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Cambiamenti climatici e riscaldamento globale

Oggi sappiamo che la questione è molto più complessa, rischiosa, e più vicina a noi: tanti sono i segni del clima che cambia, che già possiamo misurare e che sono raccontati in migliaia di articoli sulle più prestigiose riviste scientifiche internazionali, e riassunti ogni 6 anni dalle migliaia di pagine dei volumi dell’Intergovermental Panel on Climate Change (IPCC), il comitato ONU sul clima. Un lavoro colossale in grado di far parlare tra loro la scienza dell’atmosfera e dei mari, la geologia e l’ecologia, l’idrologia e la glaciologia, l’economica e la sociologia, di valutare le azioni della diplomazia internazionale. Oggi sappiamo ormai tanto del problema del cambiamento climatico:

  • il pianeta si sta riscaldando e continuerà a riscaldarsi nei prossimi decenni
  • le attività umane – in particolare la combustione di carbone, gas e petrolio – ne sono la causa principale;
  • alluvioni, siccità, ondate di calore, ovvero quelli che gli esperti chiamano eventi estremi, si stiano intensificando in diverse parti del mondo e in modo irregolare e mettono a repentaglio l’idea di stabilità cui siamo abituati: comunità distrutte, danni economici a persone e interi sistemi produttivi, e purtroppo anche morti e feriti.

Il clima cambia da sempre per sua stessa natura. Nella figura che segue è riportato l’andamento temporale, da circa 400 mila anni fa ad oggi, della variazione di temperatura rispetto a quella media odierna, detta anche anomalia (linea rossa), e della concentrazione di anidride carbonica CO2 in atmosfera (linea blu).

grafico temperature
Serie storica (da circa 400.000 anni fa al 1995) della variazione di temperatura (linea rossa) e concentrazione di anidride carbonica in atmosfera (linea blu) ricostruite da dati Antartici (crediti: NOAA).

Una prima considerazione che possiamo fare guardando il grafico riguarda la stretta relazione tra anomalia di temperatura e concentrazione di CO2 in atmosfera: ad alte concentrazioni di CO2 sono associate alte anomalie di temperatura, e viceversa. Questo nesso è chiaro e noto, implicito nei processi che regolano il clima ed i suoi cambiamenti.

Un’altra considerazione riguarda i massimi nelle anomalie di temperatura (e quindi massimi in concentrazione di CO2) corrispondono a periodi interglaciali, mentre ai minimi di anomalie di temperature (e quindi minimi in concentrazione di CO2) corrispondono i periodi glaciali, con arretramento e avanzamento dell’estensione dei ghiacciai. Nella figura le frecce nere in alto scandiscono quattro cicli da interglaciale a glaciale.

Temperature della Terra
Distribuzione della temperatura sulla superficie terrestre. In rosso le aree a temperatura più elevata, in blu le aree a temperatura meno elevata.

Come avvengono questi cambiamenti climatici: Si tratta di perturbazioni di varia natura che possono essere amplificate o attenuate da processi di retroazione. Per fare un esempio come possono funzionare questi processi, consideriamo che, se l’estensione dei ghiacciai si riduce per un aumento di temperatura, questo comporta una riduzione delle superfici bianche (coperte da ghiaccio) ed un aumento delle superfici più scure (oceano o superficie continentale libera da ghiacci) che quindi riflettono meno la radiazione solare, anzi la assorbono, provocando quindi un’amplificazione della variazione iniziale, ovvero un ulteriore aumento della temperatura.

Se soffermiamo la nostra attenzione sugli ultimi 150 anni, notiamo che globalmente siamo di fronte ad un riscaldamento pressoché continuo, almeno dalla seconda metà del ventesimo secolo. Questo è appunto quello che si definisce riscaldamento globale, perché considerando la media su tutto il globo e considerando la media annuale, la temperatura sta progressivamente aumentando. Allo stesso modo la concentrazione di CO2in atmosfera sta aumentando progressivamente ad un tasso di circa 2 ppm/anno, e ha raggiunto il valore misurato di 411.75 ppm a Febbraio scorso.

grafico temperature
Differenza di temperatura (mediata su tutto il globo) rispetto al periodo 1950-1980 (linea chiara). La linea nera contiene gli stessi valori ma mediati su 5 anni.

Quindi i cambiamenti climatici non sono un fatto nuovo per il sistema Terra, ma sicuramente il cambiamento che stiamo vivendo nell’ultimo secolo, dominato da un progressivo riscaldamento globale, è senza precedenti per diversi motivi. Vediamone alcuni.  Innanzitutto l’attuale concentrazione di anidride carbonica in atmosfera ha raggiunto valori inusuali: ad esempio considerando gli ultimi 400.000 anni abbiamo visto nella prima figura come il valore di CO2 abbia oscillato tra il minimo di 180 ppm al massimo di 280 ppm (per il periodo interglaciale).

La quantità di CO2 che stiamo oggi immettendo nell’atmosfera non riesce ad essere bilanciata dal naturale ciclo del carbonio, restando quindi in atmosfera e amplificando l’effetto serra (ovvero la capacità di sostanze quali CO2, metano o vapor d’acqua di essere trasparenti alla radiazione solare incidente ed essere opaco alla radiazione emessa dalla superficie terrestre, contribuendo quindi a riscaldare la superficie).

Mutamenti climatici nel passato: Gli studi sul clima delle epoche preistoriche (paleoclima) si effettuano studiando i registri fossili, accumuli di sedimenti nei fondali marini, le inclusioni di aria nei ghiacciai, i segnali erosivi nelle rocce e gli anelli di crescita degli alberi. Sulla base di questi dati si è potuto redigere una storia climatica recente relativamente precisa e una storia climatica preistorica con una precisione più scarsa. Studiando il clima del passato si è potuto notare che la Terra ha attraversato continue fasi di cambiamento del suo clima, fasi più o meno rapide e più o meno cicliche.

Analizzando i cambiamenti lenti del clima, che avvengono in milioni di anni, si nota un continuo alternarsi di Ere glaciali ed Ere Interglaciali ossia milioni di anni più freddi in cui esistono ghiacciai sulla superficie terrestre alternati a milioni di anni più caldi in cui non c’è traccia di ghiacciai sulla Terra.

Studiando i cambiamenti medi del clima, che avvengono in migliaia di anni, si nota l’alternarsi di Periodi glaciali e Periodi Interglaciali, ossia migliaia di anni in cui si ha una grande estensione dei ghiacciai sulla terraferma (vengono ricoperti gran parte dei continenti) alternati a migliaia di anni in cui si ha una piccola estensione dei ghiacci (vengono ricoperti solo le regioni polari).

Studiando i cambiamenti brevi del clima, che avvengono in centinaia o decine di anni, si nota l’alternarsi di momenti di raffreddamento del clima, con un generale abbassamento delle temperature, alternati a momenti di riscaldamento del clima con un generale innalzamento delle temperature.

In base a questa suddivisione del clima terrestre attualmente è in corso l’ultima Era Glaciale iniziata circa 3 milioni di anni fa e ci troviamo in un Periodo interglaciale, ossia in un periodo di piccola estensione dei ghiacciai con un arretramento generale iniziato circa 10 000 anni fa.

Man mano che si retrocede nel tempo i dati si riducono, per cui la climatologia ha necessità di servirsi di modelli di simulazione del clima passato e futuro.

L’effetto serra nel passato : L’atmosfera ha dunque un ruolo determinante sul clima: se non esistesse, la temperatura sulla Terra sarebbe di -20 °C; ma essa si comporta in modo differente in funzione della lunghezza d’onda della radiazione incidente. Il Sole, per la sua temperatura di circa 6000 K emette fondamentalmente a 0,5 μm e l’atmosfera lascia passare la radiazione. La Terra ha una temperatura molto inferiore e riemette parte della radiazione ma a una lunghezza d’onda molto più ampia, di circa 15 μm, per i quali l’atmosfera non è più trasparente, ma opaca. La CO2 che è attualmente contenuta nell’atmosfera, in una concentrazione di 400 p.p.m., assorbe questa radiazione, così come il vapore acqueo. Il risultato è che l’atmosfera si riscalda e restituisce alla terra parte di questa energia per cui la temperatura superficiale media è di circa 15 °C, valore molto diverso da quello d’equilibrio senza atmosfera. Questo fenomeno è denominato effetto serra e permette la vita sulla terra.

Lo studio di quale fosse in passato la composizione dell’atmosfera viene oggi condotto a partire dalle bolle d’aria intrappolate nei ghiacci polari e nei campioni di sedimenti marini; si è così osservato che le concentrazioni di CO2, metano ed altri gas serra sono fluttuate nel corso delle ere. Non si conoscono le cause esatte per cui si sono prodotte queste variazioni, sebbene ci siano varie ipotesi di lavoro. Il bilancio è complesso poiché, sebbene si conoscano i fenomeni di assorbimento e di emissione della CO2, la loro interazione è difficilmente calcolabile.

La Piccola era glaciale: La piccola era glaciale (PEG, in inglese Little Ice Age, LIA), è un periodo della storia climatica della Terra che, pur con una non totale convergenza degli studi, va dalla metà del XIV alla metà del XIX secolo in cui si registrò un brusco abbassamento della temperatura media terrestre.

Un nome alternativo e più corretto per questo periodo è “Piccola età glaciale”, a rimarcare il fatto che il lungo lasso di tempo di cui stiamo parlando non arriva ad essere propriamente un’era (ossia centinaia di milioni di anni). La PEG, climatologicamente parlando, è considerata una fase stadiale dell’attuale periodo interglaciale.

piccola era glaciale
Andamento della temperatura negli ultimi 2000 anni secondo diversi studi: l’andamento degli ultimi 1000 anni è noto come hockey stick per via della somiglianza con la forma di una mazza da hockey.

Siamo sicuri che l’aumento progressivo della temperatura dell’ultimo secolo sia effettivamente legato all’effetto antropico? L’uomo è il più recente dei fattori che influenzano l’ambiente e lo è da relativamente poco tempo. La sua influenza iniziò con lo sviluppo dell’agricoltura e la conseguente deforestazione dei boschi per convertirli in terre coltivabili e in pascoli, fino ad arrivare ad oggi a grandi emissioni di gas serra: CO2 dalle industrie e dai mezzi di trasporto e metano negli allevamenti intensivi e nelle risaie. Secondo la teoria del riscaldamento globale, o surriscaldamento climatico, l’uomo attraverso le sue emissioni di gas serra (soprattutto di CO2 e metano) è responsabile di gran parte del periodo di riscaldamento che sta attraversando oggi la Terra. Una minoranza di scienziati ritiene invece sopravvalutato il peso sul clima attribuito all’uomo, ritenendo l’attuale fase di riscaldamento climatico come una fase naturale opposta ai periodi naturali di raffreddamento climatico. Il peso delle attività umane sui mutamenti climatici in atto è considerato preponderante dal consenso della comunità scientifica, anche se oggetto di un dibattito scientifico marginale.

Usando modelli climatici globali si vede come l’anomalia di temperatura globale (mediata per esempio solo sulla superficie continentale) sia in linea con le osservazioni (linea nera) solo quando si tiene in considerazione il contributo antropico nelle simulazioni (curva rosa). Mentre considerando solo i contributi si origine naturale (curva azzurra) non si vede l’anomalia positiva osservata nella seconda metà del ventesimo secolo.

grafico temperature
Variazioni di temperatura mediata sulla superficie continentale osservata (linea nera) e simulata con modelli del clima globali includendo solo contributi naturali (curva azzurra), ed includendo sia contributi naturali che antropici (curva rosa).

Nel contesto del riscaldamento globale, il 2018 è stato il quarto anno più caldo di seguito dal 1850, ed è stato l’anno più caldo di sempre in Italia, come riferisce anche questa nota del CNR. La NASA ha pubblicato un video che rende bene l’idea di come il clima sia cambiato negli ultimi anni.

Nel video sono messi a confronto le temperature globali dalla fine del XIX secolo fino ai giorni nostri. Come spiegato, la temperatura sulla Terra sta aumentando da qualche decennio, ma gli ultimi 5 anni risultano, su scala globale, i più caldi della serie temporale, gli ultimi 4 con una temperatura media superiore di oltre 1 grado rispetto alla media del 19esimo secolo.

Tutto questo non esclude che possano esserci rallentamenti in questa progressione. Per esempio, un rallentamento si è visto all’inizio degli anni 2000 (nella seconda figura si nota una specie di plateau nella curva nera) che è stato definito “hiatus” ed è stato dimostrato essere dovuto alla variabilità interna del sistema, ovvero a quella componente che varia indipendentemente dalla presenza e dalle caratteristiche di forzanti esterni, che ha in qualche modo contrastato il riscaldamento progressivo dovuto all’aumento dell’anidride carbonica.

Ovviamente, il fatto che ci sia un andamento in cui le temperature globali aumentano costantemente non significa che non possano esistere stagioni con comportamenti diversi (esempio l’inverno appena passato che negli Stati Uniti è stato caratterizzato da temperature particolarmente fredde) oppure che si verifichino eventi estremi in controtendenza. Queste differenze fanno parte di quella che è la variabilità climatica che avviene su scale diverse (giornaliera, stagionale, interannuale, decadale, etc.) e non è necessariamente in fase con l’andamento di lungo periodo.

Il clima nelle ere e nei secoli passati ha subito cambiamenti di varia natura anche molto estremi ed intensi. Dalla seconda metà del 1900 ad oggi stiamo assistendo ad un cambiamento senza precedenti strettamente guidato dall’effetto antropico. L’immissione in atmosfera di ingenti quantità di gas ad effetto serra, quali l’anidride carbonica, e di aerosols legati all’attività industriale e produttiva dell’uomo, ha come risultato complessivo un progressivo aumento della temperatura annuale mediata su tutto il globo.

Riferimenti

  1. La ricostruzione storica dell’andamento della temperatura è stata ottenuta nell’ambito del progetto EPICA ed i valori mostrati si riferiscono al carotaggio nel sito di Vostock in Antartide. Per maggiori dettagli sul progetto e sulle serie storiche che sono state ricostruite si veda per esempio il sito https://cdiac.ess-dive.lbl.gov/trends/co2/ice_core_co2.html.
  2. Dai XG, Wang P (2018) Identifying the early 2000s hiatus associated with internal climate variability. Sci Rep doi: 10.1038/s41598-018-31862-z
  3. IPCC AR4 (2013) Climate Change 2013: The physical Science Basis (eds Stocker et al.) Cambridge Univ Press
  4. Kosaka Y, Xie SP (2013) Recent global warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling. Nature 501: 403-407 doi: 10.1038/nature12534
  5. Petit JR (1999) Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostock ice core, Antarctica. Nature doi: 10.1038/20859
  6. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) – Annalisa Cherchi https://ingvambiente.com/2019/04/09/cambiamenti-climatici-e-riscaldamento-globale.
  7. Michael E Mann, Little Ice Age (PDF), su meteo.psu.edu.
  8. H. H. Lamb, The cold Little Ice Age climate of about 1550 to 1800, in Climate: Present, Past and Future, vol. 107, Grove 2004:4, 1977.
  9. Glossario del Nasa Earth Observatory, su earthobservatory.nasa.gov.
  10. London Encyclopaedia; Or, Universal Dictionary of Science, Art, Literature and Practical Mechanics: Comprising a Popular View of the Present State of Knowledge, Thomas Tegg, 1829, p. 654

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