Corrente di fondo antartica, cambiamenti paleoceanografici e paleoclimatici: il margine del Wilkes Land (Antartide orientale)

Le correnti di fondo che si originano nelle depressioni della piattaforma continentale antartica ricoprono un ruolo molto importante nel sistema della circolazione globale. Esse alimentano la cosiddetta Antarctic Bottom Water (AABW), la corrente responsabile della circolazione profonda dell’Oceano meridionale e del trasferimento di calore dalle medie alle alte latitudini.

L’OGS ha effettuato studi regionali e di dettaglio in diverse aree del margine antartico, in particolare studiando i processi che avvengono attualmente, ma soprattutto che avvenivano nel passato (durante intervalli climatici più caldi), lungo il tragitto della circolazione circum-antartica nelle zone oceaniche profonde e nelle zone più costiere, sorgenti dell’Antarctic Bottom Water (AABW). Lo scopo è capire, attraverso le variazioni paleo-ambientali, l’impatto dei cambiamenti climatici sulla dinamica glaciale e sulla circolazione oceanica.

Una delle regioni più interessanti in cui l’OGS ha concentrato i suoi studi, sin dal 1999, è il margine continentale del Wilkes Land. La calotta glaciale che ricopre il bacino del Wilkes appoggia sul fondo del mare ed è quindi particolarmente vulnerabile alle variazioni del livello del mare. Lungo la costa del Wilkes Land si forma l’Adélie Land Bottom Water (ALBW), una componente importante dell’ Antarctic Bottom Water. I sedimenti marini che si sono deposti sul margine continentale di questa zona, hanno quindi registrato nel tempo le variazioni di volume ed estensione dei ghiacci in relazione ai cambiamenti del livello del mare e in relazione alla circolazione marina.

Principali risultati conseguiti dall’OGS:

1)      la distribuzione dei sedimenti glaciali e interglaciali e dei depositi da corrente di fondo nell’arco del Quaternario sulla piattaforma, sulla scarpata e sul rialzo continentale, ottenuti dall’analisi di sedimenti, e del rilievo morfo-batimetrico. Nei sedimenti del Quaternario sono stati analizzati in dettaglio anche i processi diagenetici e geochimici che hanno influenzato la sedimentazione. Il sistema deposizionale quaternario è influenzato dall’interazione tra correnti che scorrono seguendo le isobate e correnti dense e fredde che si incanalano nei canyon della scarpata, sovrimposti su una vecchia morfologia incisa da correnti di torbida, nel Cenozoico.  La collaborazione con il progetto CEAMARC Census for Antarctic Marine Life ha permesso di identificare colonie di coralli e spugne, ecosistemi marini vulnerabili, alla testata di canyon sottomarini che ricevono le acque di fondo, ricche di nutrienti.

2)      Il record cenozoico ha evidenziato differenze nella dinamica deposizionale, che rispecchia una maggior energia e trasporto di carico sedimentario dalla piattaforma al rialzo continentale nel Miocene inferiore e medio. Depositi tipicamente torbiditici di canale-argine, debris flow di enormi dimensioni e in alcune zone importanti fenomeni di instabilità gravitativi, riflettono la presenza e la crescita di ghiacciali costieri e poi di calotte glaciali in regime ancora di tipo temperato. Le sequenze Mioceniche superiori indicano invece il passaggio al regime polare, caratterizzato da scarso tasso di sedimentazione e dominanza dei processi legati all’attività delle correnti di fondo. 

Progetti:

PNRA (Programma Nazionale di Ricerca in Antartide) progetto WEGA (Wilkes Basin Glacial History, 1999-2001) co-finnaziato dall’Australian National Antarctic Research Expedition (ANARE). La campagna WEGA nel 2000 ha raccolto: dati sismici multicanale, dati ecosounding chirp e carote di sedimento.

PNRA (Programma Nazionale di Ricerca in Antartide) progetto MOGAM (MOrphology and Geology of Antarctic Margins,2002-2004). La campagna MOGAM nel 2005 ha raccolto: dati di morfo-batimetria (multibeam), dati sismici multicanale, dati ecosounding chirp e carote di sedimento.

Progetto IMAGES-X CADO (2003). La campagna nel 2003 ha raccolto 2  Calypso cores che sono state poi studiate nell’ambito die progetti the PNRA-QUASAR (2004-2006) e European Re-Integration Grant (ERG)“HoloSed” HOLOocene SEDdiment record of Antarctic deep water production (2006-2007).

IODP leg 318 “Cenozoic Glacial History and Sea Level Change of the Wilkes Land Margin, Antarctica(2010). Co-chief Carlota Escutia (SP) e Henk Brinkuis (NL) http://iodp.tamu.edu/scienceops/expeditions/wilkes_land.html. OGS ha fornito i dati di site survey e tutte le informazioni necessarie all’effettuazione del leg. Ha inoltre partecipato alle pubblicazioni, essendo co-proponente del proposal IODP originario, nell’ambito dei progetti PNRA-WEGA, MOGAM and ASSO project (2004-2006).

Progetto ESF Polarclimate HOLOCLIP (2010-2012) http://www.holoclip.org/ OGS in questo porgetto partecipa mettendo  a disposizione il suo data set e partecipando alle pubblicazioni.

Collaborazioni:

Tutti i progetti sono svolti in collaborazione con tecnici e ricercatori dell’OGS, di vari istituti italiani e stranieri. In particolare all'OGS lavorano in questa zona: Laura De Santis, Federica Donda, Andrea Caburlotto, Giuliano Brancolini, Renata Lucchi, Massimo Presti, Lorenzo Petronio, Marina Lipizer, Martina Busetti, Andrea Cova, Daniela Accettella, Fabrizio Zgur, Nigel Wardell, Claudio Pelos, Claudio Zanolla. Un ringraziamento particolare va anche a tutti coloro che hanno contribuito alla realizzazione delle due campagne di acquisizione dei dati WEGA (2000) e MOGAM (2005)

Le istituzioni italiane che collaborano con OGS nello studio del margine continentale del Wilkes Land, contribuendo, in particolare, per la sedimentologia, la biostratigrafia e il paleomagnetismo sono: Università di Genova, Parma, Siena e Trieste, INGV Roma.

Le istituzioni straniere che collaborano con OGS agli studi del margine continentale del Wilkes Land sono:  University of Bordeaux (France), Alfred Wegener Institute in Bremerhaven, (Germany), Geoscience Australia and IASOS-University of Tasmania (Australia), University of Granada (Spain), VNIIOKEANOLOGIA (Russia).

Publicazioni:

Beaman R. J., Harris P.T.,2005, Bioregionalization of the George V Shelf, East Antarctica. Continental Shelf Research 25, 1657–1691

Beaman R. J., O’brien P.E., Post A.L., De Santis L.,. 2010. A new high-resolution bathymetry model for the Terre Adélie and George V continental margin, East Antarctica. Antarctic Science page 1 of 9 . Antarctic Science Ltd 2010. doi:10.1017/S095410201000074X

Caburlotto A., De Santis L., Camerlenghi A., Dix J.K., Zanolla C, 2006. New insights into Quaternary Glacial Dynamic Changes on The George Vth Land Continental Margin (East Antarctica). Quaternary Science Reviews, 25, 3029-3049.

Caburlotto A., Lucchi R.G., De Santis L., Macrì P., Tolotti R. 2009. Sedimentary processes on the Wilkes Landcontinental rise reflect changes in glacial dynamic and bottom water flow. International Journal of Earth Sciences (Geol Rundsch) DOI 10.1007/s00531-009-0422-8

Damiani D., Giorgetti G., MemmiTurbantiI., 2006. Clay mineral fluctuations and surface textural analysis of quartz grains in Pliocene–Quaternary marine sediments from Wilkes Landcontinental rise (East-Antarctica): Paleoenvironmental significance. Marine Geology 226 281– 295

De Santis L.,  Brancolini G., Donda F., O’Brien P., 2010. Cenozoic deformation in the George V Land continental margin (East Antarctica), Marine Geologyvolume 269, issues 1-2, pp 1-17, 2010.DOI information: 10.1016/j.margeo.2009.12.001

Donda F., Brancolini G., O’Brien P. E., De Santis L., Escutia C., 2007, Sedimentary processes in the Wilkes Land margin: a record of the Cenozoic East Antarctic Ice Sheet evolution. Journal of the Geological Society, London, Vol. 164, pp. 243–256.

Donda, F., O'Brien, P.E., De Santis, L., Rebesco, M., Brancolini, 2008. G. Mass wasting processes in the Western Wilkes Landmargin: Possible implications for East Antarctic glacial history. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 260 (1-2), pp. 77-91.

Escutia C., De Santis L., Donda F.,Dunbar R.B., Cooper A.K., Brancolini G., Eittreim S.L.. 2005, Cenozoic Ice Sheet History from East Antarctic Wilkes Landcontinental margin sediments.In: Florindo, F., Harwood, D.M., Wilson, G.S. (Editors) “ Long-term changes in Southern high-latitude ice sheets and climate: the Cenozoic history”. Global and Planetary Change 45, 51-81

Harris P.T., Brancolini G., Armand L., Busetti M., Beaman R.J., Giorgetti G., Presti M., Trincardi F., 2001 . Continental shelf drift deposit indicates non-steady state Antarctic bottom water production in the Holocene. Marine Geology, 179, pp. 1-8.

Macrì P., Sagnotti L., Turell J.D., Caburlotto A. 2005. A composite record of Late Pleistocene relative geomagnetic paleointensity from the Wilkes LandBasin(Antarctica). Physics of the Earth and Planetary Interiors 151, 223–242

Macrì P., Sagnotti L., Turell J.D., Caburlotto A. 2010. Relative geomagnetic paleointensity of the Brunhes Chron and the Matuyama–Brunhes precursor as recorded in sediment core from Wilkes LandBasin(Antarctica). Physics of the Earth and Planetary Interiors 179, 72–86.

Petronio L., Lipizer M., De Santis L., Rintoul S.and Wardell N.,2010. Offshore seismic reflection data: an oceanographic perspective, BGTA Bollettino di geofisica Teorica ed Applicata, vol. 51, 2-3, 89-98.

Post Alexandra L., O’brien Philip E., Beaman Robin J., Riddle Martin J., De SantisL., 2010. Physical controls on deep water coral communities on the George V Land slope, East Antarctica. Antarctic Science, volume 22, (04), pp. 371-378. doi:10.1017/S0954102010000180

Presti M., De Santis L., Brancolini G.2005. Continental shelf record of the East Antarctic Ice Sheet evolution: seismo-stratigraphic evidence from the GeorgeVBasin.Quaternary Science Reviews, Vol 24/10-11 pp 1223-1241.

Presti M., Barbara L., Denis D., Schmidt S., De Santis L., Crosta X., 2011. Sediment delivery and depositional patterns off AdélieLand (East Antarctica) in relation to late Quaternary climatic cycles. Marine Geology, 284 (1-4): 96-113.

Deep Sea Research Special Volume II,  50, Issues 8-9, (May 2003) Recent investigations of the Mertz Polynya and George Vth Land continental margin, East Antarctica.Edited by P. Harris, G. Brancolini, N. Bindoff, L. De Santis, Elsevier Publ.

Volume contents :

• Harris P.T., Brancolini G., Bindoff N. and De Santis L., Preface, p. 1335
• Smith, R  “Bathymetry of the GeorgeVthLandshelf and slope”, p. 1337
• Beaman, R. and Harris, P.T. “Acoustic facies of the George Vth land shelf”, p. 1343
• Wu X., Budd W.F. and Alison I. “Modelling the impacts of persistent Antarctic polynyas with an atmosphere-sea-ice general circulation”, p. 1357
• Williams G.D. and Bindof N. L. “Wintertime oceanography of the Adelie Depreession”, p. 1373
• Sambrotto R.N., Matsuda A., Vaillancourt R., Borwn M., Langdon C., Jacobs S.S. and measures C. “Summer plankton production and nutrient consumption patterns in the Mertz Glacier region of the East Antarctica” p. 1393
• Vaillancourt R.D., Sambrotto R.N., Green S. and Matsuda A. “Phytoplankton biomass and photosynthetic competency in the summertime in the Mertz Glacier Region of East Antarctica” p. 1415
• Presti, M., De Santis L., Busetti, M., Harris P.T.  “Late Pleistocene-Holocene sedimentation on the George V Continental Shelf, East Antarctica” p. 1441
• Harris, P. and Beaman, R. “Processes controlling the formation of the Mertz Drift, George Vth continental shelf, East Antarctica: evidence from 3.5 Khz sub-bottom profiling and sediment cores” p. 1463
• Escutia C., Warnke D., Acton G. D., Barcena A.,Burle L., Canals M. and Frazee C.S. “Sediment distribution and sedimentary processes across the Antarctic Wilkes Land margin during the Quaternary” p. 1481
• Donda, F., Brancolini G., De Santis L., and Trincardi F.  “Seismic facies and sedimentary processes on the continental rise off Wilkes Land(East Antarctica): evidence of bottom current activity” p. 1509
• Busetti, M., Caburlotto A., Armand L., Damiani D., Giorgetti G., Lucchi R.G., Quilty P.G., Villa G. “Plio-Quaternary sedimentation on the Wilkes Land continental rise: Preliminary results”  p. 1529
• De Santis, L., Brancolini G., and Donda F.  “Seismo-stratigraphic analysis of the Wilkes Landcontinental margin (East Antarctica): influence of glacially-driven processes on the Cenozoic deposition” p. 1563