Supraglacial trees: a new frontier for the study of recent glacier dynamics and of the climate change impacts in the Alpine environment
Edited by Giovanni Leonelli and Manuela Pelfini
Glacier tongues colonization by the vegetation is one of the biotic responses to climate warming. The growth of herbaceous plants, shrubs and trees on a glacier, however, is only possible when the glacier terminal portions are covered by debris. The debris derives from the increasing physical alteration of the rocks from the surrounding slopes and from the increasing glacier ablation rates. When the debris cover exceeds a certain critical value, the ablation rate is reduced thus protecting the ice from ablation. The debris cover is also home to other life forms, from yeasts and fungi to animals. However, trees require a rather thick debris cover, a reduced glacier surface velocity and a glacier tongue placed below the treeline altitude.
The presence of supraglacial trees, beside documenting the effects of the ongoing climatic changes is a valuable source of climatic and glaciological information, that can be derived through the analysis of the tree rings. In fact, trees at our latitudes form a wood ring for each year of growth. Each tree ring retains a large amount of environmental information summarized in the ring width, in the anatomy of the produced wood and possible growth anomalies and in the tree-ring chemical composition. The analysis of long tree-ring series allow the reconstruction of past glacio-geomorphological events, their spatial distribution as well as their variations in intensity and frequency.
The debris-covered glaciers are extreme environments for tree growth: the substrate instability caused by underneath ice flow, by differential ablation and by glacio-karst phenomena, are responsible for various growth disturbances in supraglacial trees. After their germination, trees move downvalley, following the glacier surface velocity, performing a sort of annual registration of the substrate movements, which is readable in the tree-ring characteristics (compression wood, stem eccentricity, growth anomalies, resin ducts by mechanical stress).
The analysis of vegetation and especially of the supraglacial trees (with their set of information on past and recent glacier dynamics) can be used for the spatio-temporal characterization of climate change impacts on glacier dynamics, and for the characterization of the stress effects on the glacio-related biological systems.
© www.glaciologia.it
For more details on these topics:
manuela.pelfini@unimi.it (Professor of Physical geography and Geomorphology, Università degli Studi di Milano)
giovanni.leonelli@unimi.it (Postdoc researcher, Università degli Studi di Milano, head of the AIGeo working group “Vegetation in cold areas and climate”)
HERE you can see the photos of the supraglacial vegetation. The photo were obtained as a result of field campaigns conducted in 2011 and 2012 on the Italian Alps.
HERE you can connect to Google Earth for see the location of the glaciers for which supraglacial vegetation has been reported.
HERE you can see the results of annual survey campaigns.
We thank the operators and the volunteers for their active cooperation and for the next (2013) glaciological campaign we invite again to indicate the presence of supraglacial vegetation (using the form prepared on the site, that can be downloaded here), possibly collecting more information from the glaciers of Central and Eastern Alps.
Bibliographic references
BENN, D, AND EVANS, J.A., 2010: Glaciers and Glaciation. 2nd edition. London: Hodder Education, 802 pp.
BRANDA, E., TURCHETTI, B., DIOLAIUTI, G., PECCI, M., SMIRAGLIA, C., AND BUZZINI, P., 2010: Yeast and yeast–like diversity in the southernmost glacier of Europe (Calderone Glacier, Apennines, Italy) Fems Microbiology Ecology, 72: 354–369.
CACCIANIGA, M., ANDREIS, C., DIOLAIUTI, G., D’AGATA, C., MIHALCEA, C., SMIRAGLIA, C., 2010: Alpine debris–covered glaciers as a habitat for plant life. The Holocene, 21: 1011–1020.
GOBBI, M., ISAIA, M., AND DE BERNARDI, F., 2011: Arthropod colonisation of a debris–covered glacier. The Holocene, 21: 343–349.
LEONELLI, G., AND PELFINI, M., 2013: Past surface instability of Miage debris–covered glacier tongue (Mont Blanc Massif, Italy): a decadal–scale tree-ring–based reconstruction. Boreas, 10.1111/j.1502–3885.2012.00291.x.
MATTSON, L.E., AND GARDNER, J.S., 1989: Energy exchange and ablation rates on the debris–covered Rakhiot Glacier, Pakistan. Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie, 25: 17–32.
PELFINI, M., DIOLAIUTI, G., LEONELLI, G., BOZZONI, M., BRESSAN, N., BRIOSCHI, D. AND RICCARDI, A., 2012: The influence of glacier surface processes on the short–term evolution of supraglacial tree vegetation: The case study of the Miage Glacier, Italian Alps. The Holocene, DOI: 10.1177/0959683611434222.
PELFINI, M., SANTILLI, M., LEONELLI, G., AND BOZZONI, M., 2007: Investigating surface movements of debris–covered Miage glacier,Western Italian Alps, using dendroglaciological analysis. Journal of Glaciology, 53(180): 141– 152.
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STRUNK, H., 1997: Dating of geomorphical processes using dendrogeomorphical methods. Catena, 31: 137–151.
TURCHETTI, B., BUZZINI, P., GORETTI, M., BRANDA, E., DIOLAIUTI, G., D’AGATA, C., SMIRAGLIA, C., AND VAUGHAN–MARTINI, A., 2008: Psychrophilic yeasts in glacial environments of Alpine glaciers. FEMS Microbiology Ecology, 63: 73–83.
The tree vegetation at Miage Glacier
Edited by Manuela Pelfini and Giovanni Leonelli
The debris-covered Miage Glacier is a unique glaciological feature in Italy because of the development of a supraglacial forest on the terminal portions of its tongue, which ends at an altitude of 1760 m a.s.l., well below the treeline (that in Valle d’Aosta reaches about 2500 m). The two lobes that give to the Miage Glacier the characteristic pincers shape, are colonized by trees such as European larch (Larix decidua Mill.) Norway spruce (Picea abies Karst), shrubs (Salix spp.) and various herbaceous species. The larch vegetation is undoubtedly the most abundant and the single specimens record the stresses induced by movements of the underneath ice and debris, as evidenced by the shape of the stems often bent, deformed and twisted. Shrubs and herbaceous plants are mostly concentrated in small niches, characterized by the presence of fine debris. In general, the highest tree density of less than 30 cm height is found in correspondence of the areas characterized by fine debris.
Young European larch trees growing on the Miage Glacier South lobe. Higher concentrations of trees are found where the debris has a finer granulometry and also clay and silt sediments are present (Photo A. Franchino, 2012).
After germination the trees are transported downvalley towards the glacier front where they fall in the glacier forefield and die. The oldest trees found so far have an average age between 50 and 65 years and on the stems show the scars caused by the impact of the supraglacial debris moved by the glacier surface movements. Recent research have shown that the tree highest concentrations are located near the inner margin of the northern lobe, where numerous specimens of height less than 30 cm can be found. The southern lobe is instead characterized by lower density and a larger number of taller and older specimens.
Old supraglacial European larch specimen growing in the terminal portion of the Miage Glacier South lobe (Photo D. Zannetti, 2012).
The growth anomalies studied by means dendroglaciological techniques have shown that, over the period 1987-2006, the most unstable portion of the glacier (South lobe) colonized by trees, is located in the middle and lower portion, towards the outer margin.
Tree survival on the Miage Glacier tongue is not only limited by the glacier flow into the valley, which is the cause of the tree dislocation up to the front, but also by the occasional ice cliff opening along the glacier margins. The ice cliffs are typically debris free, are directly exposed to the solar radiation and present high ablation rates. Therefore the ice-cliff laterally retreat and progressively “intercept” the roots and the stems, thus causing the tree fell in the escarpment.
Trees growing close to the inner margin of the South lobe. These trees are intercepted by the ice cliff retreat due to the intense ablation that occurs on the debris-free ice surface (Photo T. Carnielli, 2004).
The debris moved laterally from the glacier surface can gradually “close” the ice cliffs. The ice wall diminishes its slope, being again protected by the debris and allowing the trees to continue their downvalley movement towards the glacier front.
Inner portion of the Miage Glacier South lobe; trees growing along the margin are dragged outside the glacier by the debris falling along the lateral escarpment (Photo G. Leonelli, 2012).
Recent dendroglaciological analyses have documented the passage of a kinematic wave that crossed the glacier in the late 1980s, causing both the glacier swelling and the destabilization of the supraglacial trees that have consistently documented the event. The glacier growing phase culminating in 1988 was recorded in the tree-ring anomalies caused by the substrate instability (responsible for the tree deviation from vertical position) due to the changes in the glacier surface height, that was first uplifted and later lowered.
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For deepening these topics:
manuela.pelfini@unimi.it (Professor of Physical geography and Geomorphology, Università degli Studi di Milano)
giovanni.leonelli@unimi.it (Postdoc researcher, Università degli Studi di Milano, head of the AIGeo working group “Vegetation in cold areas and climate”)
Bibliographic references
LEONELLI, G. & PELFINI, M. (2012) – Past surface instability of Miage debris-covered glacier tongue (Mont Blanc Massif, Italy): a decadal-scale tree-ring-based reconstruction. Boreas, 10.1111/j.1502-3885.2012.00291.x.
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GARAVAGLIA V., PELFINI M. & MOTTA E. (2010) – Glacier stream activity in the proglacial area of an italian debris covered glacier: an application of dendroglaciology Geografia Fisica e Dinamica Quaternaria, 33 (1) 2010, 15-24.
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PELFINI M. (2009) – La vegetazione arborea per la ricostruzione dell’evoluzione glaciale e del segnale climatico in: SMIRAGLIA C., MORANDI G. & DIOLAIUTI G. (a cura di) (2009) – Clima e ghiacciai. L’evoluzione delle risorse glaciali in Lombardia, 129-142. Progetto grafico e realizzazione: Centro stampa Consiglio Regionale della Lombardia.
PELFINI M. (2009) – Geomorfositi glaciali: il caso del Ghiacciaio del Miage, un debris covered glacier dalle caratteristiche particolari. Geoitalia 28 settembre 2009, 59-61.
PELFINI M. (2008) – Ricerche dendroglaciologiche sul Ghiacciaio del Miage. L’informatore agricolo, anno 24 n.1 2008, 30-39.
PELFINI M., SANTILLI M., LEONELLI G. & BOZZONI M. (2007) – Investigating surface movements of debris-covered Miage glacier,Western Italian Alps, using dendroglaciological analysis Journal of Glaciology, Vol. 53, No. 180, 2007, 141- 152.
PELFINI M. (2006) – La vegetazione arborea epiglaciale e proglaciale Valle d’Aosta figlia dei ghiacci. Miti, realtà ed evoluzione dei ghiacciai valdostani” Musumeci, Aosta, 85-87.
PELFINI M., BOZZONI M. & SANTILLI M. (2005) – Il Ghiacciaio del Miage: un geosito dalla peculiare valenza ecologica SLM, 23, 8-15.
Alberi epiglaciali: una nuova frontiera per lo studio della dinamica glaciale recente e degli impatti del cambiamento climatico sull’ambiente alpino
A cura di Giovanni Leonelli e Manuela Pelfini
La colonizzazione delle lingue glaciali da parte della vegetazione è una delle risposte del mondo biologico al riscaldamento climatico. Lo sviluppo di piante erbacee, arbustive e arboree è tuttavia possibile solo quando le porzioni terminali dei ghiacciai sono ricoperte da detrito derivante dalla crescente alterazione fisica della roccia dei versanti e dalla crescita dei tassi di ablazione glaciale (i cosiddetti ghiacciai neri o “debris-covered glaciers”). Quando la copertura detritica supera un determinato valore critico, il tasso di ablazione si riduce consentendo la conservazione del ghiaccio. Il mantello detritico inoltre ospita anche altre forme di vita, dai lieviti e funghi agli animali. La vegetazione arborea però necessita di una copertura detritica abbastanza spessa, di una ridotta velocità superficiale del ghiacciaio e di una quota della lingua posta al di sotto del limite altitudinale degli alberi (“treeline”).
La presenza di alberi epiglaciali oltre a documentare gli effetti del cambiamento climatico in atto costituisce una preziosa fonte di informazioni climatiche e glaciologiche, recuperabili attraverso l’analisi degli anelli annuali di crescita. Gli alberi alle nostre latitudini, formano infatti un anello legnoso per ogni anno di crescita, che conserva un’elevata quantità di informazioni ambientali sintetizzate nello spessore (o larghezza dell’anello), nell’anatomia del legno prodotto ed eventuali anomalie di crescita e nel loro chimismo. L’analisi di lunghe serie di anelli di accrescimento degli alberi permette quindi di ricostruire gli eventi geomorfologico-glaciali del passato, la loro distribuzione areale nonché le variazioni di intensità e frequenza.
I ghiacciai neri sono ambienti estremi per la crescita degli alberi: l’instabilità del substrato causata dal flusso del ghiaccio sottostante, dall’ablazione differenziale e da fenomeni glacio-carsici, è responsabile di diversi disturbi della crescita negli alberi epiglaciali. Dopo la loro germinazione essi si muovono verso valle, in base alla velocità superficiale del ghiacciaio, effettuando una sorta di registrazione annuale dei movimenti del substrato che è leggibile nelle caratteristiche degli anelli di accrescimento (legno di compressione, eccentricità del fusto, anomalie di crescita, dotti resiniferi da stress meccanico).
L’analisi della vegetazione epiglaciale, e in particolare degli alberi epiglaciali (con tutto il loro corredo di informazioni sulle dinamiche glaciali passate e recenti), permette quindi sia una caratterizzazione spazio-temporale degli impatti del cambiamento climatico sulla dinamica glaciale, sia la caratterizzazione degli effetti sui sistemi biologici glacio-correlati.
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Per maggiori approfondimenti:
manuela.pelfini@unimi.it (Professore di Geografia fisica e Geomorfologia, Università degli Studi di Milano).
giovanni.leonelli@unimi.it (Ricercatore postdoc, Università degli Studi di Milano, responsabile per il gruppo di lavoro “Vegetazione in aree fredde e clima” dell’AIGeo).
QUI si possono vedere le foto della vegetazione epiglaciale ottenute in seguito alle campagne di rilevamento condotte nel 2011 e 2012.
QUI puoi vedere dove sono ubicati i ghiacciai per i quali è stata segnalata vegetazione epiglaciale.
QUI puoi vedere i risultati delle campagne annuali di rilevamento.
Si ringraziano gli operatori e i volontari per la attiva collaborazione e si rinnova l’invito a segnalare la presenza di vegetazione epiglaciale (mediante la scheda predisposta sul sito e scaricabile qui) in vista della prossima campagna di rilevamento glaciologico (2013), possibilmente con maggiori informazioni dai ghiacciai delle Alpi Centrali e Orientali.
Bibliografia di riferimento
BENN, D, AND EVANS, J.A., 2010: Glaciers and Glaciation. 2nd edition. London: Hodder Education, 802 pp.
BRANDA, E., TURCHETTI, B., DIOLAIUTI, G., PECCI, M., SMIRAGLIA, C., AND BUZZINI, P., 2010: Yeast and yeast–like diversity in the southernmost glacier of Europe (Calderone Glacier, Apennines, Italy) Fems Microbiology Ecology, 72: 354–369.
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PELFINI, M., SANTILLI, M., LEONELLI, G., AND BOZZONI, M., 2007: Investigating surface movements of debris–covered Miage glacier,Western Italian Alps, using dendroglaciological analysis. Journal of Glaciology, 53(180): 141– 152.
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STRUNK, H., 1997: Dating of geomorphical processes using dendrogeomorphical methods. Catena, 31: 137–151.
TURCHETTI, B., BUZZINI, P., GORETTI, M., BRANDA, E., DIOLAIUTI, G., D’AGATA, C., SMIRAGLIA, C., AND VAUGHAN–MARTINI, A., 2008: Psychrophilic yeasts in glacial environments of Alpine glaciers. FEMS Microbiology Ecology, 63: 73–83.
La vegetazione arborea sul Ghiacciaio del Miage
A cura di Manuela Pelfini e Giovanni Leonelli
Il Ghiacciaio del Miage (debris covered glacier – Gruppo del Monte Bianco, Val Veny, AO) rappresenta un caso unico in Italia per lo sviluppo di una vera e propria foresta epiglaciale, ubicata sulle porzioni terminali della lingua coperta da detrito, che termina a quota 1760 m s.l.m., ben al di sotto della treeline (che in Valle d’Aosta raggiunge i 2500 m circa). I lobi che conferiscono al Ghiacciaio del Miage la caratteristica forma a tenaglia sono colonizzati da larici (Larix decidua Mill) abeti rossi, (Picea abies Karst), arbusti (Salix spp.) e varie specie erbacee. La vegetazione a larici è indubbiamente la più abbondante e i singoli alberi documentano le sollecitazioni indotte dai movimenti del ghiaccio sottostante e del detrito, come evidenziato dalla forma dei fusti spesso piegati, deformati e contorti. Gli arbusti e le piante erbacee sono per lo più concentrati in piccole nicchie, caratterizzate dalla presenza di detrito fine. In generale la densità maggiore degli alberi di altezza inferiore ai 30 cm si trova in corrispondenza delle aree caratterizzate da detrito fine.
Giovani esemplari di larice che crescono sul lobo Sud del Ghiacciaio del Miage. Le maggiori concentrazioni di alberi si trovano laddove il detrito ha una granulometria più fine e sono presenti anche sedimenti argilloso-limosi (Foto A. Franchino, 2012).
Dopo la loro germinazione gli alberi vengono trasportati verso la fronte glaciale dove poi cadono nell’area proglaciale e muoiono. Gli alberi più vecchi sino ad ora trovati presentano un’età media compresa tra i 50 e i 65 anni e mostrano sul fusto le ferite causate dall’impatto di massi e blocchi sollecitati dai movimenti superficiali del ghiacciaio. Le ricerche recenti hanno evidenziato come le maggiori concentrazioni di alberi siano ubicate in prossimità del margine interno del lobo Nord, dove si trovano numerosissimi esemplari di altezza inferiore ai 30 cm. Il lobo Sud è invece caratterizzato da densità minori e da una maggiore presenza di esemplari più sviluppati in altezza e più vecchi.
Vecchio esemplare di larice epiglaciale ubicato nella porzione terminale del lobo Sud del Ghiacciaio del Miage (Foto D. Zannetti, 2012).
Le anomalie di crescita studiate mediante tecniche dendroglaciologiche hanno evidenziato come, nel periodo 1987–2006, la porzione più instabile della lingua glaciale (lobo Sud) colonizzata da alberi, fosse localizzata nel suo tratto medio-inferiore, verso il margine esterno.
La sopravvivenza degli alberi sulla lingua del Ghiacciaio del Miage non è limitata solo dal movimento verso valle del ghiacciaio, responsabile del loro trasporto fino alla fronte, ma anche dalla occasionale apertura delle “falesie di ghiaccio” lungo i margini dei lobi. Le falesie di ghiaccio sono tipicamente libere da detrito, direttamente esposte alla radiazione solare e presentano quindi elevati tassi di ablazione. La conseguenza è un arretramento parallelo delle falesie stesse che progressivamente “intercettano” dapprima le radici degli alberi e quindi i fusti, provocandone la caduta nella scarpata sottostante.
Alberi che crescono in prossimità del margine interno del lobo Sud. Questi alberi sono intercettati dall’arretramento della falesia dovuto all’intensa ablazione che si verifica sul ghiaccio non coperto da detrito (Foto T. Carnielli, 2004).
Il detrito scaricato lateralmente dalla superficie glaciale può via via “chiudere” le falesie di ghiaccio. La parete di ghiaccio diminuisce la sua pendenza tornando ad essere nuovamente protetta dal detrito e consentendo agli alberi di continuare la loro discesa verso la fronte.
Porzione interna del lobo Sud del Ghiacciaio del Miage; si notino gli alberi lungo il margine del ghiacciaio che sono trascinati dal detrito che scende lungo la scarpata laterale (Foto G. Leonelli, 2012).
Le recenti analisi dendroglaciologiche hanno documentato il passaggio di un’onda cinematica che ha attraversato il ghiacciaio verso la fine degli anni 1980, provocando sia il rigonfiamento della lingua glaciale sia la destabilizzazione degli alberi epiglaciali che hanno puntualmente documentato l’evento. La fase di crescita del ghiacciaio culminata nel 1988 è stata registrata negli anelli annuali come anomalie di crescita dovute all’instabilità del substrato (responsabile della deviazione dalla verticalità degli alberi).
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Per maggiori approfondimenti:
manuela.pelfini@unimi.it (Professore di Geografia fisica e Geomorfologia, Università degli Studi di Milano)
giovanni.leonelli@unimi.it (Ricercatore postdoc, Università degli Studi di Milano, responsabile per il gruppo di lavoro “Vegetazione in aree fredde e clima” dell’AIGeo)
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