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Riassunto

Nata all’inizio del XX secolo come strumento per poter provare l’influenza delle macchie solari sul clima terrestre, la dendrocronologia è una disciplina che negli ultimi decenni sta sempre più acquisendo importanza in diversi ambiti scientifici, trovando applicazioni che spaziano dalla climatologia all’ecologia alla datazione di fenomeni naturali e indotti dall’uomo.
La presente tesi di laurea ha come fine l’elaborazione di curve dendrocronologiche e analisi dendroclimatiche per contribuire allo studio delle variazioni di alcuni parametri climatici in ambiente alpino.
L’area investigata è situata nel massiccio della Presanella, nelle Alpi Retiche. Questo massiccio montuoso rappresenta un sito chiave per gli studi di dendrocronologia e per le analisi dendroclimatiche in quanto si inserisce in un contesto geografico, glaciologico e climatico peculiare. Situato nel cuore delle Alpi Centrali e in connessione con il più esteso acrocoro dell’Adamello, il massiccio è stato ed è ancora oggi sede di numerosi corpi glaciali.
In particolare l’attenzione è stata rivolta a tre valli situate nel versante settentrionale del massiccio (la Val Palù, la Val Barco e la Valpiana) per le quali non esistono cronologie; si è provveduto, inoltre, ad integrare ed aggiornare con nuovi dati una cronologia già esistente per la Val Presena, situata pochi chilometri ad ovest delle precedenti.
Il lavoro ha visto una prima fase di campionamento nelle valli sopra indicate e successivamente di elaborazione dei campioni presso il laboratorio di Dendrocronologia del DST di Pisa e presso l’Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL di Birmensdorf (Svizzera).
I campioni prelevati provengono da quote comprese tra 1100 m slm e 2250 m slm. In totale sono stati prelevati 138 nuovi campioni provenienti da 77 individui (almeno 2 carote per ogni albero), della specie Larix decidua Mill. (68 individui) e Picea abies (L.) H.Karst (9). Nella fase di campionamento gli alberi sono stati selezionati privilegiando gli individui dal portamento eretto, privi di danni evidenti provocati da valanghe, fulmini, frane di crollo e debris flow. Il campionamento è stato rivolto il più possibile a piante longeve sebbene in queste aree gran parte della vegetazione arborea sia stata soggetta a taglio durante la Prima Guerra Mondiale per la costruzione dei baraccamenti militari e successivamente per la ricostruzione delle abitazioni.
I campioni sono stati prelevati seguendo i criteri standard internazionali che prevedono il prelievo delle carote all’altezza del petto utilizzando un succhiello di Pressler in acciaio a doppia elica con passo da 12 mm, adatta alle conifere.
Successivamente i campioni sono stati preparati per la misura delle ampiezze degli anelli annuali. A tale scopo è stata utilizzata una slitta incrementale del sistema LINTAB-TSAP® collegata ad un microscopio ottico che consente la precisione di 1/100 di mm. Le cronologie di ogni individuo così ottenute sono state dapprima validate mediante la tecnica del cross-dating visivo e successivamente confrontate con le cronologie ottenute dagli altri individui della stessa valle. La verifica del cross-dating visivo è stata realizzata tramite il calcolo di alcuni indici statistici quali l’indice Gleichläufigkeit (Glk), l’indice GSL (Significant Level of Gleichläufigkeit) e il cross-dating index (CDI). Tali indici consentono una valutazione della concordanza tra due cronologie. Le curve di ogni individuo di una stessa valle sono state mediate per ottenere una cronologia di riferimento. Dai campioni provenienti dalla fascia di alta quota è stata ottenuta una nuova cronologia del larice (Val Barco) ed integrata una cronologia già esistente (Val Presena). I campioni provenienti dalla fascia altimetrica più bassa sono stati utilizzati per la realizzazione di due nuove cronologie (Valpiana e Val Palù).
Allo scopo di trasformare le cronologie in curve di indici adimensionali prive di segnali non climatici, queste sono state standardizzate utilizzando una single detrending con finestra mobile di 100 anni. Su queste curve è stata eseguita l’analisi dei pointer years per verificare eventuali attacchi del lepidottero defogliatore Zeiraphera diniana Gn.
Le cronologie ottenute sono state confrontate con i dati climatici provenienti dai database CRU-TS ver. 3.21 e HISTALP, entrambi disponibili on-line.
La relazione clima-accrescimento è stata valutata utilizzando il software DendroClim2002. Tale software consente il calcolo di correlazioni semplici di Pearson, di funzioni risposta, di correlazioni mobili e di funzioni risposta mobili. I risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli raggiunti da precedenti studi realizzati nella stessa area di indagine.
Lo studio realizzato ha consentito di elaborare tre nuove cronologie di larice in ambiente alpino che si spingono a comprendere parte delle pulsazioni della Piccola Età Glaciale. In particolare le cronologie ottenute coprono intervalli temporali che vanno dal 1605 al 2013 per la Val Barco, dal 1815 al 2013 per la Val Palù, dal 1825 al 2013 per la Valpiana. Inoltre è stata integrata la cronologia della Val Presena che adesso si estende dal 1616 al 2013, aumentando la significatività delle cronologie esistenti per questo settore del massiccio della Presanella.
E’ stata costruita per la Valpiana anche una cronologia di abete rosso che comprende un intervallo temporale che si estende dal 1930 al 2013. Dall’analisi della relazione clima-accrescimento si evince che le temperature medie del mese di giugno costituiscono il fattore limitante per l’accrescimento del larice in questa zona. Inoltre l’influenza delle precipitazioni si conferma essere non significativa sia per la crescita degli individui alle alte sia alle basse quote.
Dall’analisi dei pointer years è emerso che le valli studiate sono state interessate da attacchi periodici di Zeiraphera diniana Gn., che hanno maggiormente coinvolto gli individui presenti alle quote più basse, condizionandone in parte la registrazione del segnale climatico. L’intervallo tra un focolaio e il successivo è risultato essere di circa 8-9 anni, in accordo con quanto noto in letteratura per altri siti alpini.
Gli individui di larice situati a quote più elevate risultano mostrare una buona correlazione con le temperature medie estive, nonostante si possa rilevare una lieve diminuzione dei valori di correlazione con le temperature medie di giugno a partire dai primi anni ’60. Questa essenza si conferma quindi un ottimo strumento per le analisi paleoclimatiche di alta montagna.
L’andamento della cronologia media totale mette in evidenza una riduzione delle dimensioni degli anelli annuali a partire dal 1740 ca. e un significativo aumento a partire dal 1820 circa. Questo comportamento è imputabile ad una diminuzione e successivo aumento delle temperature medie estive, probabilmente da ricollegare alle condizioni climatiche locali connesse alla Piccola Età Glaciale (PEG). La diminuzione delle dimensioni medie degli anelli, ci indica una condizione di temperature medie estive in progressiva diminuzione con un primo picco negativo intorno alla seconda metà del ‘700 e un secondo intorno alla prima decade dell’800; a partire dal 1820 le temperature medie estive progressivamente aumentano. Non essendo possibile ricostruire cronologie più antiche, non è individuabile l’inizio della fase di “raffreddamento” connesso alla PEG. L’incremento delle dimensioni medie degli anelli può essere ricollegato alla fine della PEG.
A partire da questo momento si osserva un trend di progressivo aumento delle dimensioni medie degli anelli, e quindi delle temperature medie estive, interrotto da brevi intervalli con riduzioni. Dagli anni ’80 dello scorso secolo si rileva un progressivo aumento delle ampiezze anulari in accordo con l’andamento delle temperature riportato nei dataset climatici.
La possibilità di disporre di nuove e aggiornate cronologie consentirà di fornire contributi alla conoscenza e caratterizzazione delle recenti variazioni climatico-ambientali avvenute nell’area di studio.

Abstract

Born in the early 20th century as an instrument to assess and quantify the influence of solar activity on the terrestrial climate, dendrochronology is a science that has acquired even more importance over the past few years, and in different scientific branches: from climatology to ecology, not to mention dating natural and anthropic environmental occurrences.
This master’s thesis has the aim to elaborate dendrochronological data and carry out dendroclimatical analysis, in order to study the variations of chosen climatic parameters in the Alpine environment.
The area of study is situated on the Presanella massif, in the Retiche Alps. This massif is an important site for dendrochronological studies and dendroclimatic analysis because it is inserted into a peculiar geographical, glacial and climatic context. Situated in the heart of the Central Alps and connected to the larger Adamello massif, this area held and still holds hundreds of glaciers. In special manner, focus was pointed at three valleys situated in the northern slope of the massif Val Barco, Val Palù and Valpiana) for which there aren’t chronologies. Furthermore, the existent chronology of Val Presena, a valley a few kilometers to the west, was integrated and updated with new data.
The work was done with a first phase of sampling in the aforementioned valleys and a second phase of sample elaboration at the Dendrochronological Laboratory in the Earth Sciences Department of the University of Pisa and at the Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL in Birmensdorf (Switzerland).
All samples come from an altitude between 1100m and 2250m. 138 new samples from 77 trees (at least 2 cores per tree), of Larix decidua Mill. (68 organisms) and Picea abies (L.) H.Karst (9) were taken. The sampling was focused only on very straight trees, clearly not showing damage caused by avalanches, lightning, rock falls or debris flow. Sampling was focused on the more ancient plants of the area. Many trees, however, were cut during the First World War for military buildings and other military uses and afterwards, for house reconstruction. The samples were taken using the international
standards: at breast height using a stainless steel borer appropriate for coring softwood trees. After that, the samples were prepared for tree-ring measuring.
For that scope, we used an incremental slide of the LINTAB-TSAP® system, linked to an optical microscope that enabled a precision of 1/100 mm. The chronologies of each tree were firstly checked using the cross-dating technique and after compared with other chronologies from the same valley. Cross-dating was evaluated with some statistical indexes like the Gleichläufigkeit (Glk), GSL index (Significant Level of Gleichläufigkeit) and the cross-dating index (CDI). These indexes verify the concordance between two chronologies. The curves of each organism from same valley were averaged to obtain one mean chronology of reference. From the high altitude samples we obtained a new chronology for the larch (Val Barco) and integrated an existing chronology (Val Presena). With the low altitude samples we made two new chronologies (Valpiana and Val Palù).
To get chronologies of adimensional indexes without any non-climate signal, the raw chronologies were standardized with a single detrending using a spline 100 years wide. Analysis of pointer years was carried out on these new chronologies to check whether there are sign of Zeiraphera diniana Gn. outbreaks. The chronologies were compared with the climatic data of the CRU-TS ver. 3.21 and HISTALP database. The clime-growth relationship was checked using DendroClim2002 software. This software is used to calculate the Pearson index, response function, moving correlation and moving response function. These results were compared with previous data from studies in the same area. The work has resulted in the creation of
three new larch chronologies in the alpine environment that include part of the last pulsations of the Little Ice Age. In particular, the chronologies spaced from 1605 to 2013 for Val Barco, from 1815 to 2013 for Val Palù and from 1825 to 2013 for Valpiana. Furthermore, the Val Presena chronology was integrated and now covers a time lapse from 1616 to 2013, improving the significance of the existing chronologies for this area of the Presanella massif. A spruce chronology was also built for Valpiana, it covers a period from 1930 to 2013.
The clime-growth relationship analysis showed that the mean temperatures of June are the limiting factor for larch growth. Furthermore, precipitation amounts do not influence the growth of trees at either high or low altitude.
Pointer year analysis showed that the valleys were periodically attacked by Zeiraphera diniana Gn., and that the low altitude organisms were more susceptible to these outbreaks that influence the climatic record in these trees. The recorded period between outbreaks is 8-9 years, in accordance with the literature for other alpine sites. Larches at higher altitude showed a good correlation with average summer temperatures. Nevertheless, a small decrease in the correlation index has occurred since early ’60. This species was confirmed as a good instrument for the paleoclimatic analysis in high altitude environments.
The trend of the mean chronology showed a decrease of tree-ring dimensions starting from 1740 ca. and, to follow, a significant increase since 1820 ca. This trend could be indicative of a decrement and a increment of average summer temperatures relative to the local climatic conditions, probably due to the influence of the Little Ice Age (LIA). The decrease in tree-ring width revealed a progressively colder summer, with a first negative peak around the second half of eighteenth century and a second one around the first ten years of the next; since 1820 the average summer temperatures have increased. Due to the inability to reconstruct ancient chronologies, it is impossible find the start of cooler phase linked with the LIA. Increase in the tree-ring width could be linked with the end of the LIA.
Since this moment a progressive increase in tree-ring width is shown and therefore an increase of average summer temperatures, stopped by short lags with a decreasing trend. Since the last two decades of last century, a progressive increase in tree-ring width was shown in concert with the increase of average temperatures, as reported in climatic databases.
The possibility of new and updated chronologies will furnish a contribution to the understanding and characterizing of recent climatic and environmental variations that have occurred in the studied area.