Specific molecular markers in lake sediment cores for biomass burning reconstruction during the Holocene

Abstract

Il fuoco gioca un ruolo importante nel sistema terrestre influenzando gli ecosistemi e il clima, ma anche il clima influenza il fuoco. Il sistema (discorso) diviene più complesso quando gli umani hanno iniziato ad usare il fuoco come uno strumento (in modo routinario). Scopo principale della ricerca paleoincendiaria è lo studio delle interazioni fra l’uomo, il fuoco e il clima. Comprendere come questi tre aspetti sono cambiati nel passato aiuterà a prevedere le interazioni fra clima, fuoco e l’uomo nel futuro. L’uso di carote di sedimento lacustre come archivi naturali per la ricostruzione della passata attività incendiaria attraverso il conteggio delle particelle di charcoal è un metodo ben consolidato. Il presente lavoro di tesi è dedicato alla valutazione e applicazione di indicatori molecolari organici per l’individuazione di eventi di biomass burning: levoglucosan, mannosan e galactosan sono usati come proxies per la ricostruzione della passata attività incendiaria in sedimenti di lago nel corso dell’Olocene. Inizialmente ho sviluppato un nuovo metodo analitico basato su tecniche di cromatografia a scambio ionico ad alte prestazioni interfacciate alla spettrometria di massa per la separazione e quantificazione di questi tre monosaccaridi anidri in sedimenti lacustri. L’applicabilità di questo metodo analitico è stata dimostrata confrontando i risultati relativi alla presenza di levoglucosan, mannosan e galactosan in alcuni campioni di sedimento provenienti dal Lago Kirkpatrick (New Zealand) con quelli relativi alle analisi di macroscopic charcoal. Successivamente ho applicato, con esito positivo, il suddetto metodo a sedimenti lacustri provenienti dal Lago Petén Itzá (Guatemala) per la ricostruzione dell’attività incendiaria su scala regionale durante l’Olocene. Abbiamo impiegato sia analisi di levoglucosan che di steroli fecali in carote provenienti dal Lago Transimeno (Italia) per ricostruire le interazioni fra il fuoco e la presenza umana durante l’Olocene, osservando bassa attività incendiaria durante il periodo Romano. Tale combinazione di tecniche dimostra che marker molecolari sono validi fire proxies quando analizzati in campioni di sedimento in diverse località Il confronto fra trend descritto dalle concentrazioni di levoglucosan, mannosan e galactosan e quello relativo al macroscopic charcoal nel Lago Kirkpatrick e nel Lago Petén Itzá suggerisce che i marker molecolari descrivono la storia dell’attività del fuoco su scala regionale e relativa ad incendi a basse temperature, a differenza del macroscopic charcoal che risulta essere un proxy su scala geografica piú locale. Sono inoltre stati confrontati i cambiamenti nella vegetazione (Lago Kirkpatrick e Lago Petén Itzá) e nel charcoal morphotypes (Lago Petén Itzá) con i rapporti fra levoglucosan/mannosan e levoglucosan/(mannosan+galactosan), suggerendo che tali rapporti potrebbero risultare utili strumenti per l’individuazione della biomassa combusta. Test di biodegradazione dimostrano una potenziale degradazione di levoglucosan, mannosan e galctosan quando si trovano dissolti in soluzione acquosa, ma la loro presenza in “antichi” campioni di sedimento suggeriscono che levoglucosan, mannosan and galactosan possono conservati per millenni quando questi si trovano legati a particelle nel sedimento. Sebbene esistano ancora incertezze, i risultati di questa ricerca suggeriscono che marker molecolari organici sono validi fire proxies su scala regionale e che il rapporto fra i loro isomeri può aiutare ad individuare cambiamenti nella vegetazione combusta.