Segnali Geochimici in Carbonati Biogenici Antartici per Ricostruzioni Paleoceanografiche

L’Oceano Meridionale (Southern Ocean, SO) svolge un ruolo chiave nell’assorbimento, trasporto e immagazzinamento di calore e CO2, stoccando oltre il 40% del carbonio totale presente negli oceani (Froelicher et al., 2015) e più del 60% del calore in eccesso trasferito ogni anno dall’atmosfera agli oceani
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(Roemmich et al., 2015). Il SO è una delle regioni oceaniche meno campionate, i record strumentali sono rari e l’uso di proxy geochimici è essenziale per ricostruire le variazioni climatiche. I tentativi di decifrare il ruolo del SO nel modulare il clima del passato si sono rivelati complessi a causa della scarsità di organismi in grado di precipitare il carbonato di calcio, come i foraminiferi, comunemente utilizzati come archivi paleoclimatici. I coralli profondi, molluschi, ostracodi e briozoi sono tra i pochi organismi calcificatori in grado di tollerare questi ambienti corrosivi e sono quindi candidati ideali per ricostruzioni paleoceanografiche. GRACEFUL è la continuazione e lo stato di avanzamento del precedente progetto GEOSMART, in cui era coinvolto lo stesso team e la cui realizzazione è stata rallentata da contrattempi di tipo logistico durante la campagna antartica 2013-2014. Applicando metodi geochimici su carbonati antartici biogenici viventi e fossili, GRACEFUL ricostruirà la variazione dei parametri chiave delle acque marine e la dinamica delle più importanti masse d’acqua intermedia e profonda presenti alle latitudini polari del SO.

Il progetto si propone di fornire una ricostruzione della temperatura oceanica, pH, stato di saturazione dei carbonati e dinamica delle masse d'acqua nelle regioni polari dell'Oceano Meridionale a diverse scale temporali del passato, con un focus specifico sul periodo pre-industriale (ultimi 100-200 anni), MIS3, MIS31, Pliocene e Miocene. GRACEFUL migliorerà la conoscenza della variabilità climatica naturale antartica, inserendo il recente cambiamento climatico di origine antropica nel più ampio contesto delle variazioni naturali del passato.

Tre sono gli obiettivi specifici:
1) Ottenere una comprensione del meccanismo di incorporazione degli elementi in tracce (es. Li/Mg, Mg/Ca, U/Ca e B/Ca) e isotopi stabili (ð11B, ð13C, ð18O) nello scheletro di vari carbonati biogenici antartici. Sarà rivolta un’attenzione specifica al ruolo della fisiologia dell'organismo nella modulazione dei segnali geochimici, aspetto di primaria importanza per identificare la piena applicabilità e le limitazioni dei proxy geochimici, al fine ultimo di ottenere ricostruzioni paleoclimatiche attendibili.
2) Generare ricostruzioni di elementi in tracce (Li/Mg, B/Ca, Mg/Ca, P/Ca, Sr/Ca, e U/Ca) e isotopi (ð11B, eNd, 14C) da carbonati biogeni antartici viventi e fossili.
3) Ricostruire quantitativamente le variazioni a lungo termine della temperatura oceanica, pH, stato di saturazione dei carbonati, circolazione delle massa d'acqua e, potenzialmente, salinità per periodi temporali specifici del Cenozoico.

UR1 (ISMAR-CNR, Bologna)

I segnali geochimici contenuti all’interno dello scheletro o guscio carbonatico degli organismi marini possono fornire importanti informazioni circa le condizioni chimico-fisiche dell’acqua di mare in cui gli organismi stessi sono cresciuti. In particolare, lo studio degli elementi in traccia, quali Li/Ca, B/Ca, Mg/Ca, Li/Mg, Sr/Ca, Ba/Ca e U/Ca, permette di ricostruire la temperatura e la concentrazione degli ioni carbonato delle masse d’acqua, mentre l’analisi degli isotopi del boro (δ¹¹B) consente di ottenere informazioni sull’evoluzione del pH dell’acqua di mare. Lo scheletro aragonitico dei coralli permette inoltre di avere un’età assoluta del campione attraverso la serie del decadimento radioattivo dell’uranio (U/Th).

Seguendo i protocolli operativi messi a punto nel corso del precedente progetto GEOSMART, una parte dei campioni carbonatici prelevati vivi e subfossili nel corso della spedizione 2016-2017 sono stati studiati petrograficamente tramite microscopia ottica e microtomografia ad alta risoluzione, in collaborazione con l’UR2. Questa caratterizzazione ha permesso di identificare le microstrutture dello scheletro aragonitico dei campioni appartenenti al genere Flabellum e Javania ed individuare potenziali processi di alterazione diagenetica precoce. Tali processi, quali ad esempio la precipitazione di aragonite o calcite secondaria o la formazione di strutture di dissoluzione potrebbero influenzare in modo significativo i successivi studi geochimici. I campioni selezionati per le analisi geochimiche sono stati trattati seguendo metodologie analitiche consolidate, che prevedono una prima fase di pulizia meccanica e chimica e successive procedure cromatografiche e strumentali. Più in dettaglio, la maggior parte dei coralli profondi prelevati durante la XXXII Campagna Antartica sono stati analizzati per gli elementi in traccia, isotopi stabili (ossigeno, carbonio, boro) e radiogenici (neodimio), radiocarbonio e U/Th presso la University of Western Australia (Perth, Australia), il Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (Gif-sur-Yvette, Francia) e in collaborazione con l’UR3.

Per le analisi dei rapporti Li/Ca, B/Ca, Mg/Ca, Li/Mg, Sr/Ca, Ba/Ca e U/Ca è stato utilizzato uno spettrometro di massa quadrupolare mentre per gli isotopi del boro, neodimio, uranio e torio sono stati utilizzati due diversi modelli di spettrometro di massa multi-collettore (Nu Plasma II MC-ICP-MS, University of Western Australia; Neptune^Plus MC-ICP-MS, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement). 

I dati geochimici ottenuti dall’analisi dei campioni del progetto GRACEFUL hanno permesso di estendere il dataset dei valori Li/Mg nei coralli aragonitici e il confronto con le temperature dell’ambiente di vita di questi organismi per migliorare la precisione ed accuratezza di questo nuovo proxy. I coralli del Mare di Ross rappresentano gli end-member di bassa temperatura e hanno permesso di migliorare la comprensione dei meccanismi di uptake del Li e Mg nei coralli (Marchitto et al., 2018) e definire una nuova equazione di calibrazione per i coralli aragonitici (Cuny-Guirriec et al., 2019).

Questa nuova equazione di calibrazione è stata applicata ai segnali geochimici ottenuti analizzando campioni del corallo Flabellum prelevati nel Mawson Bank (Ross Sea Shelf) e vicino alle Isole Balleny (Outer Shelf) (Fig. 1). I campioni sono stati datati in modo preciso ed assoluto attraverso la metodologia U/Th, che ha permesso di definire un modello di età. Inoltre, sono state eseguite analisi degli isotopi del boro e del radiocarbonio per ricostruire le variazioni del pH e il segnale ¹⁴C legato ai testi nucleari iniziati negli anni cinquanta. I segnali geochimici mostrano una diminuzione della temperatura dal 1860 al 1920 nelle acque circumpolari profonde (UCDW) e un aumento della stessa dal 1920 al 2000 nelle acque circumpolari profonde modificate (mCDW). Nello stesso periodo il pH diminuisce (Fig. 2). L’aumento di temperatura e del grado di acidità è legato molto probabilmente ad un aumento del volume dell’acqua circumpolare profonda (UCDW), più calda e corrosiva rispetto alle acque presenti nel Mare di Ross. I risultati di questo lavoro sono in fase di pubblicazione.  

Per capire le variazioni a lungo termine delle caratteristiche fisico-chimiche delle masse d’acqua presenti nel Mare di Ross, sono state eseguite delle datazioni U/Th su 20 campioni di corallo fossile appartententi al genere Flabellum, Javania e Caryophyllia e prelevati lungo l’Iselin Bank a 670 m di profondità. I coralli presentano un intervallo di età tra 200 e 5150 anni, coprendo quindi buona parte del Tardo Olocene. Gli stessi campioni sono stati analizzati per gli elementi in traccia (in particolare Li/Mg come proxy della temperatura), gli isotopi del boro (proxy del pH) e del neodimio (proxy della circolazione delle masse d’acqua). Gli isotopi del Nd suggeriscono variazioni minime della circolazione delle masse d’acqua lungo la piattaforma continentale del Mare di Ross durante il Tardo Olocene e la presenza ininterrotta delle acque circumpolari profonde modificate. Le ultime analisi Li/Mg e d11B sono state effettuate il 30 settembre 2020 e i dati saranno disponibili nel mese di dicembre 2020. I risultati di questo lavoro saranno oggetto di una pubblicazione scientifica relativa alla ricostruzione a lungo termine dei principali parametri chimico-fisici, quali temperatura, pH, stato di saturazione dei carbonati e circolazione oceanica nel Mare di Ross, nel periodo pre-industriale, da confrontare con le variazioni causate dal recente cambiamento climatico.

UR2 (Università di Padova)

L’attività della UR2 è consistita per prima cosa nella pianificazione del campionamento e nella partecipazione alla XXXII campagna antartica. A bordo della Nave Italica, alcuni dei membri del progetto (C. Mazzoli, S. Canese, G. Salvi) hanno effettuato un importante campionamento di carbonati biogenici in diverse località del Mare di Ross a profondità comprese tra 900 e 250 metri. È stato anche effettuato un campionamento della colonna d’acqua per la misura di eNd. L’attività di campionamento si è svolta principalmente utilizzando una slitta epibentica in una serie di siti preventivamente selezionati sulla base di informazioni provenienti dalla letteratura e dati di bycatch raccolti da osservatori Neozelandesi in aree di pesca di Dissosticus mawsoni. Sono state effettuate in totale 5 pescate che hanno permesso di raccogliere un consistente numero di campioni sia vivi che morti appartenenti a numerosi taxa di organismi a scheletro o guscio carbonatico, tra cui i principali sono Scleractinidi, Stylasteridi, Bivalvi, Gasteropodi, Cirripedi, Echinodermi ed Ostracodi. Sono inoltre stati raccolti Alcyonacei, Pennatulacei, Actiniacei. Tutti campioni sono stati opportunamente trattati per la conservazione, e sono stati spediti al Museo Nazionale dell’Antartide, sede di Genova, che ha provveduto alla catalogazione in modo da rendere il materiale fruibile a tutta la comunità scientifica, una volta terminati gli studi nell’ambito di GRACEFUL. Parte di questi materiali sono poi stati nuovamente richiesti al Museo, e sottoposti alle analisi previste nell’ambito di GRACEFUL.

Per quanto riguarda l’attività di laboratorio, la UR2 si è occupata della preparazione e dello studio dei campioni in sezione sottile e in polvere, con lo scopo da un lato di evidenziare eventuali effetti diagenetici precoci nei campioni selezionati come indicatori paleoclimatici, e dall’altro di condurre una analisi sistematica della mineralogia primaria all’interno dei diversi gruppi di organismi calcificatori considerati. Per questo motivo, sono state realizzate indagini petrografiche, tessiturali, mineralogiche e microchimiche atte a riconoscere cementi diagenetici secondari, domini di ricristallizzazione all’interno dello scheletro, sostituzione polimorfe. Le analisi petrografiche e tessiturali sono state eseguite in microscopia ottica (OM) ed elettronica (SEM), in catodoluminescenza (CL), e in microtomografia computerizzata (m-CT) per l’analisi morfologica in 3D delle strutture interne. Le indagini al SEM e le ricostruzioni 3D in m-CT sono anche state utilizzate per giungere ad una corretta attribuzione tassonomica di molti dei campioni raccolti, soprattutto appartenenti al phylum dei Briozoi. Le stime quantitative del rapporto tra calcite ed aragonite, e la valutazione del contenuto in Mg nella calcite, sono state effettuate in diffrattometria dei raggi X (XRD), elaborando i dati diffrattometrici con il metodo Rietveld. La distribuzione strutturale delle diverse fasi carbonatiche è stata indagata attraverso mappe elementari al SEM, CL, e m-Raman. Il riconoscimento delle fasi carbonatiche (calcite, calcite bassa in Mg, alta in Mg, aragonite, vaterite), e della loro distribuzione nei diversi elementi microstrutturali delle diverse specie considerate, ha coinvolto Molluschi, Sclerattinidi, Ottocoralli, Serpulidi, Brachiopodi, Briozoi, Balanidi, ed Echinodermi.

UR3 (IDPA-CNR, Università Ca’ Foscari)

Nell’ambito del progetto Graceful, l’UR3 si è concentrata nell’applicazione di proxy tradizionali (i.e. d¹⁸O, d¹³C) e proxy emergenti (i.e. elementi in tracce, ed in particolare B/Ca) su carbonati biogenici. Gli isotopi dell’ossigeno sugli organismi carbonatici sono stati misurati per stimare la temperatura di precipitazione alla quale è stato fissato il d¹⁸O del carbonato biogenico, combinata con il d¹⁸O dell'acqua in cui è avvenuta la calcificazione. Quest’ultimo parametro può fornire ulteriori informazioni inerenti il segnale glacioeustatico globale e gli effetti idrografici locali dovuti a cambiamenti di temperatura e d¹⁸O delle masse d’acqua che interessano i siti di campionamento. Parallelamente alla ricostruzione del segnale del d¹⁸O, sui campioni carbonatici sono state effettuate misurazioni del d¹³C, che costituisce un proxy del d¹³C del carbonio inorganico disciolto e quindi della disponibilità di carbonio organico ri-mineralizzato (arricchito in ¹²C). Infine, il contenuto di B/Ca è stato invece utilizzato per stimare la concentrazione dello ione carbonato [CO₃^2-] contenuto nell’acqua marina.

Il numero più consistente di analisi è stato effettuato su campioni di foraminiferi estratti da successioni sedimentarie marine profonde perforate durante le spedizioni oceanografiche dell’Ocean Drilling Program (i.e. ODP Site 1123). Inoltre, analisi della composizione isotopica dell’ossigeno e del carbonio sono state effettuate anche su coralli, briozoi, anellidi, molluschi bivalvi, brachiopodi, a supporto delle UR 1 (CNR) e UR 6 (ENEA).

La preparazione dei campioni in laboratorio è stata eseguita seguendo i protocolli sviluppati dal Godwin Laboratory for Palaeoclimate Research, Department of Earth Sciences dell’Università di Cambridge (U.K.). I campioni di sedimento sono stati inizialmente setacciati ad umido; i foraminiferi sono stati isolati individualmente al microscopio in classi dimensionali selezionate, e successivamente sottoposti a processi di pulizia diversificati in base alla tipologia di analisi. Per quanto riguarda le analisi del ¹⁸O e ¹³C, i campioni sono stati trattati pre-analisi con acqua ossigenata ed acetone e successivamente analizzati utilizzando gli spettrometri di massa isotopica VG SIRA, interfacciato ad un sistema Micromass Multicarb Sample Preparation Systems (MULTIPREP), e Thermo Finnigan MAT 253, collegato ad un Kiel carbonate preparation device. Per quanto riguarda le analisi degli elementi in tracce, gli esemplari di foraminiferi selezionati sono stati sottoposti ad un processo di pulizia in camera bianca seguendo il protocollo di pulizia ossidativo per rimuovere le argille, gli ossidi e la materia organica; infine sono stati dissolti in acido nitrico ultra-puro ed analizzati due volte, dapprima in uno spettrometro a emissione ottica con sorgente al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES) e successivamente in uno spettrometro di massa al plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS).

Il modello di età della successione sedimentaria perforata nel Site ODP 1123 è stato ottenuto attraverso il tuning orbitale, utilizzando la composizione isotopica dell’ossigeno dei foraminiferi e lo stack di Lisiecki and Raymo (2005) come tuning target. L’intervallo temporale esaminato copre la Transizione del Pleistocene medio ed è centrato a 900 ka, momento in cui il clima della Terra ha subito una profonda variazione, e la periodicità dominante dei cicli climatici è cambiata da 41,000 a 100,000 anni in assenza di variazioni sostanziali nelle forzanti orbitali. Il periodo interglaciale in cui ora viviamo è il risultato di questi cambiamenti, e l’obiettivo dello studio era determinare se questa importante transizione climatica - sicuramente una delle più importanti del record geologico - fosse associata ad una variazione dello stato di saturazione dei carbonati registrata nell’oceano profondo.

Il rapporto B/Ca misurato sul guscio dei foraminiferi del Site ODP 1123, nel settore Pacifico dell’emisfero meridionale, presenta oscillazioni incluse tra c. 7 e 28 mmol/mol e segue in parte l’andamento dei cicli climatici glaciali-interglaciali identificati attraverso la variazione di d¹⁸O misurata sui medesimi campioni. Le concentrazioni più basse di B/Ca sono associate ai periodi glaciali, e valori decrescenti di B/Ca sono indicativi di una riduzione di concentrazione di [CO₃^2-] nelle masse d’acqua di fondo.

La variazione più drastica nella curva del B/Ca è una diminuzione di circa 21 μmol/mol osservata da ~ 1080 a 800 ka, che coincide con un momento cruciale della Transizione del Pleistocene medio, quando si manifestò un aumento dell’estensione delle calotte glaciali con conseguente abbassamento del livello del mare di circa 120 metri. La diminuzione registrata nel record del B/Ca suggerisce un maggiore sequestro di carbonio nell’Oceano Pacifico profondo ed è coerente con una riorganizzazione delle masse d'acqua profonde nell'Oceano Pacifico meridionale desunta da altri proxy paleoclimatici. In particolare, la composizione isotopica del carbonio misurata sugli stessi campioni evidenzia che i valori più bassi di d¹³C dell’intera sequenza esaminata sono coevi alla riduzione del B/Ca e si manifestarono nel Marine Isotope Stage (MIS) 22.

Nell’insieme, i dati ricostruiti durante il progetto Graceful confermano che il B/Ca è un importante proxy per la ricostruzione della concentrazione degli ioni carbonato nell'oceano profondo ([CO₃^2-]); evidenziano inoltre uno stretto collegamento tra la circolazione delle masse d’acqua di fondo dell'Oceano Pacifico meridionale e lo stoccaggio del carbonio nell'oceano profondo durante la transizione del Pleistocene medio; confermano, infine, che importanti transizioni climatiche nel passato geologico sono associate a variazioni nello stoccaggio del carbonio nei diversi reservoirs.

UR4 (Università di Trieste)

Nell’ambito del progetto Graceful, l’UR 4 si è concentrata sull’analisi micropaleontologica delle ostracofaune, per sviluppare ed ampliare le conoscenze relative alla sedimentazione carbonatica biogenica, sono state analizzate le carote a gravità (ANTA 98 c25, ANTA98 c16, ANTA91-09) prelevate presso la zona di Cape Adare, e nel North Western Basin nel settore nord-occidentale della piattaforma continentale esterna del Mare di Ross. L’area oggetto dello studio è caratterizzata da una sedimentazione a forte componente biogenico/carbonatica, la cui distribuzione, con spessori differenti, è localizzata principalmente nella piattaforma continentale esterna, nelle parti alte dei banchi e nella parte superiore della scarpata del Mare di Ross Nord Occidentale. La distribuzione spaziale di tali depositi riflette l'influenza dei processi oceanografici e della presenza di ghiaccio marino fondamentali nella produzione e distribuzione delle risorse trofiche.

Tramite l’analisi micropaleontologica delle ostracofaune nelle carote ANTA 98 c25, ANTA98 c16, si è cercato di dare delle indicazioni sulla possibile evoluzione ambientale e climatica tardo quaternaria di quest’area del Mare di Ross.

Gli obiettivi in particolare di queste analisi sono di seguito indicati:

analisi dell’ostracofauna e sua determinazione sistematica;

analisi della dinamica evolutiva delle paleocomunità per individuare la variazioni paleoambientali/climatiche;

interpolazione dei dati micropaleontologici e composizionali per fornire una possibile ipotesi dei meccanismi e delle fasi di attivazione dei “laboratori” di produzione di sedimentazione biogenica carbonatica;

ipotesi di collocazione geocronologica di fine ed inizio delle fasi di produzione dei carbonati biogenici.

Sulla base quindi dei risultati suddetti, ed in base alle ricerche precedenti relative all’area sedimentazione carbonatica del Mare di Ross (Frank et al., 2014; Melis et al., 2002; Taviani et al., 1993) si è tentata una possibile interpretazione paleoambientale e climatica:

• Fase di mare aperto (livelli superiori fino a 20 cm circa) con approfondimento batimetrico postglaciale risalente all’attuale.
• Fase di possibile nuovo avanzamento glaciale (intervallo tra 20 e 70 cm) con ripresa della produzione di materiale carbonatico legato all’apporto di nutrienti da parte di correnti fredde di upwelling. Studi recenti infatti tendono ad identificare una fase di raffreddamento improvviso nell’area antartica a partire dai 3000 anni fa (Barcena et al., 2006; Bertler et al., 2011; Rhodes et al., 2012). Le datazioni radiometriche tendono a confermare questo dato.
• Fase propriamente glaciale a partire da 125 cm circa identificata da scarsa presenza di ostracodi e da evidenze di fenomeni risedimentativi.

Le associazioni ad ostracodi, analizzate nella carota ANTA91-09, campionata in un’area del Mare di Ross nord-occidentale ricca di materiale biogenico carbonatico, hanno dato modo di identificare le oscillazioni glaciali del tardo-quaternario (8.0-30.0 ka BP) (avanzamento e arretramento) in relazioni a fasi di attività e crisi delle “carbonate factories”. In particolare, si è osservato come l’analisi micropaleontologica delle ostracofaune abbia fornito utili informazioni per chiarire aspetti altresì complessi legati alla produzione dei carbonati biogenici nel Mare di Ross. Appare evidente, infatti, come fasi di “produzione” degli stessi possano attivarsi, anche recentemente, in relazione a fenomeni climatici improvvisi come ad esempio dalla piccola età glaciale antartica. In tal modo lo studio degli ostracodi potrebbe contribuire ad evidenziare similitudini e contemporaneità di alcune fasi climatiche nei due emisferi come già segnalate da Stenni et al., 2001.

Infine, il recupero e l’analisi di serie sedimentarie ricche in organismi a guscio calcareo potranno offrire l’opportunità di future analisi geochimiche per l’analisi degli isotopi stabili e dei rapporti Mg/Ca e Sr/Ca per la ricostruzione dettagliata delle paleotemperature. Queste ulteriori analisi ci permetteranno di perfezionare l'analisi paleoclimatica di questa settore del Mare di Ross.

UR5 (ISPRA, Roma)

L’Unità di Ricerca 5 ha coordinato lo studio delle comunità bentoniche tramite riprese video durante la XXXII Campagna Antartica (2016-2017) a bordo della N/O Italica. Purtroppo, non è stato possibile utilizzare la Deep-camera come inizialmente pianificato in quanto non compatibile in termini di tempo con l’utilizzo delle altre strumentazioni. In dettaglio, non è stato possibile alternare l’uso della Deep-camera con quello della Rosetta – CTD che utilizzano lo stesso cavo per la trasmissione dei dati in superficie. È stato possibile invece istallare le Drop-camera in maniera opportunistica, istallandole di volta in volta su varie strumentazioni come Multi-corer, Box-corer e Rosetta e sfruttando il fatto che dette strumentazioni venivano calate in contatto o in prossimità del fondale per acquisire brevi riprese del fondale marino. Le immagini acquisite con la Drop-camera sono oggetto di un lavoro sulla biodiversità marina bentonica nel Mare di Ross che sarà inviato a revisione per il volume special “Polar Marine Carbonates” in Minerals (Guest Editors: Paolo Montagna e Marco Taviani).

UR6 (ENEA)

Nell’ambito del progetto GRACEFUL, l’UR6, con competenze specifiche sul taxon Bryozoa, si è occupata di:

• Determinare tutti gli esemplari raccolti durante la campagna sui Banchi profondi del Mare di Ross (al più basso livello tassonomico possibile) attraverso analisi al microscopio ottico ed elettronico;
• Identificare e selezionare specie che formano biocostruzioni nel Banchi al fine di condurre analisi specifiche (morfologiche, strutturali, mineralogiche e geochimiche) per contribuire a determinare l’importanza del loro ruolo ecologico;
• Investigare l’origine della pigmentazione blu di una specie che forma biocostruzioni nei siti di Pennel Bank e Ross Sea Platfrom.

Determinazione Tassonomica della fauna briozoi.

L’unità di Ricerca 6, in cooperazione con il Dott. Paul D Taylor del Museo di Storia Naturale di Londra (NHM) ha analizzato 135 campioni di briozoi recuperati durante la campagna oceanografica condotta con la Nave Italica a gennaio 2017. I briozoi della collezione sono stati raccolti nei seguenti banchi del Mare di Ross: Iselin Bank (670 m), Pennell Bank (252, 371 m), Ross Sea Platform (320 m), Hallett Ridge (910 m), Cape Hallett Canyon (750 m). I campioni, conservati sia essiccati che in etanolo (90%), al fine di permettere successive analisi molecolari, sono risultati caratterizzati da un totale di 246 esemplari. Il numero totale di specie è risultato 135. La Classe più rappresentata è quello dei Gymnolaemata, ordine Cheilostomata, rappresentata da 99 specie, seguita dalla Classe dei Stenoaemata, Ordine Cyclostomata, rappresentata da 36 specie. Per quel che concerne i Cheilostomi, i generi più abbondati (numero di specie e di individui) sono Cellarinella, Smittina e Micropora. Per i Ciclostomi, il genere più rappresentato è Tubulipora, seguito da Hornera e Fasciculipora, con un alto numero di campioni di F. ramosa (n=9). Le specie fortemente calcificanti rappresentano il 96,3% dal campione.

Per quel che concerne la tipologia di crescita, i campioni raccolti mostrano una leggera prevalenza da parte di taxa incrostanti (53,3%).

Per quel che concerne la tipologia di substrato di crescita, dai dati a disposizione si evince che le specie rivenute crescono prevalentemente su substrati duri, sia inerti, quali massi e ciottoli, che di origine organica, quali valve di molluschi, scheletri di coralli, di briozoi ed altri invertebrati.

I briozoi biocostruttori dei banchi del Mare di Ross

A seguito della determinazione delle specie di briozoi raccolti, l’UR 6, in collaborazione con il Museo di Storia Naturale di Londra (NHM) (Dr Paul D Taylor), l’UR1, UR2 e l’UR3, ha condotto su specie selezionate indagini morfologiche, strutturali e geochimiche, con la finalità di studiare la funzione di queste specie come possibili proxy di condizioni ambientali. Le specie selezionate ed oggetto di indagine sono state: Cheilostomi: Thrypticocirrus rogickae, T. phylactelloides, Kymella polaris, Cellarinella watersi, Pemmatoporella marginata, Lageneschara lyrulata, Ciclostomi: Idmidronea obtecta. Queste specie sono state scelte sulla base della loro capacità a formare biocostruzioni e della presenza di growth check lines sul loro scheletro, che ha permesso di stimare l’età delle colonie raccolte (da un minimo di 3 ad un massimo di 10 anni di anni di età) (Figura 3). In collaborazione con il NHM di Londra, le specie sono state analizzate con l’impiego della Microscopia Elettronica a Scansione, per confermarne l’identità e investigare morfologia e struttura degli zooidi. A seguire, in collaborazione con l’UR 2, le specie sono state sottoposte a microtomografia per caratterizzare le microstrutture cristalline, oltre a disporre di immagini su cui condurre misure morfometriche (n=20 zooidi per banda, lunghezza e larghezza zoidi ed orifici primari; n=20 muri frontali di zooidi per banda) al fine di stimare eventuali differenze all’interno della banda e tra bande (i.e. indicazione delle variazioni di temperatura e disponibilità di cibo). Per caratterizzare la proprietà mineralogiche e geochimiche, su queste stesse specie sono stati condotte prima delle analisi diffrattometriche (XRD) in collaborazione con UR 2, analisi distruttive che hanno permesso una stima della mineralogia (contenuto %) dell’intero ramo, non permettendo tuttavia di differenziare le strutture (es. muri) o gli stadi di sviluppo (es. zooidi di età diversa), che nei briozoi può presentarsi. Gli XRD hanno confermato la presenza di calcite (100% calcite), senza tracce di aragonite, in tutte le specie analizzate. Quindi, per poter stimare variazioni mineralogiche e in composizione di elementi, all’interno della colonia, i campioni, inclusi in resina, sono stati analizzati con la Microsonda Elettronica (in collaborazione con UR1). I risultati hanno confermato le percentuali di calcite ed evidenziato, per tutte le specie, un basso contenuto di MgCO₃ (< 4wt%) in tutti i muri frontali. In collaborazione con UR2, sono state investigate le variazioni mineralogiche in divere porzioni dello zooide (parte distale, prossimale, centrale del muro frontale, bordi prossimali e distali dell’orificio primario, muro laterale, prossimale e distale) tramite la Spettroscopia Raman, ed i risultati hanno evidenziato un’omogeneità della composizione mineralogica. Infine, su Cellarinella watersi, è stata condotto un’indagine preliminare, in collaborazione con UR3, che ha previsto l’utilizzo degli isotipi dell’ossigeno e del carbonio per validare la funzione della specie come proxy di temperatura. L’indagine, condotta su un unico campione, ha rivelato una grossa variabilità nel campione (età: 7 anni) rendendo necessari ulteriori approfondimenti (diverse repliche e analisi della componente proteica coinvolta nella produzione dello scheletro) che verranno svolti in cooperazione con il progetto Ice-Climalizers (PNRA2016, in corso).

Articoli

Cecchetto M., Alvaro M.C., Ghiglione C., Guzzi A., Mazzoli C., Piazza P., Schiaparelli S. (2017) - Distributional records of Antarctic and sub-Antarctic Ophiuroidea from samples of the Italian National Antarctic Museum (MNA): check-list update of the group in Terra Nova Bay (Ross Sea) and launch of the MNA 3D model ‘virtual gallery’. ZooKeys, 705, 61–79. (DOI: 10.3897/zookeys.705.13712) (IF: 1.1; %PNRA: 100).

Cecchetto M., Lombardi C., Canese S., Cocito S., Kuklinski P., Mazzoli C., Schiaparelli S. (2019) – The Bryozoa collection of the Italian National Antarctic Museum, with an updated checklist from Terra Nova Bay, Ross Sea. ZooKeys, 812, 1-22 (DOI: 10.3897/zookeys.812.26964) (IF: 1.1; %PNRA: 100).

Cuny-Guirriec K., Douville E., Reynaud S., Allemand D., Bordier L., Canesi M., Mazzoli C., Taviani M., Canese S., McCulloch M., Trotter J., Rico-Esenaro S., Sanchez-Cabeza J-A., Ruiz-Fernández A., Carricart-Ganivet J., Scott P., Sadekov A., Montagna P. (2019). Coral Li/Mg thermometry: Caveats and constraints. Chemical Geology, 523, 162-178 (IF: 3.618; %PNRA: 30).

Ghiglione C., Alvaro M.C., Cecchetto M., Canese S., Downey R., Guzzi A., Mazzoli C., Piazza P., Rapp H.T., Sarà A., Schiaparelli S. (2018) - Porifera collection of the Italian National Antarctic Museum (MNA), with an updated checklist from Terra Nova Bay (Ross Sea). Zookeys, 758, 137-156 (DOI: 10.3897/zookeys.758.23485) (IF: 1.1; %PNRA: 100).

Marchitto T., Bryan S., Doss W., McCulloch M., Montagna P. (2018). A simple biomineralization model to explain Li, Mg, and Sr incorporation into aragonitic foraminifera and corals. Earth and Planetary Science Letters, 481, 20-29 (IF: 4.823; %PNRA: 30).

Melis R., Salvi G. (2020). Foraminifer and Ostracod Occurrence in a Cool-Water Carbonate Factory of the Cape Adare (Ross Sea, Antarctica): A Key Lecture for the Climatic and Oceanographic Variations in the Last 30,000 Years. Geosciences 2020, 10(10), 413; https://doi.org/10.3390/geosciences1010041 (IF: 1.279; %PNRA: 100).

Montagna P. and Douville E. (2020). Geochemical proxies in marine biogenic carbonates: New developments and applications to global change. Chemical Geology, 533, 119411. https://doi.org/10.1016/j. chemgeo.2019.119411 (IF: 3.618; %PNRA: 20).

Trotter J., Pattiaratchi C., Montagna P., Taviani M., Falter J., Thresher R., Hosie A., Haig D., Foglini F., Hua Q., McCulloch M. (2019). First ROV exploration of the Perth Canyon: Canyon setting, faunal observations, and anthropogenic impacts. Frontiers in Marine Science doi.org/10.3389/fmars.2019.00173 (IF: 3.07; %PNRA: 20).

Special issue “Polar Marine Carbonates” approvato nel 2020 per la rivista scientifica Minerals (Guest Editors: Paolo Montagna e Marco Taviani). (https://www.mdpi.com/journal/minerals/special_issues/PMC)(IF: 2.088; %PNRA: 100).

Proceedings

Ferretti, P., Crowhurst, S.J., Greaves, M., McCave I. N., Southwest Pacific deep-water carbonate chemistry during the Mid-Pleistocene Transition. Geophysical Research Abstracts Vol. 21, EGU2019-18255, 2019. EGU General Assembly 2019, Vienna (Austria) 07-12 April 2019.

Lombardi C, Taylor PD, Cocito S, Mazzoli C, Canese S, Montagna P (2018) “Foliaceous bryozoans from the Ross Sea (Antarctica) as proxies in climate change research”, Proceedings of XV Larwood annual meeting 2018 (International Bryozoological Association’), 4-6 giugno 2018, Cardiff, Galles.

López Correa M., Montagna P., Mazzoli C., Shirley B., Taviani M. (2019) - The Antarctic barnacle Bathylasma corrolliforme as geochemical archive of environmental conditions in the Ross Sea. XIII International Symposium on Antarctic Earth Sciences (ISAES 2019), Incheon, Republic of Korea, July 22-26.

López Correa M., Montagna P., Mazzoli C., Schulbert C., Shirley B., Taviani M. (2019) - Incremental banding, longevity and geochemical composition of the Antarctic barnacle Bathylasma corrolliforme. XIII International Symposium on Antarctic Earth Sciences (ISAES 2019), Incheon, Republic of Korea, July 22-26.

López Correa M., Mazzoli C., Taviani M. (2019) - Latitudinal screening of Southern Ocean limpet isotope compositions and incremental banding across the Polar Front. XIII International Symposium on Antarctic Earth Sciences (ISAES 2019), Incheon, Republic of Korea, July 22-26.

Salvi G., Colizza E., McKay  R., De Santis L., Kulhanek D.K., IODP Expedition 374 Scientific Party (2020) - Ostracod record from Pleistocene biogenic carbonate sediments off Cape Adare and IODP 374 U1523 site, a comparison. SCAR open science conference 2020.

Salvi G. Colizza E., Pugliese N. (2017) - Recent and Late Pleistocene ostracod assemblages from the western Magellan Strait. 18th International Symposium on Ostracoda (ISO-18). University of California Santa Barbara August 27-31, 2017.

Salvi G., Colizza E., Sciuto F. (2017) - Ostracods as a possible lecture key to explicate late Quaternary climatic events in the NW Ross Sea area. 18th International Symposium on Ostracoda (ISO-18). University of California Santa Barbara August 27-31, 2017.

Salvi G., Melis R., Colizza E. (2017) - Quaternary biogenic carbonate sediments from northwestern Ross Sea continental shelf, Antarctica: evidences from microfossils. Past Antarctic Ice Sheet Dynamics (PAIS) Conference. September 10-15th 2017, Trieste – Italy.

Salvi G., Melis R., Del Carlo P., Di Roberto A., Colizza E. (2019) - Ostracode and foraminifer response to a Late Pleistocene-Holocene volcanic activity in northern Victoria Land as recorded in Ross Sea (Antarctica) marine sediments. 9th European Ostracodologists’ Meeting Crossing boundaries in ostracod research 19–22 July 2019, Gdańsk, Poland.

Capitoli

Lombardi C, Taylor PD, Cocito S (2020). Bryozoans: the 'forgotten' bioconstructors. In: Perspectives on the Marine Animal Forests of the World. S. Rossi, L. Bramanti (eds). Springer Nature Switzerland, pp. 191-214 (in press) (%PNRA: 100).

McCulloch M., D’Olivo J.P., Falter J., Georgiou L., Holcomb M., Montagna P., Trotter J. (2018). Opening Pandora’s Box: Boron isotopic systematics in Scleractinian corals. In: Boron Isotopes , Advances in Isotope Geochemistry. H Marschall, G. Foster (eds). Springer International Publishing, pp. 145-162 (%PNRA: 20)

Atti

Ferretti, P., Elderfield, H., Greaves, M., Crowhurst, S.J., McCave, N., Southwest Pacific deep-water carbonate chemistry over the past 1 million years. 2018 Annual SISC Conference “Recent trends in climate sciences, adaptation and mitigation”, Mestre-Venice (Italy) 17-19 October 2018.