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Clima e attività solare negli ultimi 1000 anni

Le temperature della Terra hanno variato molte volte nel passato, e lo hanno fatto in modo particolare negli ultimi mille anni.

O meglio, l’ultimo millennio è stato quello meglio analizzato dagli scienziati, con il clima ricostruito attraverso vari metodi (studio degli anelli di accrescimento degli alberi, cronache passate di eventi meteorologici, etc).

Sappiamo, quindi approssimativamente, che il clima medievale era molto caldo, probabilmente quanto o addirittura di più di quello attuale (qui vari scienziati dissentono), poi successivamente la temperatura calò causando una notevole avanzata dei ghiacciai, (la cosiddetta Piccola Età Glaciale), mentre, dal 1850 in poi, ed in particolare nel XX Secolo, la temperatura è aumentata notevolmente, con forte ritiro dei ghiacciai stessi.

In merito al periodo “caldo medioevale” ed il caldo attuale, quello che viene chiamato Global Warming, buona parte degli scienziati dissente anche perché per lo studio dei cambiamenti climatici giungono finanziamenti a pioggia da parte delle aziende di produzione di energia rinnovabile.

Il periodo freddo che ha seguito il caldo medievale, e che ad esempio, ha interrotto numerosi passi alpini transitati tutto l’anno, oppure ha fatto scomparire le coltivazioni di vite in Inghilterra, ha cancellato villaggi alpini travolti dall’avanzata dei ghiacciai, etc, è arrivato in corrispondenza di due minimi solari di notevole portata, il Minimo di Sporer, attorno al Quattrocento, e soprattutto quello di Maunder, quando il nostro Sole non ha avuto praticamente macchie solari nel periodo tra il 1650 ed il 1715, evento documentato dalle prime osservazioni solari da parte dei primi astronomi.

Ma gli studi recenti hanno dimostrato che queste fasi di minimo sono state accompagnate anche da una diminuzione della Radiazione Solare sul nostro Pianeta, causandone un raffreddamento.

Il grafico successivo mostra la radiazione solare incidente sulla Terra, ricostruita tramite studi particolari (la concentrazione di C14 nella materia organica): notiamo due minimi solari, il Minimo di Maunder nel Seicento, in cui la radiazione solare media calò fino a 1363,5 W/mq, ed il Minimo di Dalton, attorno al 1810, comunque non paragonabile per durata ed entità al primo.

Radiazione solare incidente sulla Terra
Radiazione solare incidente sulla Terra

E’ da notare invece il forte massimo intercorso dal 1920 in avanti, e fino all’anno 2000 circa, in cui il Sole ha portato una quantità di radiazione pari a 1366,3 W/mq, con punte anche superiori.

In pratica, la nostra Stella ha irradiato quasi 3,6 – 3,7 W/mq in più rispetto a tre secoli prima, e per un lunghissimo periodo di grande attività. Questo ha corrisposto ad un forte aumento delle temperature terrestri.

Ma quanta parte di questo aumento è stato determinato dalla maggiore quantità di radiazione solare, e quanto invece all’attività umana ed alla immissione di CO2 nell’atmosfera?

Lo scopriremo probabilmente nei prossimi anni: già dal grafico appare evidente come l’attività solare sia in calo deciso (anche se il grafico si ferma al 2014).

In dieci anni abbiamo perso circa 0,5 W/mq rispetto agli anni Novanta, e la tendenza sembra essere quella di un deciso calo nei prossimi anni, stante un minimo solare che appare molto accentuato.

Ma per tornare al livello dei primi del Novecento, la radiazione solare deve perdere ancora -1,0 W/mq, a quel punto probabilmente il nostro clima cambierà notevolmente verso il freddo.

Il secondo grafico invece mostra come l’attività solare avvenuta nel XX Secolo sia stata veramente eccezionale, in pratica ha toccato i suoi massimi storici degli ultimi 9 mila anni e questo potrebbe giustificare la salita rapida delle temperature globali anche senza considerare le attività antropiche.

E’ nelle probabilità che adesso la nostra Stella torni ad un valore di radiazione molto più basso dell’attuale nei prossimi anni e decenni.

La piccola Era Glaciale e il Minimo di Maunder

E’ una tra le storie climatiche e umane che fanno riflettere: climatiche perché diamo troppo per scontato il “come dovrebbe essere un clima normale”, umane per la storia dell’astronomo E. Walter Maunder. Ma andiamo con ordine.

Nel 1781, negli anni della Rivoluzione Francese, Venezia sperimentava un inverno rigidissimo. Laguna gelata, generi alimentari venduti al mercato nero, mancanza d’acqua, molti poveri che morivano di freddo e di fame. Anche nel 1929 la laguna veneta fu stretta in una banchisa di ghiaccio spessa 20 cm, ma tra il 1500 e il 1850 il fenomeno fu particolarmente frequente.

Londra, in quel periodo, si svolgevano le cosiddette “fiere del gelo” e il fiume Tamigi era coperto da una lastra di ghiaccio. Una volta il ghiaccio del Tamigi fu messo a dura prova. Riferisce il “Morning Post” che un elefante attraversò il fiume gelato vicino al ponte di Blackfriars e che una grande folla di curiosi segui il pericoloso esperimento. L’elefante se la cavò per un pelo: tre giorni dopo infatti il ghiaccio si ruppe e da allora il Tamigi non ha più subito gelate. Pare inoltre che in quegli anni sia gelato un paio di volte anche il Tevere, e forse persino il Nilo. Fosse successo oggi i vari complottisti avrebbero come al solito dato la colpa alle “scie chimiche & Co”. Beh nel passato è successo ben altro di quello che viviamo oggi.

Il minimo di Maunder

L’estensione dei ghiacciai alpini rilevabile in antiche incisioni, le date della vendemmia, il prezzo del grano, la produzione agricola e addirittura il gettito fiscale sono altri elementi che possono dirci molte cose sul clima. Tutti eventi che individuano bene un periodo climatico insolitamente freddo attraversato dal nostro pianeta. Tanto che gli scienziati lo hanno chiamato “piccola era glaciale“, la cui riscoperta peraltro è piuttosto recente.

Nuove tecniche di ricerca, studi sui cerchi di accrescimento degli alberi e sui pollini depositati nei sedimenti in fondo ai laghi, datazioni con il metodo del radiocarbonio, analisi di antiche osservazioni di macchie solari, permettono di viaggiare nel tempo alla ricerca del clima del passato. E antichi documenti consentono agli storici un riscontro dei dati ottenuti con le tecniche scientifiche.

Che cosa dunque successe durante la piccola era glaciale? Di quanto scese la temperatura media rispetto al periodo precedente e rispetto a oggi? l climatologi concordano sul fatto che ebbe inizio verso il 1430, terminando poco prima del 1850, con la punta massima del freddo intorno alla fine del Seicento. Il Tamigi, nell’inverno 1683-84, rimase completamente gelato per due mesi e il ghiaccio raggiunse lo spessore di 25 cm. Fu allora che la Groenlandia divenne inabitabile e che in Inghilterra la viticoltura, fiorente nel Medioevo, venne abbandonata: è così che francesi e italiani rimasero i dominatori del mercato del vino. Ma tutto sommato a produrre la svolta pare sia stato un abbassamento della temperatura media di appena un grado.

Minimo di Maunder
Tela di Hendrick Avercamp esposta al Rijksmuseum di Amsterdam. (Minimo di Maunder)

Tuttavia le cause della piccola era glaciale e di altre simili oscillazioni climatiche, tutt’altro che rare, rimangono non del tutto chiarite. Negli anni Settanta, però, l’astronomo americano John A. Eddy ha richiamato l’attenzione sul fatto che tra il 1645 e il 1715, proprio in pieno periodo di raffreddamento, le macchie solari scomparvero quasi del tutto dalla superficie della nostra stella. Da un secolo e mezzo è noto che le macchie aumentano e diminuiscono seguendo un ciclo (però irregolare) di 11 anni. Alcuni cicli sono caratterizzati da migliaia di macchie, altrida poche decine. Tra la fine del Seicento e l’inizio del Settecento, in ottant’anni, furono registrate meno macchie di quante di solito si osservano in un singolo ciclo undecennale.

Questo crollo dell’attività solare è chiamato “Minimo di Maunder“, dal nome dell’astronomo E. Walter Maunder, sovrintendente per ricerche solari del Royal Greenwich Observatory a Londra, che per primo notò il fenomeno, dedicandogli un saggio pubblicato nel 1893. Saggio che come spesso purtroppo succede è caduto nella più totale indifferenza del mondo scientifico. Maunder provò a tornare sull’argomento nel 1922, senza avere miglior fortuna, e sei anni dopo morì, sconosciuto non solo all’uomo della strada, ma anche alla maggior parte dei suoi colleghi. Ma Eddy è riuscito a riabilitarlo. Con una serie di controlli sulle antiche osservazioni solari di cui giàsi era occupato Maunder e su altre fonti, è giunto infatti alla conclusione definitiva che in realtà le macchie quasi scomparvero dal Sole per una settantina di anni proprio in coincidenza con il cuore della piccola era glacialeL’ipotesi è che l’attività solare, che si traduce in un “vento” di particelle atomiche che investe l’alta atmosfera terrestre, sia in grado di influenzare il clima.

Riguardo agli ultimi diecimila anni, possiamo dire che il clima più mite si è avuto tra il 5000 e il 3000 a.C. A quell’optimum climatico è poi seguito un lieve raffreddamento che si è alternato a periodi più caldi. Nel Medioevo, tra il 1000 e il 1400, l’umanità ha goduto di un rialzo della temperatura media e la piccola era glaciale è stata più sentita proprio per “contrasto” con questi secoli di tepore. Dal 1850 a oggi la temperatura media globale è salita di mezzo grado. Un piccolo raffreddamento si è avutotra il 1950 e il 1970, poi la temperatura globale ha ripreso a salire.

E c’è chi considera “normale” il clima misurato su soli trent’anni! La nostra critica è che il termine “normale” viene troppo spesso confuso con “giusto”. Mentre invece sta solo a significare che essendo la media degli ultimi 30 anni di un certo tipo, ci si aspetta che il clima che ne viene rappresentato “probabilmente” continuerà così. Invece ci si convince, sbagliando, che tale media debba essere rappresentativa del clima in “eterno” e che se si va fuori da questo “binario” allora dev’esserci per forza qualcosa di “sbagliato”. Eppure fra 30 anni saranno quelli di oggi gli anni che avranno determinato la nuova “normalità climatica”, no? Con questo non vogliamo certo ignorare i cambiamenti climatici (che appunto ci sono sempre stati!). Il problema semmai è capire se e in quanta misura l’uomo possa alterare a suo vantaggio o svantaggio tali cambiamenti.

Gli inverni del Quattrocento ed il minimo di Spoerer

Nel grafico sopra notiamo la presenza di un minimo di concentrazione nel Medioevo, durante una prolungata fase di attività solare, e la presenza di un massimo di concentrazione durante la cosiddetta PEG, in tre fasi distinte, ognuna delle quali denominata come Minimo di Wolf, dopo il 1300, Minimo di Spoerer, coincidente con il XV Secolo, e Minimo di Maunder, tra la metà del Seicento ed i primi decenni del Settecento.

Proprio il Minimo di Spoerer, nel Quattrocento, potrebbe avere determinato un secolo di inverni freddissimi, forse i più freddi che abbiano interessato il nostro Continente, anche se è impossibile fare paragoni con i tempi più recenti, a causa della mancanza di misurazioni termometriche dirette. Ecco, comunque, la lunghissima cronologia degli inverni rigidi del Quattrocento:

1396: In Gennaio gelò il Tevere per 15 giorni, a tal punto da permettere il passaggio di persone sopra di esso.

1407-08: Forse l’inverno più rigido dell’ultimo millennio, assieme a quello celeberrimo del 1709.

In Italia venne ricordato come “l’anno del grande inverno”, durante il quale nell’Italia del Nord e del Centro vennero distrutti dal gelo quasi tutti gli alberi, e le coltivazioni varie. A Firenze il gelo e la neve, alta circa 60 cm, durarono per ben un mese e mezzo. Gelò completamente il Lago di Zurigo e quello di Costanza. I ghiacci polari raggiunsero le coste della Scozia, invadendo il Mare del Nord.

In Inghilterra, il gelo durò per ben 14 settimane, tra Dicembre e Marzo, congelando completamente il Tamigi a Londra, riempiendo il paese con moltissima neve, ed uccidendo moltissime specie di uccelli. L’inverno del 1408, iniziò una lunga serie di inverni rigidi, che colpirono il nostro Continente.

Fluttuazioni solari: Ci sono componenti periodiche quali il ciclo undecennale delle macchie solari ed aperiodiche. Negli ultimi anni del XX secolo l’attività solare è stata monitorata grazie ai satelliti artificiali in orbita. Grazie ad altri indicatori naturali ne è stata dedotta la storia nei secoli precedenti. I climatologi sono interessati a comprendere quanto, nel caso, le variazioni solari influenzino il clima sulla terra. Gli effetti delle attività solari sulla Terra sono detti “solar forcing”.

Questi cambiamenti sono dovuti alla quantità di energia emessa dal Sole , e sono rilevabili grazie a variazioni di luminosità, variazioni del vento solare e dal campo magnetico. Tra le cause che producono questo fenomeno quella più probabile è stata formulata da Horace Welcome Babcock, il quale dice che esiste un legame fra fenomeni elettrodinamici del Sole e quelli elettromagnetici.

Ciò potrebbe essere spiegato dalla differente rotazione della nostra stella alle varie latitudini: per esempio la zona equatoriale ogni tre anni compie cinque rotazioni in più rispetto alla zona che si trova a 50° di latitudine; questo potrebbe produrre una distorsione delle linee del campo magnetico che fuoriescono dalla superficie per poi rientrare formando una specie di cappio.

Eruzione solare
Eruzione solare registrata dal satellite Sdo della Nasa (fonte: NASA)

Heinrich Schwabe, un farmacista tedesco che aveva come hobby l’astronomia, per ben 17 anni osservò periodicamente ogni giorno il disco solare e constatò che da una minima presenza di macchie avveniva un repentino aumento del loro numero per un periodo di 4,6 anni fino ad arrivare ad un valore massimo per poi dare seguito ad una diminuzione per una durata di 6,4 anni fino a giungere ad un nuovo minimo. Complessivamente fra i due minimi intercorrevano ben 11 anni. Siccome le osservazioni iniziarono nel 1755 venne in uso comune numerare progressivamente i cicli iniziando da questa data. Ora noi ci troviamo nel 24° ciclo che è iniziato nel giugno 2009 e che terminerà nell’anno 2020. Vi è una stretta relazione fra il campo magnetico ed il ciclo di attività.

George Ellery Hale e Seth Barnes Nicholson hanno notato che la maggior parte delle macchie solari nello stesso ciclo attive nell’emisfero Nord del Sole hanno la stessa polarità che risulta invertita se andiamo a considerare l’emisfero Sud. Questa disposizione resterà conforme per tutta la durata del ciclo, ma le polarità si invertiranno quando subentrerà il ciclo successivo; quindi sarebbe più giusto parlare di cicli di 22 anni affinché le analoghe condizioni si ripetano. (Inversione di polarità magnetica).

Gustav Sporer e, presumibilmente Padre Scheiner, notarono che le macchie si formavano entro i 10° e 35° di latitudine; cominciavano a formarsi verso i 35° per poi, con l’avanzare del ciclo, migrare verso latitudini più basse fino a che al termine dello stesso ciclo comparivano all’altezza dell’equatore. Questi cicli di 11 anni a loro volta variano entro un periodo di 80 anni formando una specie di Super Ciclo. Si sono trovati anche altri periodi più lunghi: 200 – 400 – 600 anni.

Le riviste “ Geophisical Research Letters “ e “Science” hanno pubblicato un resoconto in cui dicono che gli strati troposferici dell’atmosfera terrestre variano a causa di una repentina diminuzione della radiazione solare ultravioletta e che il ciclo solare undecennale varia molto più di quello che si pensasse in precedenza. Stanley Solomon,[1]membro del team del Centro Nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR) di Boulder nel Colorado afferma che i minimi dei cicli solari non sono tutti uguali, modificando le orbite dei satelliti artificiali che girano attorno alla Terra dato che lo strato superiore dell’atmosfera, la troposfera, diminuisce la propria densità. Nei periodi di bassa intensità del Flusso Solare (SF, ossia “Solar Flux”), la troposfera si raffredda e la sua variazione di densità appare essere anche maggiore del 30% rispetto al valore medio atteso. Dal 1996 al 2008 c’è stata una diminuzione della densità della troposfera pari al 31% dove solo il 3% appare causato dal biossido di carbonio (potente gas serra). Da qui scaturirebbe che, sia le basse temperature, sia le densità troposferiche, siano causate da bassi livelli di radiazione ultravioletta.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Sole e possibile minimo di Maunder, rischio raffreddamento globale? meteogiornale.it
  2. A History of Solar Activity over Millennia, pag. 45 e 46
  3. A relation between solar activity and winter temperatures in Holland between 1634 and 1975
  4. Dal ciclo solare al clima terrestre | Le Scienze
  5. Sunspots and climate, su www-das.uwyo.edu.
  6. J. M. Vaquero, Historical Sunspot Observations: A Review Historical Sunspot Observations: A Review
  7. (EN) Hiroichi Hasegawa The secular variation of cosmic rays and the interstellar matter, chapter XI The secular variation of cosmic rays and the interstellar matter
  8. (EN) Timo Niroma: Sunspots: 5. The 200-year sunspot cycle is also a weather cycle
  9. Stanley Solomon | UCAR Archiviato il 13 maggio 2013 in Internet Archive.
  10. Solar activity graph over the last 400 years, su solar-flux.narod.ru.
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