Late Pleistocene glaciers of Northern Apennines as archive for paleoclimatic reconstruction in the Mediterranean basin I ghiacciai del Pleistocene superiore nell'Appennino Settentrionale, un archivio di dati per la ricostruzione del paleoclima nel bacino del Mediterraneo.

Abstract The Northern Apennines represent a hinge area between the Mediterranean and the continental Europe. The Northern Apennines were widely glaciated during the Last Glacial Maximum and glaciers experienced a poliphasic evolution during the Lateglacial until the end of the Pleistocene, foreseeing the Early Holocene. Glacier maximum positions and Lateglacial stages in Northern Apennines are here reconstructed and chronologically constrained. Geomorphological and glacial geological surveys combined with 10Be cosmogenic Surface Exposure Dating, for the first time applied in the region, lead to outline and define the entity and timing of the glaciation since the Last Glacial Maximum until the last Lateglacial stage. Glacier geometries are reconstructed adopting a quantitative approach. The combined use of photointerpretation, field surveys in selected sites and Geographic Information System (GIS) allow to obtaine quantitative data on glacier oulines and areal extensions, and to reconstruct past glacier surfaces and volumes. Reconstructed glaciers, together with geographic location, morphometric data and Equilibrium Line Altitudes, are organized in a GIS database built following the guidelines used in recently developed glacier inventories. 10Be exposure ages obtained from erratic boulders constrain the maximum positions reached by the glaciers before 20.4-19.1 ka, within the Marine Isotope Stage 2 and the global Last Glacial Maximum. At that time valley and mountain glaciers in Northern Apennines covered an area of 260 km2, with lowest ELAs reaching 1200-1250 m a.s.l.. Since the end of the Last Glacial Maximum glaciers repeatedly re-advanced during the Lateglacial. A polyphasic Lateglacial evolution, expressed by at least three phases, is recorded by the northern Apenninic glaciers and correlated along the range by comparable rises of the Equilibrium Line Altitudes since the Last Glacial Maximum. The detected phases are constrained by a dataset of 10Be exposure ages and find high correlation with periodical changes in the North Atlantic circulation and with the consequent climate deterioration periods of the Oldest, the Older and the Younger Dryas respectively. The early Lateglacial stage, confined before ca. 16.5 ka, is the response to the Oldest Dryas cold stage and can be related to the Gschnitz alpine stadial. The second identified phase, bracketed between 15.0±0.8 and 14.0±0.7 ka, is tentatively correlated to the Older Dryas cold phase and to the Daun alpine stadial. Furthermore, new 10Be dates completely support the first direct detection of Younger Dryas moraines, confined between 13.0±0.7 and 11.4±1.1 ka, related to the Egesen alpine stadial, and call into question the assumption of absence of glaciers in the Northern Apennines at the end of the Pleistocene. Moreover, a double response of the northern Apenninic glaciers was identified related to this last Pleistocene climate deterioration. Equilibrium Line Altitudes, calculated for the single glaciers during different phases of their evolution, provide the chance to analyze the regional snowline trend in the temporal range that spans from the Last Glacial Maximum to the last Lateglacial stage and to investigate its significance in the framework of the Italian Apennines and the Mediterranean region. Obtained results reveal a peculiar behavior of the glaciers in the Northern Apennines during the Last Glacial Maximum, characterized by among the lowest snowlines recorded along the circum-Mediterranean mountains. Impressively low Equilibrium Line Altitude elevations compared to surrounding mountain ranges are recorded by northern Apenninic glaciers over the investigated time interval, combined with relatively low differences in the rise of the regional snowline compared to the Last Glacial Maximum. In particular, during the Younger Dryas cold stage, ELAs 600 to 700 m depressed compared to the neighboring Central Apennines and Maritime Alps. The entity of the Late Pleistocene glaciation, here reconstructed along the Northern Apennines and chronologically constrained, enables us to investigate palaeoclimatic reasons of this long term glaciation, in particular related to the location of the study area in the framework of the western Mediterranean and to the influence of precipitation amounts and distribution in glacier development. Furthermore, the presence of glaciers in Northern Apennines still during the Younger Dryas enforces the hypothesis of a strong signal of this cold phase over Southern Europe. Lastly, evidences of phases following the Younger Dryas cold stage are represented by the highest moraines perched on the uppermost and more shielded cirque floors. Based on their position, these moraines can be tentatively related to an Early Holocene phase. The reconstructed geochronological dataset that embraces the main palaeoclimatic events occurred since the Last Glacial Maximum until the end of the Pleistocene contributes in adding new data in the framework of the ongoing researches carried on by the INTIMATE (INTegration of Icecore, MArine and TErrestrial Records) project group. Riassunto L'Appennino Settentrionale rappresenta una zona di cerniera tra il Mediterraneo e l'Europa continentale. Nel presente lavoro vengono ricostruite e cronologicamente vincolate le tappe più significative della storia glaciale dell'Appennino Settentrionale nel corso del tardo Pleistocene a partire dall'Ultimo Massimo Glaciale. Le posizioni raggiunte dai ghiacciai nel corso dell'Ultimo Massimo Glaciale e durante fasi di riavanzata nel corso del Tardoglaciale, ricostruite sulla base di rilevamenti geomorfologici e geologici glaciali, sono vincolate dalla prima cronologia ottenuta mediante età di esposizione superficiale (10Be Surface Exposure Dating). Ne risulta un'evoluzione polifasica, che vede i settori più elevati dell'Appennino Settentrionale e le principali valli estesamente glacializzati durante l'Ultimo Massimo Glaciale e la presenza di tracce glaciali riferibili a più fasi tardoglaciali , fino alla probabile presenza di ghiacciai nel corso dell'Olocene Inferiore. Le geometrie dei ghiacciai, espresse in termini di estensioni areali, paleotopografie e volumi stimati delle masse glaciali, sono ricostruite adottando un approccio quantitativo, risultato della combinazione di interpretazione di fotografie aeree stereoscopiche, di campagne di rilevamento geomorfologico e geologico glaciale in siti chiave e della gestione ed elaborazione dei dati tramite Sistemi Informativi Geografici. Le Linee di Equilibrio sono calcolate per i singoli corpi glaciali per le diverse posizioni ricostruite. I dati ottenuti sono organizzati in un database elaborato sulla base di linee guida adottate dalle più recenti banche dati glaciologiche. Nel corso dell'Ultimo Massimo Glaciale più di 100 ghiacciai occupavano l'Appennino Settentrionale per un'area di circa 260 km2, registrando valori minimi di quote di Linea di Equilibrio tra ca. 1200 e 1250 m s.l.m. Le età di esposizione ottenute da massi erratici confinano le massime posizioni raggiunte dai ghiacciai dell’Appennino Settentrionalea prima di 20.4-19.1 ka, all'interno dell'intervallo temporale correlabile allo stadio marino isotopico 2 e all'Ultimo Massimo Glaciale globale. Il Tardoglaciale risulta caratterizzato da una storia glaciale complessa e polifasica, per la prima volta cronologicamente vincolata da 10Be Surface Exposure Dating. Sono state ricostruite tre fasi principali, vincolate da cronologie fornite dalle età di esposizione che risultano in buona correlazione con periodici cambiamenti della circolazione nord-atlantica e con le conseguenti oscillazioni climatiche. La prima fase Tardoglaciale è per la prima volta datata nell'Appennino Settentrionale ed è precedente a ca. 16.5 ka. Tale fase è correlabile con il periodo di deterioramento climatico dell'Oldest Dryas e con lo stadio glaciale alpino Gschnitz. La seconda fase identificata, datata tra 15.0±0.8 and 14.0±0.7 ka è tentativamente correlata con la fase fredda dell'Older Dryas e allo stadio alpino Daun. Infine, la prima datazione, di morene ascrivibili allo Younger Dryas tra 13.0±0.7 e 11.4±1.1 ka, correlabile con lo stadio alpino Egesen, concorre a rimettere in discussione l'ipotesi dell'assenza di ghiacciai nell'Appennino Settentrionale durante l’ultima fase del Tardoglaciale. Inoltre è stata identificata e cronologicamente determinata una duplice risposta dei ghiacciai a quest'ultima fase di deterioramento climatico. Le Linee di Equilibrio, calcolate per ogni singolo ghiacciaio nelle diverse fasi riconosciute, forniscono l'opportunità di analizzare il trend regionale del limite nivale nell'ampio intervallo temporale che si estende dall'Ultimo Massimo Glaciale all’ultimo stadio Tardoglaciale e di indagare il suo significato nel contesto della Penisola Italiana e alla scala del Bacino del Mediterraneo. Nel corso dell'intero periodo temporale investigato le Linee di Equilibrio nell'Appennino Settentrionale rappresentano una depressione nel contesto dell'Appennino Centrale e Meridionale, delle Alpi Marittime e dei rilievi circum-mediterranei. In particolare, sono registrati valori eccezionalmente bassi di quota del limite nivale relativi alle posizioni dei ghiacciai nel corso dello Younger Dryas, depressi di ca. 600-700 m rispetto ai relativi ghiacciai nell'Appennino Centrale e nelle Alpi Marittime. Inoltre le risalite delle Linee di Equilibrio rispetto all'Ultimo Massimo Glaciale risultano a loro volta relativamente basse rispetto ai rilievi circostanti. L'evoluzione dei ghiacciai dell'Appennino Settentrionale nel corso del tardo Pleistocene, qui ricostruita e cronologicamente vincolata, permette di investigare le ragioni paleoclimatiche che hanno contribuito ad una così longeva conservazione delle masse glaciali in questo settore della penisola italiana. In particolare, la distribuzione ed entità delle Linee di Equilibrio evidenzia l'importanza della prossimità della catena montuosa al Mar Ligure e ad aree di genesi di perturbazioni e sottolinea il rilevante contributo della distribuzione e quantità di precipitazioni allo sviluppo della glaciazione nord-appenninica. La presenza di ghiacciai nell'Appennino Settentrionale nel corso dello Younger Dryas rafforza l'ipotesi di un segnale rilevante di questa fase fredda anche nei settori meridionali del continente europeo. Infine, evidenze di una fase successiva allo Younger Dryas sono rappresentate da morene arroccate nei settori più elevati e protetti dei circhi glaciali e ascrivibili ad una fase olocenica sulla base della loro posizione. Il dataset cronologico ricostruito nell'Appennino Settentrionale comprende i principali eventi paleoclimatici che si sono susseguiti a partire dall'Ultimo Massimo Glaciale fino alla fine del Pleistocene e contribuisce, unito alle ricostruzioni quantitative dei ghiacciai e delle relative linee di equilibrio, ad arricchire il dibattito in corso nell’ambito del progetto internazionale INTIMATE (INTegration of Icecore, MArine and TErrestrial Records) volto alla sincronizzazione di record paleoclimatici di diversa origine nella regione nord Atlantica