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Le regioni polari sono un'area chiave per la regolazione del clima: guidano gli scambi di calore tra l'oceano e l'atmosfera e con la formazione e fusione del ghiaccio marino regolano il rilascio di acque salate e dolci. Queste regioni influenzano anche la formazione di diverse masse d'acqua che entrano nella circolazione termoalina che, a sua volta, influenza il clima globale.
Per capire meglio come il clima può evolvere in futuro, è necessario studiare i cambiamenti ambientali e climatici del passato. Le sequenze sedimentarie marine sono un ottimo archivio paleoclimatico che permette di ricostruire i processi sedimentari e i cambiamenti ambientali.
La presente ricerca si concentra sulla risposta dell'ecosistema marino ai cambiamenti climatici del passato utilizzando l'associazione di diatomee insieme alla caratterizzazione sedimentologica e geochimica studiati su carote di sedimenti raccolti nel Central Basin, a Robertson Bay ed in Edisto Inlet (Mare di Ross occidentale, Antartide) e lungo il margine occidentale delle Spitsbergen (Artico).
Uno dei principali obiettivi di questa tesi è quello di caratterizzare le dinamiche ambientali durante l’Olocene in entrambe le aree polari. In dettaglio, le sequenze sedimentarie nella Robertson Bay e nel Central Basin hanno permesso di ricostruire le dinamiche ambientali dall'Ultimo Massimo Glaciale ad oggi. Viceversa, la sequenza sedimentaria studiata nella baia di Edisto ha permesso di studiare con alta risoluzione (tasso di sedimentazione pari a 1 anno ogni 0.5 cm) l’evoluzione paleoambientale e paleoclimatica degli ultimi ca. 150 anni.
L'approccio multidisciplinare suggerisce che durante l’Ultimo Massimo Glaciale la Robertson Bay ed il Central Basin sono state influenzate dalla vicinanza o dalla presenza di una ice shelf (piattaforma di ghiaccio galleggiante) che, durante la deglaciazione, si è ritirata a causa dell'afflusso di acqua oceanica. L'Olocene è caratterizzato dalla presenza di ghiaccio marino stagionale. Nella baia di Edisto, negli ultimi ca. 150 anni, l’associazione di diatomee evidenzia una copertura invernale di ghiaccio marino ed una condizione estiva senza ghiaccio. Le sequenze sedimentarie studiate lungo il margine occidentale di Spitsbergen permettono di studiare il cambiamento ambientale avvenuto durante gli ultimi 10 Y BP. In queste zone, l’associazione di diatomee indica un consistente afflusso di masse di acqua calda Atlantica. Per quanto riguarda l'ultimo secolo, questo periodo è stato studiato in un box core preso a Bellsund Drift. L’associazione di diatomee indica un costante afflusso di acqua calda di origine Atlantica mentre nelle aree limitrofe è stato registrato una fusione precoce del ghiaccio marino.
In generale, le sequenze sedimentarie studiate dalle Svalbard e dal Mare di Ross riflettono le diverse risposte delle due aree polari al riscaldamento globale.
In entrambe le aree polari, le diatomee sono un eccellente proxy per studiare il cambiamento ambientale a lungo e a breve termine e la combinazione con altri parametri ha permesso di evidenziare, per il periodo considerato, i cambiamenti nelle condizioni oceanografiche come l'aumento dell'afflusso di acqua calda, la copertura o la fusione del ghiaccio marino o la mancanza di ghiaccio marino.

Polar regions are key areas for climate regulation. They drive the heat exchanges between ocean and atmosphere. With formation and melting of sea ice they regulate the release of salty and fresh waters. They also influence the formation of different water masses which enter in the thermohaline circulation that influences the global climate.
To better understand how the climate may evolve in future, it is necessary to study the past environmental and climate evolution. Marine sedimentary sequences are great paleoclimate archives that allow to reconstruct the past sedimentary processes and environmental changes.
The present research is focused on marine ecosystem response to past climate changes using diatom assemblages together with sedimentological and geochemical characterization studied in sediment cores collected in Central Basin, Robertson Bay and Edisto Inlet (Western Ross Sea, Antarctica) and along the western Spitsbergen margin (Arctic).
One of the main objectives of this thesis is to characterize the environmental dynamics during the Holocene period in both polar areas.
In details, the sedimentary sequences investigated at Robertson Bay and Central Basin allow to reconstruct the environmental dynamics from the Last Glacial Maximum to present. The studied sediment sequences from Edisto Inlet allow to study the last ca. 150 years with high resolution (1y/0.5 cm).
Multiproxy approach suggests that during the LGM, Robertson Bay and Central Basin areas, were influenced by the vicinity or presence of the ice shelf that, during the deglaciation, receding due to warm oceanic water inflow. The Holocene period has been characterized by the establishment of seasonal sea ice. The last ca. 150 years diatom assemblages in Edisto inlet highlight this period characterized by winter sea ice cover and summer ice-free condition.
The sediment cores studied in the western Spitsbergen margin allow to study environmental changes during the last 10000 years Before Present (y BP). In this area, the diatom assemblages indicate a progressive inflow of warm Atlantic water. Regarding the last century, this period is recorded in a box core collected at Bellsund Drift where diatoms assemblages evidence an enhanced inflow of warm Atlantic water and the early retreat of sea ice margin in the nearby areas.
In general, the studied sedimentary sequences from Svalbard and Ross Sea reflect the different responses of the two polar areas to global warming. In both polar areas, diatoms are an excellent proxy to study the long- and short-term environmental changes and combining them with other parameters have allowed to highlight, in the considered period, the oceanographic setting changes such as the enhancement of warm water inflow, the sea ice cover or sea ice melting, and the oceanographic conditions in the sea ice-free period.