Gli scienziati sanno che il clima terrestre può realmente cambiare bruscamente. Durante l’ultima era glaciale, le temperature in Groenlandia sono aumentate fino a 16°C in pochi decenni. Enormi ondate di iceberg hanno inoltre ripetutamente interrotto la circolazione nell’Atlantico settentrionale durante eventi noti come eventi di Dansgaard-Oeschger e di Heinrich.
Questi tipi di cambiamenti improvvisi, chiamati eventi climatici su scala millenaria, rivelano che il sistema climatico terrestre può riorganizzarsi molto più rapidamente di quanto ci si aspetterebbe dai soli lenti cambiamenti nell’orbita terrestre.
Per anni, i ricercatori hanno creduto che tali rapide oscillazioni climatiche fossero principalmente legate alla crescita e al collasso di grandi calotte glaciali. Ciò lasciava irrisolto un grande mistero: come potevano verificarsi cambiamenti climatici così rapidi durante i periodi di riscaldamento globale nella storia della Terra, quando le calotte glaciali erano pressoché inesistenti?
Un nuovo studio internazionale potrebbe ora fornire una risposta.
Gli scienziati collegano le oscillazioni orbitali ai rapidi cambiamenti climatici
Un team di ricerca guidato dal professor Chengshan Wang dell’Università cinese di geoscienze (Pechino), in collaborazione con scienziati provenienti da Belgio, Austria e Cina, ha trovato prove che lenti cambiamenti nell’orbita terrestre potrebbero aver innescato brusche fluttuazioni climatiche anche durante periodi di clima serra senza ghiaccio. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati su Nature Communications .
I ricercatori hanno analizzato carote di sedimenti provenienti dal bacino di Songliao, in Cina, depositate circa 83 milioni di anni fa, durante il Cretaceo superiore. A quel tempo, la Terra si trovava in una fase di effetto serra, con livelli molto elevati di CO₂ atmosferica e praticamente nessuna calotta glaciale polare.
I campioni di sedimenti provengono dal Cretaceous Continental Scientific Drilling Project, un progetto di perforazione internazionale avviato nel 2006 dal professor Wang.
Come i cicli di precessione terrestre influenzano il clima
La Terra non ruota in modo perfettamente stazionario. Il suo asse oscilla lentamente nel tempo, come una trottola, un movimento noto come precessione assiale. Un’oscillazione completa dura circa 26.000 anni.
Poiché questa oscillazione interagisce con i graduali spostamenti dell’orbita ellittica terrestre, crea due principali cicli di precessione climatica della durata di circa 19.000 e 23.000 anni. Questi cicli influenzano la distribuzione della luce solare tra l’emisfero settentrionale e quello meridionale durante le diverse stagioni, rendendoli un fattore determinante per i modelli climatici a lungo termine.
L’effetto diventa particolarmente rilevante nelle regioni tropicali. Poiché l’asse terrestre è inclinato rispetto alla sua orbita, le aree al di fuori dei tropici registrano un picco annuale di radiazione solare in prossimità del solstizio d’estate. Le regioni tropicali si comportano in modo diverso: ricevono due picchi annuali di radiazione solare in prossimità degli equinozi e due minimi annuali in prossimità dei solstizi.
Questo particolare schema di irraggiamento solare tropicale crea ogni anno quattro picchi di contrasto solare stagionale. Nel tempo, questo schema genera un ciclo climatico di precessione di un quarto di giro, della durata di circa 5.000 anni.
Prove dall’era dei dinosauri
Il team ha trovato prove concrete di questi cicli negli antichi sedimenti.
Utilizzando dati geochimici, analisi mineralogiche e simulazioni di bioturbazione, i ricercatori hanno scoperto cicli climatici umidi e aridi ripetuti durante il Cretaceo superiore. Questi cambiamenti si verificavano con un ritmo regolare di circa 4.000-5.000 anni. L’intensità di queste oscillazioni variava anche in base a cicli orbitali più lunghi di 100.000 anni, collegati a cambiamenti nell’eccentricità dell’orbita terrestre.
I risultati corrispondono fedelmente alle previsioni teoriche su come la radiazione solare tropicale dovrebbe reagire alla geometria orbitale della Terra.
Secondo i ricercatori, ciò dimostra che le sole variazioni della luce solare equatoriale sono in grado di innescare importanti fluttuazioni climatiche. La loro analisi spettrale ha inoltre suggerito che questi cicli di 5.000 anni potrebbero innescare oscillazioni climatiche ancora più rapide, della durata compresa tra 1.800 e 4.000 anni, attraverso interazioni climatiche non lineari.
Nel complesso, le prove suggeriscono che il clima terrestre durante il Cretaceo superiore, periodo caratterizzato da un’atmosfera serra, fosse tutt’altro che stabile. Al contrario, oscillava ripetutamente tra condizioni più umide e più secche sotto l’influenza delle forzanti orbitali legate ai cicli di precessione.
Cosa potrebbe significare questo per il futuro della Terra
“Durante il Cretaceo superiore, i livelli di CO₂ atmosferica raggiunsero circa 1.000 parti per milione, un valore paragonabile alle proiezioni per la fine di questo secolo”, afferma il professor Michael Wagreich, paleoclimatologo dell’Università di Vienna. “Questo rende il clima serra del Cretaceo un analogo significativo per comprendere il futuro della Terra.”
“Dato che la configurazione orbitale della Terra rimarrà stabile per miliardi di anni, lo stretto legame che abbiamo individuato tra la precessione astronomica e i cicli climatici su scala millenaria implica che oscillazioni climatiche ad alta frequenza, come quelle osservate nel Cretaceo, potrebbero emergere anche in un futuro più caldo, potenzialmente in modi più prevedibili di quanto si pensasse in precedenza”, conclude il primo autore dello studio, Zhifeng Zhang.
Questo lavoro è stato finanziato dal Deep Earth Probe and Mineral Resources Exploration — National Science and Technology Major Project of China (No. 2024ZD1001105), dalla National Natural Science Foundation of China (No. 42272134 a YH, 42488201 a CW, 42502020 a ZZ, 42172137 a CM), dal National Key Research and Development Program of China (No. 2023YFF0804000 a CM), dai fondi del team di talenti leader scientifici e tecnologici “Deep-time Digital Earth” per le università centrali per il Frontiers Science Center for Deep-time Digital Earth, China University of Geosciences (Beijing) (fondi per la ricerca fondamentale per le università centrali) (No. 2652023001 a CW) e dal Postdoctoral Fellowship Program of CPSF (No. GZC20241605 a ZZ). QY è un ricercatore associato senior del Fonds de la Recherche Scientifique-FNRS (FRS-FNRS) e ringrazia per il supporto ricevuto tramite la borsa di studio FRS-FNRS n° T.0246.23. ZZ ringrazia la China Postdoctoral Science Foundation per la borsa di studio (n. 2025M770431). ACDS ringrazia FNRS per il supporto a WarmAnoxia (borsa di studio T.0037.22).
Abstract
I cicli climatici su scala millenaria persistono durante i periodi di effetto serra, ma i meccanismi sottostanti rimangono poco chiari. In questo studio, utilizzando ricostruzioni proxy, presentiamo registrazioni geologiche con risoluzione centenaria provenienti da depositi del Campaniano inferiore, risalenti al periodo di effetto serra, sia nell’Asia orientale a media latitudine che nell’Atlantico meridionale a bassa latitudine. Queste registrazioni documentano cicli climatici millenari (~1-6 mila anni) caratterizzati da alternanza tra periodi umidi e secchi. La relazione di modulazione dell’ampiezza tra i cicli più prominenti di ~4-5 mila anni (corrispondenti al ciclo di precessione di ¼) e l’eccentricità si allinea perfettamente con i cicli di insolazione equatoriale calcolati teoricamente, dimostrando l’effetto climatico di questa forzante di insolazione prevista sul clima globale. Altri cicli millenari emergono principalmente da questi cicli di ~4-5 mila anni tramite modulazione non lineare dell’ampiezza e toni di combinazione. Le ricostruzioni proxy e i calcoli teorici convergono quindi nel dimostrare che, durante questo periodo caldo di effetto serra, la precessione può stimolare direttamente e indirettamente i cicli climatici millenari. Il legame deterministico tra parametri astronomici e cicli climatici millenari implica che le oscillazioni climatiche ad alta frequenza potrebbero essere prevedibili in futuri climi caratterizzati da effetto serra, in particolare in presenza di riscaldamento antropogenico.
Materials provided by China University of Geosciences. Note: Content may be edited for style and length.
Zhifeng Zhang, Yongjian Huang, Tiantian Wang, Qiuzhen Yin, Anne-Christine Da Silva, Eun Young Lee, Hanfei Yang, Chao Ma, Hai Cheng, André Berger, Chengshan Wang. Precession-induced millennial climate cycles in greenhouse Cretaceous. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-66219-4
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