Appunti di Metodi e tecniche in preistoria

LEZIONE 1 – FONDAMENTI

ECOLOGIA PREISTORICA

- ecologia → studio degli ecosistemi

- ecosistema → comunità di organismi che interagiscono tra loro e con l’ambiente fisico attraverso

flussi di energia

Il flusso di energia definisce nell’ecosistema

• catene alimentari,

• scambio di materiali tra componenti biotiche ed abiotiche,

• biodiversità

Trasponendo alle popolazioni umane→ ECOLOGIA UMANA

Studio delle

• interrelazioni tra comunità umane ed ambienti

• espressioni spaziali dei fenomeni socioeconomici

Ambiente non-culturale:

- Clima → temperatura, umidità

- Paesaggio → forma, idrologia, vegetazione

- Risorse → atmosferiche, minerali, biotiche

Ambiente culturale:

- Sussistenza → caccia-raccolta, agricoltura, allevamento

- Insediamenti → grotte, capanne-case, città

- Artigianato → pietre, ceramiche, metalli

- Spiritualità

ECOLOGIA PREISTORICA = ARCHEOLOGIA CONTESTUALE

Contesto (in Archeologia, intrecciare insieme, connettere):

- Ambiente culturale → sistema spazio-temporale valido a tutte le scale dal singolo manufatto ai

gruppi di siti

- Ambiente non-culturale → sistema spazio-temporale in evoluzione variabile nel tempo

ARCHEOLOGIA CONTESTUALE

Studio di siti o di reti di siti come parte dell’ecosistema umano, nel quale le antiche comunità hanno

interagito in senso spaziale, economico, sociale.

Espressione multidimensionale delle capacità decisionali/adattative dell’uomo nell’ambiente.

Approccio olistico alle interazioni tra fattori e processi fisici, biologici e culturali.

Le cinque complicazioni fondamentali dell’Archeologia contestuale

• Spazio → Come variano i processi nello spazio?

• Scala → Quali differenze tra processi in ambito locale o regionale?

• Complessità → Quanti sono i fattori che contribuiscono ai processi, qual è il loro dettaglio?

• Interazione → In che modo interagiscono tra loro i processi?

• Equilibrio → Come variano i processi al mutare degli altri processi?

LEZIONE 2 – IL CLIMA NEL QUATERNARIO

Caratteristiche principali

Era glaciale (Ice Age, Eiszeit) → periodo di forti variazioni climatiche. Alternanze tra

- fasi fredde: glaciali

- fasi calde : interglaciali

Indizi delle variazioni climatiche - Oscillazioni glaciali

Il Quaternario è caratterizzato da ripetute alternanze di periodi glaciali e interglaciali, causate

principalmente da variazioni orbitali (cicli di Milanković). Queste oscillazioni sono documentate

nei sedimenti marini, carote di ghiaccio e morene glaciali. Sono importanti perché:

- segnalano variazioni di temperatura e volume dei ghiacci.

- hanno influenzato il livello del mare, la distribuzione degli ecosistemi e le migrazioni faunistiche e

umane.

Indizi delle variazioni climatiche –Variazioni nella composizione delle faune

Le faune del Quaternario rispondono ai cambiamenti climatici con:

- spostamenti geografici (es. il mammut in aree oggi temperate).

- estinzioni (es. megafauna alla fine del Pleistocene).

- cambiamenti di composizione nei depositi fossili (es. in grotte e torbiere). Questi cambiamenti

sono usati per ricostruire paleoclimi e ambienti.

Faune fredde e glaciali

Durante le fasi glaciali, predominano faune adattate a climi freddi e secchi, spesso steppici o

periglaciali. Le specie più rappresentative includono:

- Mammuthus primigenius (mammut lanoso) – diffusissimo in Eurasia, indica clima freddo e

aperto.

- Coelodonta antiquitatis (rinoceronte lanoso) – ambiente steppico.

- Rangifer tarandus (renna) – ancora esistente, ma molto più diffusa nel Pleistocene.

- Lepus timidus (lepre artica) – nelle faune glaciali dell’Europa centro-meridionale.

- Vulpes lagopus (volpe artica).

Faune calde e interglaciali

Durante le fasi interglaciali, il clima era più caldo e umido, con espansione delle foreste. Le faune

indicano ambienti boschivi o misti.

- Elephas antiquus (elefante antico) – foreste e ambienti temperati.

- Hippopotamus amphibius (ippopotamo) – presente in Italia durante l’interglaciale Riss-Würm.

- Dama dama (daino) – specie termofila, legata ai boschi.

- Sus scrofa (cinghiale).

- Ursus arctos (orso bruno), Cervus elaphus (cervo) – oggi diffusi, ma anche fossili interglaciali.

Le unità faunistiche (o faune-tipo) permettono di definire intervalli cronologici.

Si affiancano a unità cronostratigrafiche (come il Pleistocene medio o superiore).

Nei sedimenti continentali (torbiere, grotte, terrazzi fluviali) si trovano associazioni faunistiche che

permettono di:

- Attribuire un’età relativa (es. interglaciale Riss-Würm grazie a Elephas antiquus e Hippopotamus).

- Riconoscere ambienti glaciali o interglaciali.

Esempio italiano: la Grotta Romanelli (Puglia)

Strato inferiore: fauna a mammut e renna → fase glaciale.

Strato superiore: ippopotamo, elefante antico → fase interglaciale. Questo tipo di successione è

tipico di molti siti paleontologici quaternari.

Fasi glaciali

• Abbassamento della temperatura media (3-6 °C inferiore all’attuale)

• Diminuzione della piovosità

• Espansione delle calotte glaciali polari (fino a Germania settentr. e Canada merid.)

• Espansione dei ghiacciai montani (fino alle pianure)

• Riduzione della copertura boschiva

Fasi interglaciali

• Temperatura media simile all’attuale

• Aumento della piovosità (distribuita omogeneamente nel corso dell’anno)

• Ritrazione delle calotte glaciali polari

• Ritrazione dei ghiacciai montani

• Espansione della copertura boschiva

• Formazione di suoli

Durante i periodi glaciali:

- Biomi freddi (tundra, steppe periglaciali) si espandono verso sud.

- Foreste si ritirano nelle “aree rifugio”

Durante gli interglaciali:

- Foreste decidue e miste si espandono.

- La biodiversità aumenta.

Pollen analysis e resti vegetali aiutano a ricostruire questi scenari.

Il modello di Penck e Brückner

Nel 1909 Albrecht Penck ed Eduard Brückner pubblicarono un accurato studio geologico e

geomorfologico dei depositi morenici alpini.

Sulla base di correlazioni tra le forme glaciali e fluvioglaciali (morene e terrazzi) ricostruirono le

fasi di avanzata e ritiro dei ghiacciai sul versante settentrionale delle Alpi.

Il risultato degli studi di Penck e Brückner fu una scansione del Quaternario in quattro fasi glaciali

separate da interglaciali

1. Glaciazione Günz

2. Glaciazione Mindel

3. Glaciazione Riss

4. Glaciazione Würm (ultima glaciazione, culminata ~21.000 anni fa)

In seguito furono preposti altri due glaciali: Biber e Donau.

Questa scansione climatica e cronologica mostrò immediatamente i suoi difetti: le sequenze

stratigrafiche che venivano messe in luce (all’epoca soprattutto da scavi in grotte con faune)

mostrarono un numero molto maggiore di variazioni climatiche che vennero chiamate “stadiali” e

“interstadiali”.

Per ragioni legate prevalentemente ai progressi fatti dalla Stratigrafia, oggi riteniamo che i metodi

usati da Penck e Brückner nella costruzione del loro modello non siano più validi.

Perciò le suddivisioni Günz- Mindel- Riss- Würm non hanno più alcun senso stratigrafico e sono

state abbandonate (anche se talora compaiono ancora in letteratura).

Inoltre, studi recenti basati su metodi diversi hanno posto in evidenza più di 100 fasi glaciali

durante il Pleistocene.

Va però ricordato che il lavoro di Penck e Brückner, benché non più valido dal punto di vista

stratigrafico, rimane un’opera di elevatissima qualità per l’ampiezza dell’area trattata e per la

precisione ottenuta nello studio delle forme glaciali.

Ricerca delle cause dei mutamenti

Quali sono le cause dei mutamenti del clima?

Le variazioni dei parametri orbitali della Terra possono provocare oscillazioni climatiche?

È possibile calcolare un modello matematico che spieghi l’alternanza di periodi freddi e caldi?

La teoria fisico-matematica dei mutamenti climatici fu elaborata da M. Milanković nel 1920.

1) Variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre

L’inclinazione varia da 22.1° a 24.5° in un periodo di circa 41’000 anni (attuale 23.5°).

Influenza la quantità di radiazione solare incidente sulla superficie terrestre:

- forte inclinazione: irraggiamento alle alte latitudini, intensificato d’estate ridotto d’inverno

- debole inclinazione: riduzione degli effetti

Effetto: variazione dei contrasti stagionali, massima ai poli e minima all’equatore.

Scenari teorici di variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre

- Inclinazione teorica di 0° → nessuna variazione annuale di intensità irradiazione minima ai poli e

massima all’equatore, assenza di cicli stagionali, temperatura costante tutto l’anno

- Inclinazione attuale di 23.5° → variazioni moderate annuali di intensità, irradiazione intermedia,

inverni freddi ed estati calde

- Inclinazione teorica di 60° → forti variazioni annuali di intensità, massima irradiazione ai poli,

inverni estremamente freddi ed estati torride

2) Precessione degli equinozi- precessione assiale

L’asse di rotazione della Terra ruota descrivendo un cono nello spazio con un periodo di circa

26’000 anni.

Effetto: rotazione della linea degli equinozi in direzione opposta a quella di rivoluzione della Terra.

tratto grosso: linea degli equinozi

tratto sottile: linea dei solstizi

Ep: equinozio di primavera

Se: solstizio d’estate

La direzione dell’asse maggiore dell’orbita ruota con un periodo di

circa 100’000 anni aumentando la velocità di rotazione della linea

degli equinozi.

Effetto: riduzione del ciclo di precessione a circa 21’000 anni.

Effetti sul clima

Differenze di irraggiamento

Oggi:

- Emisfero boreale → perielio = inverno, afelio = estate, estati fresche e inverni miti

- Emisfero australe → perielio = estate, afelio = inverno, estati calde e inverni freddi

5’500 BP:

- Emisfero boreale → perielio = autunno, afelio = primavera, moderata stagionalità

- Emisfero australe → perielio = primavera, afelio = autunno, moderata stagionalità

11’000 BP:

- Emisfero boreale → perielio = estate, afelio = inverno, estati calde ed inverni freddi

- Emisfero australe → perielio = inverno, afelio = estate, estati fresche e inverni miti

Differenze nella durata delle stagioni NB: in questa illustrazione

la Terra è sempre

rappresentata nella

posizione di solstizio

d’inverno (boreale)

3) Variazioni di eccentricità dell’orbita terrestre

L’orbita della Terra varia da subcircolare (eccentricità 0.00) a debolmente ellittica (eccentricità

0.06) secondo due periodi di circa 100’000 e 400’000 anni.

Effetti:

- Scarsi sulla radiazione solare incidente sulla terra (0.1%)

- Elevati sulla modulazione degli effetti della precessione

• elevate eccentricità: forte effetto della precessione sul ciclo stagionale

• bassa eccentricità: la posizione degli equinozi sull’orbita è irrilevante (tutti i punti sono

equidistanti dal sole)

4) Somma degli effetti

Sommando gli effetti dei tre parametri orbitali si ottiene una curva simile a quella degli isotopi

stabili dell’ossigeno.

Isotopi stabili dell’Ossigeno nei sedimenti marini

1) Caratteristiche fisiche degli isotopi

- Gli isotopi dell’ossigeno 16O e 18O sono stabili (non si trasformano in altri elementi attraverso

processi di decadimento radioattivo)

- In natura il loro rapporto è costante

- Le molecole di acqua (H2O) possono contenere 16O oppure 18O

- Quelle formate dall’isotopo 16O (più leggere) evaporano più facilmente di quelle contenenti 18O

(più pesanti)

2) Comportamento degli isotopi

- Mari ed oceani tendono ad impoverirsi di 16O, e di conseguenza ad arricchirsi di 18O, a causa

dell’evaporazione differenziata

- L’acqua evaporata ricade sulla terra sotto forma di precipitazioni e, attraverso il ciclo

idrogeologico, ritorna nei mari riequilibrandone subito la composizione isotopica

- Durante i periodi freddi, i ghiacci delle calotte polari e montane bloccano l’acqua ricca in 16O

ricaduta sulla terra, impedendone il rientro negli oceani, il cui livello si abbassa.

L’acqua del mare si arricchisce in 18O

- Al rialzarsi della temperatura i ghiacci si sciolgono, il livello del mare si rialza e la composizione

isotopica degli oceani si riequilibra

3) Dove si conserva traccia delle variazioni di composizione dell’H2O marina?

- I foraminiferi, oltre a numerose altre specie di organismi marini, costruiscono un guscio calcareo

(CaCO3) utilizzando l’ossigeno dell’acqua marina. La composizione isotopica dei gusci rispecchia

così quella del mare in cui vivono questi animali

- Alla loro morte i foraminiferi si depositano sul fondo degli oceani, formando sedimenti che si

accumulano lentamente

4) Raccolta dei campioni

- Per mezzo di particolari trivelle è possibile prelevare dai fondali oceanici carote di sedimenti

lunghe parecchie decine di metri

5) Analisi e risultati: curve composizione/profondità

- Dalle carote si prelevano campioni di sedimento a distanza di pochi centimetri l’uno dall’altro, e

da questi si estraggono i foraminiferi

- Si misura poi la quantità di 16O e 18O nei foraminiferi di ciascun campione e si tracciano curve

della composizione isotopica in funzione della profondità

- Queste curve rappresentano la variazione del volume dei ghiacci presenti sulla terra

6) Trasformazione delle profondità in tempi

- per mezzo di studi geocronometrici è possibile datare le carote, trasformando le profondità in

tempi.

Si usano soprattutto studi su tephra (ceneri vulcaniche) e sul paleomagnetismo dei sedimenti

- Ovunque siano state prelevate le carote, le curve sono (quasi) sempre correlabili.

Ciò significa che il metodo è valido su scala mondiale

7) Caratteristiche delle curve isotopiche. Stadi isotopici

- Le curve possono essere suddivise in stadi isotopici OIS (oxigen isotope stages) o MIS (marine

isotope stages) numerati a partire da 1 (attuale)

- Fasi calde = numeri dispari, fasi fredde = numeri pari

Tempi di glaciazione e deglaciazione

Le curve hanno minor pendenza nelle fasi anaglaciali (transizione verso il glaciale) che in quelle

cataglaciali (transizione verso l’interglaciale), questo significa che gli anaglaciali hanno maggior

durata dei cataglaciali.

Cause delle diverse velocità di raffreddamento e riscaldamento

Anaglaciale:

- raffreddamento acque marine superficiali

- migrazione in basso di acque superficiali (fredde e dense)

- mescolamento con acque profonde calde e omogeneizzazione della temperatura → raffreddamento

rallentato

Cataglaciale:

- fusione dei ghiacci => diminuzione albedo => aumento velocità di fusione

- acque di fusione confinate in superficie (dolci e poco dense benché fredde)

- riscaldamento acque superficiali

- acque profonde isolate (fredde)

- nessun rimescolamento né omogeneizzazione della temperatura → accelerazione del processo di

fusione

8) Storia delle glaciazioni durante gli ultimi 6 Ma

Curve ottenute dalla correlazione di più carote indicano:

- raffreddamento della temperatura media della Terra da circa 2.5 Ma BP

- forti oscillazioni nella temperatura da 2.5 Ma BP

- numero di oscillazioni climatiche decisamente maggiore di quello indicato dalle ipotesi di Penck e

Brückner

Isotopi stabili dell’Ossigeno nei ghiacci polari

La neve che cade sulle calotte polari contiene più molecole leggere H216O quando la T è bassa.

La composizione “leggera” è detta “negativa” infatti il rapporto tra H218O e H216O si esprime

come deviazione rispetto a uno standard δ18O=1000 (18O/16O[ghiaccio] -18O/16O[std]).

La composizione isotopica δ18O e la temperatura del ghiaccio groenlandese, misurate in differenti

località, sono ben correlate.

Le variazioni di 18O attraverso il tempo sono indicatori delle paleotemperature.

Perforando il ghiaccio in profondità è stato possibile risalire fino a circa 250 ka BP.

Datazione:

- conteggio degli strati annuali di deposizione della neve → valido soltanto nelle parti superficiali,

dove gli strati sono poco compattati e perciò ben visibili

- tephra vulcanici

- modelli di accumulo → basati sul calcolo della deposizione e della compattazione e sul flusso dei

ghiacciai

Isotopi stabili dell’ossigeno, metano (CH4), anidride carbonca (CO2), ceneri vulcaniche nei

ghiacci polari

L’integrazione dei dati isotopici con quelli sui gas serra contenuti nelle bolle d’aria del ghiaccio

consente accurate ricostruzioni paleoclimatiche.

Altre cause dei mutamenti climatici: circolazione termoalina

È una parte della circolazione oceanica globale, guidata da differenze di temperatura e salinità

dell’acqua.

Regola il trasporto di calore tra equatore e poli.

Cambiamenti nella circolazione termoalina hanno influenzato eventi climatici del Quaternario.

NADW – North Atlantic Deep Water (Acqua Profonda del Nord Atlantico)

- Formazione: si forma nel Mar Glaciale Artico e nel Mare del Labrador, dove le acque superficiali

diventano molto fredde e salate, quindi più dense, e sprofondano.

- Caratteristiche: temperatura fredda, ma più calda dell’AADW, salinità abbastanza alta, ricca di

ossigeno.

- Percorso: una volta formata, la NADW sprofonda e fluisce verso sud, lungo l’Atlantico, fino

all’Oceano Antartico.

- Ruolo climatico: contribuisce a mantenere climi più miti in Europa (perché richiama acque calde

superficiali da sud,