Il testimone silenzioso: ricostruzioni paleoclimatiche e segnali vulcanici nell'Alto Medioevo attraverso analisi chimiche di ginepro finlandese

Volcanic phenomena have represented a decisive factor in modulating the Earth’s climate and environment for millennia. Through the emission of vast quantities of aerosols, gases and ash into the atmosphere, eruptions alter the radiative balance, mean temperatures and global biogeochemical cycles. Accurately reconstructing these events is essential not only for mapping natural climate variability but also for refining the predictive capacity of future climate models. Although volcanic chronology has historically relied on ice cores, marine sediments and historical records, these sources occasionally suffer from limitations in chronological resolution or fragmented geographical distribution. During the second half of the 20th century, the first climatological studies using polar ice core drilling were conducted. These cores remain fundamental sources for studying climate alterations over time and their connection to high-impact natural disasters, such as eruptions. In recent decades, dendrochronology, the science that studied growth rings of trees, has proven to be an exceptionally powerful tool for dating past events and reconstructing environmental conditions. Each tree ring serves as a unique archive of essential information, recording not only climatic and hydrological processes, but also data regarding the surrounding environment and its chemical alterations. Dendrochemistry, a sub-discipline of dendrochronology, examines the elemental and isotopic chemical composition of tree rings to reconstruct environmental and physiological variations over time. Trees are capable of absorbing and sequestering chemical elements from the soil and atmosphere within their wood; variations in the concentrations of these elements can reflect significant environmental perturbations. This thesis aims to identify climatic anomalies within the annual rings of two Juniperus communis samples collected in Finnish Lapland by Professor Marco Carrer and his research team. Specifically, the study seeks to identify the deposition of elements or compounds associated with volcanic eruptions, such as sulfur, copper, zinc and nickel. Subsequently, these dendrochemical evidences are correlated with historically documented and studied volcanic events. Finally, this work evaluates the effectiveness of dendrochemistry as a complementary tool to other methodologies, such as ice cores, for reconstructing volcanic events and their environmental and climatic impacts on an empispheric and global scale. Understanding the impacts of various types of eruptions, their scale (Volcanic Explosivity Index - VEI), and the dispersal of their products (aerosols, gases, tephra) is fundamental to analyzing the chemical variations recorded in the wood. By focusing on the analysis of natural archives and their capacity to record extreme events, this study proposes to offer a new perspective on the complex interactions between volcanic activity and the environment.

I fenomeni vulcanici rappresentano da millenni un determinante fattore di modulazione del clima e dell’ambiente. Attraverso le eruzioni, vengono emessi grandi quantità di aerosol, gas e ceneri in atmosfera, le eruzioni alterano il bilancio radiativo, le temperature medie e gli equilibri biogeochimici del pianeta. Ricostruire con precisione tali eventi è fondamentale non solo per mappare la variabilità climatica naturale, ma anche per affinare la capacità predittiva dei modelli futuri. Sebbene la cronologia vulcanica si basi storicamente su record glaciali, sedimenti marini e testimonianze scritte, queste fonti soffrono talvolta di lacune nella risoluzione cronologica o di una distribuzione geografica frammentaria. Durante la seconda metà del XX secolo si sono effettuati i primi studi di climatologia attraverso il carotaggio delle calotte polari, queste ultime sono fonti fondamentali per lo studio delle alterazioni climatiche negli anni e la connessione di queste a calamità naturali di grande impatto come le eruzioni. Negli ultimi decenni, la dendrocronologia, ovvero la scienza che studia gli anelli di accrescimento degli alberi, ha dimostrato di essere uno strumento eccezionalmente potente per datare gli eventi passati e la ricostruzione di condizioni ambientali. Ogni anello di un albero rappresenta un archivio unico di informazioni essenziali, non solo registra processi climatici e idrologici, ma anche informazioni dell’ambiente circostante e delle sue alterazioni a livello chimico. La dendrochimica, è una sottodisciplina della dendrocronologia che studia la composizione chimica elementare e isotopica degli anelli di accrescimento degli alberi per ricostruire variazioni ambientali e fisiologiche nel tempo. Gli alberi sono in grado di assorbire e immagazzinare nel loro legno elementi chimici presenti nel suolo e nell’atmosfera, con variazioni nelle concentrazioni che possono riflettere perturbazioni ambientali significative. La presente tesi si propone di identificare anomalie climatiche presenti negli anelli annuali di due campioni di Juniperus communis prelevati in Lapponia finlandese dal professore Marco Carrer con il suo team di studi. Nello specifico si cerca di identificare la deposizione di elementi o composti associati a eruzioni vulcaniche quali zolfo, rame, zinco e nichel. Successivamente si collegano queste evidenze dendrochimica con eventi vulcanici storicamente documentati e studiati. Infine, si cerca di valutare l’efficacia della dendrochimica come strumento complementare ad altre metodologie, come le già citate carote di ghiaccio, per la ricostruzione di eventi vulcanici e dei loro impatti ambientali e climatici su scala emisferica e globale. La comprensione degli impatti dei vari tipi di eruzioni e la loro scala (VEI) e della dispersione dei loro prodotti (aerosol, gas, tefra) è fondamentale per studiare le variazioni chimiche registrate nel legno. Questo studio si concentra nella conoscenza degli archivi naturali e nella loro capacità di registrate eventi estremi, proponendosi di offrire una nuova visione sulle interazioni complesse tra eventi vulcanici e ambiente.