Effetto serra antropico: un po' di storia

Anidride carbonica e teoria dell'effetto serra antropico: un po' di storia

Riscaldamento globale non significa solo parlare di anidride carbonica, ma di Sole e di tutti quei fattori antropici o naturali capaci di modificare su varie scale temporali, la temperatura del pianeta, è però interessante ripercorrere la strada che ha portato dai primi pionieri dell'effetto serra, alla certezza che le attività antropiche sono in grado di modificare, in buona misura, la composizione atmosferica e quindi la temperatura globale

Ciò che in un certo momento sembra corretto, può diventare nel tempo, incerto, superato o sbagliato, alla luce di nuove tecniche di indagine e di nuovi dati osservati. Ci sono tanti esempi nella storia della scienza; la continua evoluzione delle tecniche di misura, delle teorie e l'ampliamento dei dati a disposizione, permette di sviluppare ipotesi sempre più precise ed articolate, e di verificare le teorie con nuovi dati.
Così è avvenuto nelle ricerche sul cambiamento climatico dove si è arrivati ad attribuire all'anidride carbonica, da prima considerata un gas di scarso rilievo perchè presente solo in tracce nell'atmosfera, il ruolo di termostato atmosferico.

La teoria che un aumento di anidride carbonica nell'atmosfera, aumenterebbe le temperature globali, e causerebbe altre modifiche al clima della Terra, non è nuova, ha quasi 200 anni e come spesso accade, all'inizio fu avversata da molti scienziati, prima di di arrivare a una condivisione.

Joseph Fourier elaborò per primo l'ipotesi di un effetto serra già nel 1824: " l'energia sotto forma di luce visibile proveniente dal Sole penetra facilmente l'atmosfera per raggiungere la superficie terrestre e scaldarla, ma il calore non può sfuggire così facilmente verso lo spazio, poiché l'aria assorbe il calore dei raggi invisibili che salgono dalla superficie", affermava, e nel 1859, John Tyndall , cercò di vedere se ci fossero effettivamente, gas nell'atmosfera che potessero intrappolare il calore dei raggi solari, il suo attento lavoro di laboratorio individuò diversi gas che facevano proprio quello.; allora si era interessati non al riscaldamento globale ma alla possibilità che una diversa composizione dell'atmosfera, potesse spiegare le ere glaciali le cui cause apparivano del tutto misteriose.

Nel 1896, lo svedese Svante Arrhenius sulla base degli studi precedenti arrivò a sostenere che la temperatura terrestre era regolata dalla concentrazione atmosferica di anidride carbonica, ipotizzò quindi che le attività dell'uomo, producendo tale gas, potevano influenzare il clima; intanto Högbom aveva calcolato la quantità di CO2 emessa da fonti industriali e stimò anche che le temperature globali avrebbero potuto aumentare di 5-6 °C se fosse raddoppiata la sua concentrazione; evenienza ritenuta comunque assai lontana nel tempo, (qualche migliaio di anni). Arrhenius non aveva ancora scoperto il riscaldamento globale, ma solo un concetto teorico ipotetico, tra l'altro egli non vedeva un eventuale riscaldamento come un problema, anzi qualche grado in più non sembrava una cattiva prospettiva per la gelida Svezia.
Gli esperti dell'epoca respinsero comunque l'ipotesi di Arrhenius, (anche attraverso prove di laboratorio poi rivelatesi errate), perché semplificava grossolanamente il sistema climatico, comunque quasi nessuno, allora, pensava che valesse la pena dedicarsi allo studio di un ipotetico effetto serra antropico.

Guy Callendar, attraverso esami meticolosi dopo il 1930, misurò le variazioni della temperatura globale, ipotizzando che dipendessero anche dalle emissioni antropiche di gas serra; il mondo scientifico ritenne però poco convincente la sua teoria, anche perchè dopo il 1942, l'atmosfera si raffreddò sensibilmente. Allora era convinzione quasi universale che la Terra si regolava automaticamente in un bilancio "naturale" nel quale gli oceani avrebbero assorbito gli eventuali gas in eccesso in atmosfera. Il riscaldamento futuro era comunque una questione marginale anche per Callendar, che come tutti i suoi predecessori, era interessato a risolvere il mistero delle cause delle ere glaciali.

Le obiezioni di fondo del mondo scientifico, ai primi pionieri dell'effetto serra, riguardavano la misurazione dell'anidride carbonica nell'atmosfera: nessuno era ancora riuscito a misurarne con precisione la concentrazione e le variazioni temporali, il fatto che crescesse a causa delle emissioni antropiche era ancora un'ipotesi non verificata anche perchè vi era la convinzione che il vapore acqueo, principale gas serra, assorbisse la maggior parte di radiazione infrarossa riflessa, rendendo irrilevante un aumento eventuale di anidride carbonica.

Con la fine del 1950 e nel 1960, l'atmosfera venne studiata più nel dettaglio ed emerse che le bande di assorbimento dell'infrarosso da parte del vapore acqueo non si sovrapponevano a quella dell'anidride carbonica, come invece appariva dai primi studi. Tra il 1952 e il 1956 D. Lewis Kaplan e Gilbert Plass dimostrarono che, negli strati alti dell'atmosfera, l'aggiunta di più anidride carbonica comportava un significativo cambiamento del bilancio radiativo. Si stimò che, supponendo le emissioni a ritmo costante, l'attività umana avrebbe dovuto aumentare la temperatura media globale al ritmo di 1,1°C per secolo.
I finanziamenti per l'Anno Geofisico Internazionale 1957 diedero un contributo rilevante a tali ricerche. Proprio nel 1957, Roger Revelle e Hans Suess, pubblicarono un importante lavoro dove si osservava che gli oceani assorbivano effettivamente l'anidride carbonica in eccesso generata dai combustibili fossili , ma ad un ritmo molto più lento di quanto precedentemente stimato, confermando così che le emissioni antropiche potevano incrementare l'effetto serra naturale in modo molto più rapido delle stime di Arrhenius. Revelle avvertì giornalisti e funzionari di governo che il riscaldamento da effetto serra avrebbe potuto verificarsi nel prossimo futuro, fatto che meritava attenzione.
Una volta accertato che l’assorbimento oceanico era lento, era anche realistico ritenere che i livelli di anidride carbonica fossero in aumento,come Callendar insisteva a dire, era però solo una possibilità, poiché le misurazioni erano tutte discutibili.

Solo nel 1960, Charles Keeling eliminando il "rumore" di fondo che confondeva i dati, riuscì ad otterese misurazioni attendibili per tutto il pianeta e pubblicò la famosa Curva, che porta il suo nome e che mostra gli aumenti consistenti nella concentrazione atmosferica di anidride carbonica e le sue variazioni stagionali.
Durante gli anni '60, crebbero i contatti tra comunità sperimentali di ricerca, prima quasi completamente separate, e fecero incontrare parecchi ricercatori di campi diversi. Un risultato prezioso di questo incrocio di interessi fu il calcolo pubblicato da parte degli specialisti informatici di Princeton nel 1967: la prima stima ragionevolmente solida del cambiamento globale di temperatura, che era probabile, se la quantità di CO2 nell'atmosfera fosse raddoppiata.
Emergeva gradualmente l'evidenza che l'anidride carbonica era effettivamente in aumento nella nostra atmosfera e che le temperature stavano aumentando contemporaneamente.
Molte ricerche indipendenti fornivano quindi risultati coerenti con la teoria di Arrhenius di oltre 60 anni prima.

Durante gli anni '70, l'effetto serra diventò un tema importante in molti campi interdisciplinari. Gli scienziati stabilirono che circa la metà degli effetti delle attività umane sul cambiamento climatico era dovuto alle emissioni di CO2 (soprattutto da combustibili fossili, ma anche dalla deforestazione e dalla fabbricazione del cemento). Il resto del cambiamento era dovuto ad altri gas come il metano e ad alcuni gas industriali, all'inquinamento atmosferico da fumo e polvere, ed ai cambiamenti nell'uso del suolo.
Dopo il calo degli anni '40-'60, le temperature globali ripresero a crescere e fu sempre più difficile, per gli scienziati, credere che l'effetto serra antropico non fosse un argomento di cui preoccuparsi.

Un risultato particolarmente importante arrivò dai carotaggi dalle coltri glaciali della Groenlandia e dell’Antartide che permisero di indagare finalmente anche il clima del passato.
Dopo venti anni di difficoltà nell'interpretazione dei dati, nel 1980, un team pubblicò finalmente i risultati che furono definiti, inaspettati, e memorabili: il livello della CO2 atmosferica era salito e sceso, in forte analogia con la temperatura da ciò scaturì un consenso crescente sul fatto che la CO2 è una componente importante del sistema di feedback climatici.
I carotaggi permisero di risalire gradualmente fino a 400.000 anni fa, attraversato quattro cicli glaciali completi e si vide che i livelli di CO2 scendevano al livello minimo di 180 parti per milione nei periodi freddi e raggiungevano i 280 nei periodi caldi, valore ben inferiore alle 350 ppm misurabili negli anni '90.

Durante il 1990, ulteriori misure sulle carote di ghiaccio indicarono che, durante i periodi glaciali passati, le variazioni di temperatura sembravano però precedere i cambiamenti di CO2 anzichè seguirli; questo fatto sorprese e confuse, sembrava contraddire la teoria del riscaldamento globale per effetto serra; gli incrementi o le diminuzioni dei livelli di biossido di carbonio non avevano quindi avviato i cicli glaciali.
In realtà, la maggioranza degli scienziati aveva abbandonato da tempo questa ipotesi. Già nel 1960, studi approfonditi avevano dimostrato che minuscole variazioni nell’orbita del nostro pianeta attorno al Sole noti come Cicli di Milankovitch, si accordavano con una precisione sorprendente con le tempistiche delle glaciazioni.Tuttavia, i calcoli dimostrarono che questo piccolo effetto astronomico avrebbe dovuto provocare solo piccole variazione nella temperatura globale; nuove carote di ghiaccio suggerirono che un potente feedback aveva amplificato le variazioni della radiazione solare: proprio i gas a effetto serra. L' idea che anche un cambiamento nel livello dei gas iniziato dall'umanità potesse amplificarsi attraverso un ciclo di feedback sulla temperatura, diventava più concreta e inquietante. In sostanza, nelle glaciazioni avveniva il contrario della nostra situazione attuale, in cui l'umanità ha avviato il cambiamento aggiungendo gas serra. Dato che il livello del gas è aumentato, la temperatura si alzerà con un certo ritardo temporale pittosto breve, poiché i ratei di variazione attuale sono enormemente più rapidi degli spostamenti orbitali che portarono alle ere glaciali.

Questo non provava, ancora, di per sé, che l'effetto serra antropico era il responsabile del riscaldamento visto nel 20° secolo, e non spiegava quanto riscaldamento avrebbe potuto portare in futuro l'aumento della CO2, era però ormai chiaro che l'effetto serra antropico doveva essere preso molto sul serio.

Tra la fine del 20° secolo e l'inizio del 21°, attraverso computer sempre più potenti fu possibile integrare ogni progresso osservativo o teorico e crebbe il consenso anche tra gruppi di ricerca rivali; oggi, ogni stimabile esperto non mette più in dubbio che la CO2 e gli altri gas serra sono stati almeno parzialmente i responsabili del riscaldamento osservato in tutto il mondo a partire dal 1980.
L'ultimo, ma non meno importante tassello di questo enorme puzzle è arrivato nel 2005, con lo studio delle temperature nei bacini oceanici del mondo. Non è infatti nell'aria, ma negli immensi oceani, dalla grandissima capacità termica, che la maggior parte del calore del riscaldamento globale, dovrebbe risultare immagazzinato, così infatti risulta e la correlazione con l'incremento di anidride carbonica è ben evidente.

Bibliografia per approfondire:

http://www.aip.org/history/climate/index.htm

Qui la traduzione: http://personalpages.to.infn.it/~cassardo/pensieri/2009_10_15.html