Andrea Lami e Michela Rogoracon il contributo dei colleghi del CNR IRSA di Verbania

CNR Istituto di Ricerca sulle Acque (IRSA)Verbania Pallanza

http://www.ise.cnr.it

I laghi montani, specchi dei cambiamenti globali

Personale: Vi lavorano circa 50 persone (tempo indeterminato e determinato, borsisti, assegnisti, laureandi e dottorandi) nei settori scientifico, tecnico e amministrativo

Infrastrutture: Laboratori (chimica, biologia, microbiologia)

Biblioteca (libri, riviste, miscellanea)

Imbarcazioni

Strumentazione per campionamenti e misure in campo

L’Istituto di Ricerca sulle Acque – sede VerbaniaConsiglio Nazionale delle Ricerche

Principali ambienti studiati in Italia…

Laghi profondi subalpini

(Maggiore, Orta, Lugano,

Como, Iseo, Garda)

Laghi alpini d’alta quota

Laghi vulcanici

dell’Italia Centrale

Inoltre:

Altri laghi minori e corsi d’acqua

Deposizioni atmosferiche sull’arco alpino e in più di

20 aree forestali

… e nel mondo

Laghi in aree remote (Patagonia,

Isole Svalbard, Himalaya, Antartide)

Le montagne “catturano” acqua dall’atmosferae la accumulano sotto forma di neve e ghiaccio, che vanno ad alimentare corsi d’acqua e laghi

Water towers

Metà della popolazione mondiale dipendedalle montagne per l’acqua potabile o per l’energia idrolettrica

Laghi di montagna

Laghi di pianura

Condizioni

meteo-climatiche

«estreme»

Reti trofiche semplificate

Disturbo antropico

limitato o indiretto

Variabilità meteo-climatica

meno accentuata e

mitigata dal lago stesso

Varie forme di

disturbo antropico

Reti trofiche complesse

Effetti per lo più indiretti

Interazione con altri fattori

Lag temporale nelle risposte

CAMBIAMENTI

CLIMATICI

Effetti sia diretti che indiretti

Laghi come indicatori

Energia

solare

Produttori

Consumatori

1° ordine

Consumatori

2° ordine

Bioriduttori

Sali

minerali

e acqua

La catena alimentare in un lago alpino

Le attività di ricerca

1951 - 1983: i laghi alpini come laboratori naturali per verificare teorie ecologiche e per studi biogeografici

1984 - oggi: i laghi alpini come indicatori per studiare la risposta alle pressioni antropiche

1938 – 1951: utilizzo dei laghi alpini per capire le connessioni tra lago e bacino imbrifero

Non interessati da disturbo antropico diretto (e.g. scarichi urbani ed industriali, agricoltura)

Soggetti alla deposizione di inquinanti atmosferici trasportati con le masse d’aria dalle zone industrializzate/urbanizzate

Indicatori dei cambiamenti globali,come la deposizione di inquinanti atmosferici

(composti acidificanti e a azoto)e le variazioni climatiche

I laghi alpini come indicatori

Soggetti a condizioni climatiche estreme, fortemente influenzati dalle caratteristiche dei bacini imbriferi (pendenza, copertura litologica, idrologia)

Le ricerche CNR IRSA, Verbania

Caratteristiche chimiche (e biologiche) dei laghi dagli anni ‘70 – ‘80

Chimica delle deposizioni atmosferiche dagli anni ‘70-‘80

Dati meteo da stazioni ARPA Piemonte e ENEL

Laghi

Deposizioni

Laghi Paione

Alpe Devero

Cristallina

Laghi

Boden

Laghi Cristallina

Campionamenti

Variabili

Chimica delle acque

Sedimenti

Chimica delle

precipitazioni

Parametri

fisico-chimici

e idrologici

Benthos

Zooplancton

Diatomee

Cosa succede sulle Alpi?

Un inquinamento che arriva da lontano

Gli inquinanti, emessi in aree fortemente antropizzate, possono viaggiare per km insieme alle masse d’aria, raggiungendo le aree remote, e venire qui ridepositati

attraverso le deposizioni (“Long-range Transboundary Air Pollution”)

Oggi le piogge non sono piu’ “acide”, ma rappresentano comunque un veicolo di altri inquinanti (composti azotati, metalli pesanti, microinquinanti organici) agli ecosistemi, soprattutto in aree remote

L’acidificazione e la ripresa dei laghi alpini: una storia di successo

I cambiamenti climatici sulle Alpi

Le variazioni termiche sulle Alpi sono molto più marcate rispetto a quelle a scala globale ed emisferica e si prevede che il riscaldamento climatico nei prossimi decenni sia più intenso nelle regioni di montagna rispetto alle aree di bassa quota (IPCC, 2001)

NASA’s Scientific Visualization Studio

Temperature change (1951-1980 baseline)

1880-1900

2014-2018

Laghi come sentinelle dei cambiamenti climatici

Riscaldamento delle acque

Eutrofizzazione

Riduzione di livello e superficie

Fioriture algali

Biodiversità

ProduttivitàDurata della copertura

ghiacciata

Cambiamenti «macro» e «micro»

Ruben Sommaruga J. Plankton Res. 2015;37:509-518

Fattori climatici : 1. TEMPERATURA

Cat Berro, D., L. Mercalli, P. L. Bertolotto, R. Mosello, M. Rogora. 2014. Il clima dell’Ossola Superiore. Nimbus 72: 46-129.

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

192

9

193

5

194

1

194

7

195

3

195

9

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5

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1

197

7

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3

198

9

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5

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1

200

7

201

3

Ossola Superiore - Indice di anomalia termica (SAI) annuale dal 1929 al 2015

Fattori: 2. Neve al suolo

Cat Berro, D., L. Mercalli, P.L. Bertolotto, R. Mosello, M. Rogora. 2014. Il clima dell’Ossola Superiore. Nimbus 72: 46-129.

-2.0

-1.0

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3.0

4.0

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193

0

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5

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0

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0

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0

201

5

Ossola Superiore - Indice di anomalia spessore medio neve al suolo (SAI) dal 1929-30 al 2015-16

-2.5

-2.0

-1.5

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-0.5

0.0

0.5

1.0

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0

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0

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0

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0

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0

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0

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0

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5

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0

200

5

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Ossola Superiore - Indice di anomalia durata neve al suolo (SAI) dal 1929-30 al 2013-14

Effetti del cambiamento climatico

Formazione di nuovi laghi in areerecentemente deglacializzate(laghi epi e periglaciali)

Scomparsi molti dei laghi alle quote più basse (< 2500 m) per aumento dell’evaporazione

Comparsa di molti nuovi laghi alle quote più elevate (>2900 m) a seguito del ritiro dei ghiacciai

I “nuovi” laghi sono di natura effimera, ovvero destinati a loro volta a scomparire

(scala 1: 300.000)

Salerno et al. 2014. Global and Planetary Change

2. Aumento di volume ed eventuale instabilità dei laghi

http://www.nimbus.it/ghiacciai/2001/010902rocciamel.htm

Rocciamelone - 1985 2000

GLOFGlacial Lake Outburst Flood

Effimero

Locce

3. Cambiamenti nella composizione chimica delle acque Laghi Boden

La degradazione della criosfera (nevai, ghiacciai, permafrost) è un’altra conseguenza del riscaldamento climatico, che a sua volta può avere effetti sui laghi

Laghi e ghiacciai

2009

f.: G. A. Tartari

Il ritiro dei ghiacciai porta alla formazione di nuovi laghi, in evoluzione e a volte instabili, con potenziali rischi per il fondovalle (es. Lago Effimero)

f.: P. Silvestri

1966

I laghi esistenti possono subire modificazioni morfometriche e chimiche, con potenziali effetti sulle biocenosi

Lago Gemelli di Ban

1979

2013

Laghi e ghiacciai

Lago delle Locce

0

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

Lago delle Locce

Ca Mg Na K NH4 HCO3 SO4 NO3 Cl

set 1982 set 2002 set 2015

µeq L-1

17 µS cm-127 µS cm-1

68 µS cm-1

ott 2016

132 µS cm-1

4. Effetti sulla biodiversità

Il riscaldamento climatico può portare a modificazioni nella composizione in specie e alla scomparsa di specie sensibili

Le condizioni “estreme” dei laghi d’alta quota selezionano specie adattate a vivere in questi ambienti

I macroinvertertebrati come indicatori

Lago Bianco del Gavia

Effetti indiretti

Mediante thermistor con data-logger si possono monitorare temperatura e livello del lago e valutare la lunghezza del periodo di copertura ghiacciata e la sua relazione con i parametri meteorologici

0

2

4

6

8

10

12

14

16

14/08/14 13/10/14 12/12/14 10/02/15 11/04/15 10/06/15 09/08/15 08/10/15

Te

mp

era

tura

(°C

)

Fondo 10-11 m 5-6 m 1-2 m

Lago Paione Superiore

Diminuzionecopertura di neve

al suolo

Degrado del permafrost

Arretramentoghiacciai

↑ weathering

Effetti sullebiocenosi

Cambiamenti nella composizione chimica

Riduzione coperturaghiacciata

Effetti «a catena»

Qualche conclusione

Nonostante la collocazione “remota”, le acque in alta quota non sono esenti dagli effetti dell’inquinamento, derivante dal trasporto a lungo raggio, e dei cambiamenti climatici

Per conoscere e proteggere questi ecosistemi fragili sono necessari studi a lungo termine!

Le variazioni climatiche avranno un ruolo sempre più importante nei prossimi decenni nell’ecologia di questi ambienti, con effetti sia diretti che indiretti

Il lungo termine…. La paleolimnologia nello studio dei laghiP. Guilizzoni, A. Lami, A. Marchetto, S. Musazzi

Che cos’e la paleolimnologia?

La paleolimnologia è la branca della limnologia che si occupa dello

studio e dell’analisi dei sedimenti lacustri attraverso il prelievo di carote

di sedimento.

ChironomidiChironomidiChironomidiChironomidi

Temperatura dellTemperatura dell’’acquaacquaFluttuazioni di livelloFluttuazioni di livelloCondizioni troficheCondizioni trofiche

Sostanza organicaSostanza organicaN, P, CaCON, P, CaCO33

Silice Silice biogenicabiogenica

Utilizzo dei Utilizzo dei proxyproxy--recordrecord

Apporti clasticiApporti clasticiMetalliMetalli

Condizioni troficheCondizioni trofiche

BiodiversitBiodiversitààCondizioni troficheCondizioni trofiche

CladoceriCladoceriCladoceriCladoceri

Fluttuazioni dei ghiacciaiFluttuazioni dei ghiacciaiErosioneErosione

pHpHFosforoFosforoSalinitSalinitàà

Produzione primariaProduzione primariaIntensitIntensitàà radiazione UVradiazione UVCondizioni di ossigenazioneCondizioni di ossigenazione

25 m 113 m 120m148 m59 m

PigmentiPigmentiPigmentiPigmenti

DiatomeeDiatomeeDiatomeeDiatomee

Carote Lago MaggioreCarote Lago Maggiore

Profonditàdell'acqua

Waterdepth

Questi sono alcuni dei parametri, in questo caso biologici e chimici, i cosiddetti proxy-record, tratti da diverse

discipline, la cui minore o maggiore presenza nel sedimento indica particolari condizioni ambientali, fisiche,

chimiche del lago e la loro evoluzione nel corso del tempo.

Proxy-record

0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

56

60

64

68

72

76

80

84

Depth

(cm

)

0.3 0.6

Sed

imen

t. ra

te

1.3 1.6

Wet D

ensity

50 100

H2O

10 20

Organ

ic m

atter

0.8 1.0

430:41

0

150 300

CD

2 4

TC

0 300 600

b-Caroten

350 700

Ech

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one

150 300

Zea

xanthin

150 300

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taxa

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100 200

Myx

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500 1000

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30 60

Diadino

xanthin

200 400

Fuc

oxan

thin

200 400

Diatoxa

nthin

200 400

Allo

xanthin

200 400

Lutein

15 30

Astax

anthin

7.0 8.5

TC-pH

15 30

TC-T

P

0

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20

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76

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84

Age (

years

D.C

.)

1935

1981

2011

2005

1998

1988

19671971

1963

19001861

nmoli g LOI-1% fw % dwg cm-3g cm-2 y-1 mg L-1mg gLOI-1

Geochemistry and pigments proxies

Il Lago Ledro (Trentino) e la sua evoluzione secolare ricostruita dai sedimenti

Lago Cristallina, Central Alps

Lago Cristallina, Central Alps

Lago Cristallina, Central Alps

Grazie a ….Il personale tecnico e scientifico del CNR ISE di Verbania Pallanza

Gli instancabili “cercatori” di laghi…