell’Uomo venuto dal ghiaccio tirolese (“Ötzi”) e altri siti discussi nel testo (A). Nella riga inferiore è mostrato un primo piano della topografia del ghiacciaio sulla cima del Weißseespitze e il punto preciso di perforazione (B). Notare la forma unica della cupola del ghiacciaio sommitale.
Fonti dei dati parte A: EuroBoundaryMap, copyright EuroGeographics; CCM River and Catchment Database copyright Commissione europea — JRC, 2007; CIAT-CSI SRTM (http://srtm.csi.cgiar.org); Cartografia: IGF, ÖAW, 2020; sotto una licenza internazionale CC-BY-NC-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/). Mappe realizzate con il software con licenza Arc Map 10.6.1 (https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/), figura realizzata con il software con licenza Adobe Illustrator CS6 (https://www. adobe.com).
Tabella 1. Variazione dell’altitudine come indicatore della perdita di ghiaccio al vertice di Weißseespitze, espressa in metri all’anno e derivata da modelli digitali di elevazione (DEM, studi precedenti) e misurazioni dirette mediante pali di ablazione (questo lavoro).
Differenza DoD dei DEM.
Figura 2. Relazione profondità-età del nucleo di ghiaccio di Weißseespitze, ottenuta mediante datazione al micro-radiocarbonio a base di aerosol del ghiaccio. Viene mostrata anche la perdita di elevazione della superficie ricostruita tra il 1969 e il 2017. Figura realizzata con il software con licenza Adobe Illustrator CS6 (https: /www.adobe com).
Figura 3. Fotografia del profilo della palude di Buntes Moor con il radiocarbonio indicato a ges28 come linee tratteggiate arancioni.
Buntes Moor si trova adiacente al capolinea LIA del ghiacciaio Fernauferner. Gli strati grigi sono sedimenti fluvioglaciali del bacino (ad esempio linee tratteggiate gialle). Gli strati scuri sono torba formata durante i periodi caldi. Figura realizzata con software con licenza Adobe Illustrator CS6 (https://www.adobe.com).

Ciò è coerente con altre prove regionali fornite dai sedimenti della torbiera di Oberfernau (Buntes Moor): uno strato datato al radiocarbonio segna la fine della crescita della torba durante una fase calda (Fig. 3). Da circa 4,2–3,9 kcal in poi, i sedimenti fluvioglaciali indicano la presenza di ghiacciai nel bacino idrografico, cioè un periodo più fresco28.
Sebbene l’altitudine effettiva dei ghiacciai che portano ai depositi fluvioglaciali non sia ben definita, deve essere stata significativamente inferiore alla vetta WSS. In questo contesto regionale, i risultati del WSS si adattano notevolmente bene a un quadro generale delle condizioni di caldo regionale che terminano intorno ai 5,9 ka in alta quota. Questo è stato seguito da un periodo di avanzamento del ghiacciaio iniziato intorno alla vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio, con un inizio ritardato della glaciazione sulle cime a quote più basse.

Tabella 2. Compilazione dei vincoli di età massima del ghiacciaio.
Figura 4. Compilazione di eventi di neoglaciazione passati datati in località di alta quota nelle Alpi. Da notare la generale corrispondenza tra l’età massima del ghiacciaio e la sua altitudine. L’area ombreggiata in blu indica il periodo di copertura continua di ghiaccio. Sono mostrate anche la ricostruzione del limite degli alberi da Kaunertal26 e i progressi ricostruiti di Gepatschferner maggiori del suo estremo 196021. Riferimenti: Colle Gnifetti s addle19,31, flank20; Col du Dome32; Ortler9; Iceman “Ötzi”14,16; Chli Titlis e Schladminger Glacier12; Schnidejoch15. Figura realizzata con software con licenza Adobe Illustrator CS6 (https://www.adobe.com).

I risultati del WSS sono integrati in una panoramica dei vincoli di età massima già esistenti (Tabella 2), al fine di indagare ulteriormente la storia di neoglaciazione dei ghiacciai di alta quota in tutte le Alpi e il ruolo dell’altitudine del sito. Come mostrato in Fig. 4, questa compilazione rivela un gradiente notevole nell’insorgenza della neoglaciazione in relazione all’altitudine del sito. Sebbene l’altitudine delle lingue dei ghiacciai dipenda principalmente dalle precipitazioni, come suggerito dall’odierna distribuzione dei ghiacciai in Austria29, questo potrebbe non essere vero per i ghiacciai delle alte Alpi. Nelle posizioni di alta quota e sommità, i ghiacciai sono in genere di dimensioni molto limitate e fortemente esposti all’erosione eolica come principale vincolo all’accumulo netto in essi8. Invece, la dipendenza dall’altitudine trovata qui suggerisce una connessione primaria alla temperatura media annuale, e al suo tasso di decadimento, per la neoglaciazione in questi siti. In una visione semplicistica, una tendenza al raffreddamento porterebbe all’accumulo di neve, al bilancio di massa positivo prolungato e alla successiva formazione di ghiaccio sui siti di altitudine più elevata prima che su altitudini inferiori, poiché il tasso di ablazione è inferiore nel primo. Viceversa, periodi caldi potrebbero portare ad un aumento dell’ablazione e ad un prolungato bilancio di massa negativo nei siti più bassi, lasciando i ghiacciai più alti invariati nella geometria, come avviene oggi per le vette più alte delle Alpi occidentali30.
All’interno della regione del WSS, i vincoli massimi di età del ghiacciaio sono stati ottenuti da una carota di ghiaccio profonda perforata al ghiacciaio sommitale dell’Ortles: la datazione micro-14C basata su aerosol indica una formazione del ghiacciaio che inizia prima alla quota più alta di circa 3860 m, vale a dire intorno 0.4) ka cal9. Per i ghiacciai sopra i 4000 m, i vincoli di età massima sono stati ottenuti da carote di ghiaccio perforate al Colle Gnifetti (4450 m, massiccio del Monte Rosa) e Col du Dôme (4300 m, massiccio del Monte Bianco). Entrambi i ghiacciai si trovano nella regione più alta della zona di accumulo del ghiacciaio e presentano una geometria a forma di sella. A differenza della cupola di ghiaccio al WSS, la geometria della sella influenza l’interpretazione della datazione del nucleo di ghiaccio in relazione ai vincoli di età massima del ghiacciaio. Al Colle Gnifetti, per due carote di ghiaccio perforate vicino alla punta della sella, le date al radiocarbonio dagli strati più profondi indicano ghiaccio più vecchio di 11,5 ka cal19,31. Al contrario, in una carota di ghiaccio perforata in posizione di fianco, è stata ottenuta un’età basale di soli (4,1 ± 0,2) kcal20. Allo stesso modo, per una carota di ghiaccio perforata in una posizione di fianco al Col du Dôme, l’età basale è stata recentemente limitata a circa (5,0 ± 0,6) ka cal32.
Due interpretazioni non esclusive possono spiegare la differenza di età tra le posizioni della sella e del fianco. A causa del flusso di ghiaccio nelle posizioni dei fianchi, lo strato di ghiaccio più profondo originato dalla neoglaciazione potrebbe essere stato fortemente assottigliato, rendendo difficile risolverne adeguatamente l’età in un campione di massa. Inoltre, l’originale neoglaciazione potrebbe essere iniziato come una piccola chiazza di ghiaccio attorno alla sella e non aver raggiunto i fianchi fino a quando non è stato completato un ulteriore accumulo del ghiacciaio. In particolare, se preso al valore nominale come l’età massima del ghiacciaio, le date radiocarboniche dalle posizioni della sella al Colle Gnifetti si adattano bene al gradiente di elevazione della neoglaciazione rivelato nei siti al di sotto dei 4000 m (Fig. 4).

Il gradiente altimetrico implica che nelle Alpi solo i siti di altitudine più elevata, come il Colle Gnifetti, siano rimasti coperti di ghiaccio in tutto l’Olocene. Questo punto di vista è corroborato dal fatto che le vette sopra i 4000 m mostrano solo lievi variazioni di volume anche nelle attuali condizioni climatiche30. Per quanto riguarda la presenza di ghiacciai al di sotto dei 4000 m, la variabilità climatica dell’Olocene è bastata a indurre la loro de e successiva neoglaciazione. Considerando l’attuale perdita di ghiaccio a WSS e altrove, uno spostamento sistematico verso un clima futuro più caldo sradicherà permanentemente questi archivi di ghiaccio.
Sebbene la densità spaziale degli archivi di ghiaccio datati sia particolarmente alta nel caso delle Alpi, il nostro approccio può, in linea di principio, essere trasferito ad altre catene montuose per studiare la loro storia di neoglaciazione dell’Olocene. Ciò sembra particolarmente promettente laddove esistono già vincoli di età sugli strati più profondi dei ghiacciai d’alta quota33. Tuttavia, la discussione sui limiti massimi di età al Colle Gnifetti illustra l’importanza degli effetti topografici per interpretare la fluttuazione e la presenza dei ghiacciai come indicatori del clima34 e dei cambiamenti climatici29.
In questo contesto, vale la pena notare che i dati sul bilancio di massa puntuale hanno dimostrato di riflettere i cambiamenti climatici meglio del bilancio di massa totale o delle fluttuazioni terminali35. I ghiacciai freddi di alta quota con una bassa dinamica del ghiaccio, quasi ideali, tipici del WSS, presentano quindi un collegamento più diretto al cambiamento climatico passato rispetto alle fluttuazioni terminali.
Inoltre, l’altitudine del sito influisce sulla sensibilità di eventuali ghiacciai ai cambiamenti climatici. Sebbene l’intervallo dell’obiettivo altitudinale possa essere diverso per ogni catena montuosa, abbiamo dimostrato qui per le Alpi come alcuni ghiacciai d’alta quota forniscono preziose informazioni sulla glaciazione dell’Olocene. Ciò fornisce importanti conoscenze di base per la pianificazione dello sviluppo sostenibile nelle regioni di montagna mentre si avvicinano a condizioni quasi prive di ghiaccio in un clima futuro più caldo.

Conclusione

In una raccolta con i vincoli esistenti sull’età del ghiacciaio, la cupola di ghiaccio unica a Weißseespitze ha chiuso un divario regionale e altitudinale per rivelare la prima prova diretta di un gradiente di elevazione della neoglaciazione dell’Olocene nelle Alpi. Mentre solo i siti di altitudine più elevata sono rimasti coperti di ghiaccio in tutto l’Olocene, le vette intorno ai 3000-4000 m erano probabilmente prive di ghiaccio durante il Medio Olocene o coperte da ghiacciai decisamente più piccoli di oggi.
Intorno alla vita dell’Uomo venuto dal ghiaccio tirolese e poco prima, iniziò una rapida formazione di ghiaccio e parte di questa copertura di ghiaccio esiste ancora oggi. Gli attuali tassi di scioglimento impressionanti minacciano l’estinzione di questi archivi di ghiaccio: il ghiacciaio Weißseespitze, che si è accumulato in quasi 6000 anni, potrebbe scomparire entro soli due decenni. Tuttavia, potrebbe non essere la deglaciazione delle vette durante l’Olocene ad essere senza precedenti, ma il suo ritmo, su cui abbiamo urgentemente bisogno di ampie informazioni empiriche. I nostri risultati dimostrano che il ghiaccio freddo in alcuni ghiacciai, anche al di sotto dei 4000 m, è effettivamente un archivio sensibile che fornisce una linea di base di almeno 5 millenni di cambiamento del ghiacciaio alpino, che ci consente non solo di affrontare la variabilità climatica del passato, ma anche di trovare prove degli effetti della mitigazione del cambiamento climatico nei decenni futuri.

Metodi

Caratteristiche del sito. La cima del Weißseespitze presenta una geometria unica della cupola di ghiaccio, con il suo divario di ghiaccio principale che si estende all’incirca da una sezione priva di ghiaccio a est verso la scogliera sul lato occidentale. Lo spessore del ghiaccio intorno allo spartiacque varia da 6 a 12 m misurato con un GSSI SIR 4000 GPR (500 MHz). La variazione di elevazione della superficie totale dal 1969 supera i 10 m, sulla base di modelli di elevazione digitale (Tabella 1). Nessuna presenza di uno strato di firn è stata riscontrata nelle fosse innevate a parte l’innevamento stagionale. Le misurazioni della temperatura englaciale verificano le condizioni del ghiaccio freddo e indicano il ghiaccio congelato sul substrato roccioso (Fig. 5). La temperatura media dell’aria è – 6,9°C per il periodo di 2 anni 1 novembre 2017–31 ottobre 2019 (T max: + 11,1°C, T min: -33,1°C). Le velocità del flusso di ghiaccio allo spartiacque sono state misurate su pali con GPS differenziale. Entro la precisione di misurazione di ± 10 cm, non è stato rilevato alcun movimento tra luglio 2017 e ottobre 2019.

Carotaggi su ghiaccio e movimentazione anime. Due anime sono state perforate nella stessa posizione su WSS fino al letto utilizzando un trapano elettromeccanico da 2″36. Le anime sono state imballate in loco in scatole isolanti e trasportate tramite trasporto in celle frigorifere alle strutture delle celle frigorifere (- 20°C) dell’Istituto di fisica ambientale, Università di Heidelberg. La stratigrafia visiva delle carote di ghiaccio mostrava strati di ghiaccio bianchi ricchi di bolle, occasionalmente interrotti da strati trasparenti spessi cm di acqua di disgelo ricongelata. I 30 cm più bassi delle carote mostravano piccole rocce incorporate nel ghiaccio, un chiaro segno della vicinanza del substrato roccioso. Ciò è coerente con i segni di graffio sulle frese della canna dell’anima dopo l’ultima corsa di perforazione sul substrato roccioso. Non è stato possibile recuperare altro ghiaccio, fornendo una chiara prova del raggiungimento del substrato roccioso.

Figura 5. Risultati delle temperature englaciali dalla stazione meteorologica automatica al vertice WSS (grigio: temperatura dell’aria, blu: temperatura del ghiaccio a 9 m di profondità, rosso: temperatura del ghiaccio a 6 m di profondità, nero: temperatura del ghiaccio a 1 m di profondità). Temperature sotto lo zero a 9 m di profondità con una temperatura media di -3,1°C per l’intero periodo indicano che il ghiaccio basale sottostante è congelato al substrato roccioso, nonostante le temperature dell’aria fino a 11,1°C inducano una forte fusione superficiale. Figura realizzata con software con licenza Microsoft Excel 2016 (https://www.microsoft.com/).
Tabella 3. Concentrazioni di trizio di tre carote poco profonde perforate al vertice WSS nel 2018.

Analisi degli isotopi del trizio e dell’acqua stabile. Oltre alle carote profonde perforate nel substrato roccioso, tre carote poco profonde sono state perforate a una profondità di 3-4 m, in posizioni intorno alla posizione della carotaggio nel ghiaccio profondo. Dai nuclei poco profondi, sono stati preparati tre campioni ciascuno di 300 ml (cioè una lunghezza di 34 cm) dalla sezione superiore, inferiore e intermedia. I campioni sono stati spediti con trasporto in cella frigorifera ai laboratori Seibersdorf, Seibersdorf, Austria, dove è stato misurato il trizio dopo l’arricchimento elettrolitico, necessario a causa delle basse concentrazioni (Tabella 3). Dalla carota di ghiaccio principale perforata al substrato roccioso, i sottocampioni per l’analisi degli isotopi dell’acqua stabili sono stati tagliati manualmente a intervalli di 5 cm fino a una profondità di 8,3 me a 2,5 cm tra 8,3 me l’estremità della carota (11,13 m). Le misurazioni sono state eseguite presso l’Istituto di fisica ambientale, Università di Heidelberg, utilizzando uno spettrometro a cavità circolare. Le incertezze di misura variano entro ± 0,1 e ± 0,4‰ rispettivamente per δ18O e δD12. Calcolando la regressione lineare ordinaria di δD contro δ18O si ottiene una pendenza di 7,5 con un coefficiente di correlazione di r=0,99 (Fig. 6). Il versante si trova vicino alla linea di galleggiamento meteorica globale (pendenza 8), mentre lo scioglimento e il ricongelamento porterebbero a valori ridotti della sope37. Quindi, l’analisi co-isotopica non presenta chiari segni di cambiamento isotopico dopo la formazione di ghiaccio per la maggior parte della stratigrafia.

Datazione con micro-radiocarbonio su ghiaccio a base di aerosol. Un totale di sei campioni selezionati per la datazione al micro-radiocarbonio (55-70 cm di lunghezza) sono stati spediti tramite trasporto in celle frigorifere all’Istituto Paul Scherrer (PSI). Lì, i campioni sono stati risciacquati con acqua ultrapura per rimuovere lo strato esterno potenzialmente contaminato. In questa fase si è perso circa il 20-30% della massa di ghiaccio. I campioni sono stati fusi a temperatura ambiente in contenitori da 1L (Semadeni, PETG) e filtrati con filtri in fibra di quarzo precotti (5 ore a 800°C). Le frazioni Water Insoluble Organic Carbon (WIOC) e Elemental Carbon (EC) sono state separate utilizzando un sistema di combustione commerciale (Sunset Laboratory Inc., USA) con un metodo termico-ottico di recente sviluppo (Swiss_4S). La CO2 risultante è stata quantificata con un rivelatore a infrarossi non dispersivi (NDIR) presso il Laboratorio per l’analisi del radiocarbonio con AMS (Laboratorio LARA) dell’Università di Berna. Lo strumento Sunset è accoppiato a un sistema di interfaccia per l’introduzione del gas (GIS), che a sua volta è accoppiato a un sistema MIni radioCArbon DAting System (MICADAS; sviluppato presso l’ETH di Zurigo). Il sistema consente misurazioni online del 14C delle frazioni carboniose separate dal tramonto. Le età 14C sono state calibrate utilizzando il software OxCal con la curva di calibrazione dell’emisfero settentrionale (IntCal13, non si osservano cambiamenti significativi quando si utilizza IntCal20 )38,39. I risultati della datazione al micro-radiocarbonio sono riassunti nella Tabella 4.

Figura 6. Risultati dell’analisi co-isotopica del nucleo di ghiaccio WSS. δD e δ18O sono strettamente correlati (r = 0,99).
La regressione lineare si traduce in una pendenza di 7,5, vicino alla linea di galleggiamento meteorica globale. Figura realizzata con software con licenza MATLAB R2019 (https://www.mathw orks.com).
Tabella 4. Risultati della datazione al micro-radiocarbonio. a A causa del materiale di limo visibile e dell’alto contenuto di carbonio organico, l’età nominale del campione basale più basso è influenzata dagli effetti del giacimento. Viene riportato per completezza ma non ulteriormente considerato per l’interpretazione.

Ricevuto: 9 giugno 2020; Accettato: 11 novembre 2020

Riferimenti
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Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare i membri delle squadre di lavoro sul campo a Weißseespitze. Ringraziamo con gratitudine l’assistenza di Kati Heinrich nella produzione di figure, l’editing linguistico di Brigitte Scott e l’aiuto di Josef Lier nella gestione delle carote di ghiaccio. Parte di questo lavoro è stato svolto nell’ambito del progetto Cold Ice finanziato dall’Austrian Science Fund (FWF): P 29256-N36. Un sostegno finanziario parziale è stato fornito a PB dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione europea nell’ambito della convenzione di sovvenzione Marie Skłodowska-Curie n. 790280.
Gli autori ringraziano Melaine Le Roy e Bethan Davies per i loro utili commenti sul manoscritto.

Contributi dell’autore
P.B., M.S.W. e A.F. hanno contribuito con la ricognizione e la perforazione delle carote di ghiaccio WSS. Per la carota di ghiaccio WSS, la preparazione, l’analisi e l’interpretazione del campione di radiocarbonio sono state eseguite da M.S. e L.F. La raccolta di altri dati è stata condotta da P.B. e A.F. M.S.W. velocità di flusso del ghiaccio misurate, temperature del ghiaccio e bilancio di massa al WSS.
P.S. ha scritto una prima versione del manoscritto. Tutti gli autori hanno contribuito alla versione finale del manoscritto.

Interessi conflittuali
Gli autori non dichiarano interessi in competizione.

Informazioni aggiuntive
La corrispondenza e le richieste di materiali devono essere indirizzate a P.B.
Le informazioni su ristampe e autorizzazioni sono disponibili su http://www.nature.com/reprints.
Nota dell’editore Springer Nature rimane neutrale rispetto alle rivendicazioni giurisdizionali nelle mappe pubblicate e nelle affiliazioni istituzionali.

Open Access Questo articolo è concesso in licenza con una licenza internazionale Creative Commons Attribution 4.0, che consente l’uso, la condivisione, l’adattamento, la distribuzione e la riproduzione in qualsiasi mezzo o formato, a condizione che si attribuisca il credito appropriato all’autore o agli autori originali e alla fonte, fornire un collegamento alla licenza Creative Commons e indicare se sono state apportate modifiche. Le immagini o altro materiale di terze parti in questo articolo sono inclusi nella licenza Creative Commons dell’articolo, se non diversamente indicato in una linea di credito al materiale. Se il materiale non è incluso nella licenza Creative Commons dell’articolo e l’uso previsto non è consentito dalla normativa legale o eccede l’uso consentito, sarà necessario ottenere l’autorizzazione direttamente dal titolare del copyright. Per visualizzare una copia di questa licenza, visitare http://creativecommons .org/licenses/by/4.0/.

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