I cambiamenti climatici recenti
I cambiamenti climatici sono variazioni a livello globale del clima della Terra essi si producono a diverse scale temporali su tutti i parametri meteorologici, sono dovuti a cause naturali e, negli ultimi secoli, si ritiene, anche all'azione dell'uomo .
Sul clima influiscono molti fattori, le variazioni dei quali possono modificare la distribuzione dell'energia e del bilancio radiativo terrestre alterandone così il clima: alcuni fattori hanno un'azione sistematica come il sole, altri improvvisa e temporanea come le grandi eruzioni vulcaniche; alcuni agiscono su scale temporali molto lunghe come le variazioni dei parametri orbitali della terra che modificano la quantità media di radiazione solare che riceve il Pianeta alle varie latitudini e nel tempo, provocando glaciazioni e periodi interglaciali o le variazioni nella disposizione dei continenti, processi estremamente lenti, che fissano il comportamento del clima per milioni di anni; il Sole aumenta la sua luminosità di circa il 10% ogni 1.000 milioni di anni, per questo, sulla Terra primitiva, che permise la nascita della vita, 3.800 milioni di anni fa, la luminosità solare era il 70% rispetto a quella attuale; altri fattori agiscono su scale temporali più brevi e sono questi che determinano i cambiamenti degli ultimi millenni, secoli e decenni e che quindi ci riguardano più direttamente.
Attività solare
La temperatura media della Terra dipende, in gran misura, dal flusso di radiazione solare che essa riceve, questo apporto di energia, visti i tempi lunghissimi di evoluzione, è praticamente costante nel tempo e vale 1366 W/m² (Costante Solare), per cui sebbene la variabilità solare possa aver avuto un ruolo importante nel passato, non è considerato un contributo particolarmente rilevante per i cambiamenti climatici di breve periodo. L'attività solare è caratterizzata da una piccola variabilità, che si manifesta con la presenza delle macchie, che variano di numero secondo un ciclo medio di undici anni con una differenza tra massimo e minimo di circa lo 0.1%; solo quando tale attività si interrompe per periodi più lunghi, l'importanza sul clima sembra diventare rilevante, come avvenne tra il 1645 e il 1715 quando non ci furono praticamente macchie (minimo di Maunder).
Il XX secolo è stato caratterizzato, invece, da intensa attività solare, e molto probabilmente ciò ha dato un contributo, al riscaldamento osservato.
E' anche allo studio l'effetto dei cicli solari sulla formazione delle nubi: i raggi cosmici, che sono modulati dall'attività solare; (FIG 3 e 4) contribuiscono infatti alla loro formazione.
Variazioni nella composizione atmosferica
L'atmosfera influisce in modo fondamentale sul clima: se essa non esistesse, si calcola che la temperatura media della Terra sarebbe di circa -20ºC.
L l'atmosfera lascia passare la radiazione solare incidente, la Terra riemette parte della radiazione ma a una lunghezza d'onda molto più ampia, per la quale l'atmosfera non è permeabile, i gas serra assorbono questa radiazione col risultato che l'atmosfera si riscalda e restituisce alla terra parte di questa energia, per cui la temperatura superficiale media è in realtà di circa +15 ºC, valore molto diverso da quello d'equilibrio senza atmosfera. Questo fenomeno è denominato effetto serra, e permette condizioni termiche favorevoli alla vita sulla terra. Le variazioni di concentrazione di gas serra di qualunque origine, sono quindi in grado di modificare tale effetto e quindi la temperatura del pianeta.
L'emissione di solfati sotto forma di aerosol, generalmente provenienti dalle combustioni può avere effetto raffreddante o riscaldante a seconda della natura delle particelle; nel caso di imponenti eruzioni vulcaniche capaci di proiettare in atmosfera enormi quantitativi aerosol e ceneri, avviene un consistente filtraggio della radiazione solare con effetto raffreddante sulla superficie terrestre; tali eventi influenzano pesantemente la temperatura globale, ma per periodi brevi. L'azione raffreddante dei solfati e degli aerosol di origine antropica, prodotti con lo sviluppo industriale del primo dopoguerra, quando si usava petrolio e carbone ad alto tenore di zolfo, è ben evidenziata dal raffreddamento occorso tra 1950 e il 1975, a ciò si aggiunse poi l'eruzione dell'Agung nel 1963; ambedue i fenomeni giocarono un ruolo contrario all'azione riscaldante della CO2, che diviene invece manifesta nel periodo successivo con la riduzione di solfati, resasi necessaria per migliorare la qualità dell'aria.Cicli oceanici
E' noto che gli oceani si scaldano e si raffreddano più lentamente delle terre emerse e svolgono quindi un'importante azione termoregolatrice e ridistribuzione del calore immagazzinato, attraverso la circolazione termoalina.
I cicli oceanici come ENSO (El Niño–Southern Oscillation) , PDO (Pacific Decadal Oscillation) e la AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation), sono oscillazioni della temperatura degli oceani capaci di influenzare su periodi brevi (anni o decenni), non solo il clima locale ma anche quello globale; trattandosi di oscillazioni tendono tuttavia ad annullarsi col compimento del ciclo senza modificare direttamente il bilancio energetico del pianeta ma fornendo feedback positivi o negativi capaci di contribuire per un certo periodo, alle variazioni termiche globali. Questo è quanto probabilmente è accaduto intorno al 1940, quando si osservò un aumento termico più rapido in corrispondenza a AMO e PDO contemporaneamente positivi o in aumento, seguito poi da un calo al portarsi della PDO su valori negativi; così ai freschi anni '70, oltre il già citato aumento dei solfati, ha probabilmente contribuito la negatività di ambedue i cicli e di alcuni importanti fenomeni di ENSO con valori negativi. (FIG 5 e 6)
Le attività antropiche
L'uomo è l'ultimo, in ordine di tempo, degli agenti climatici importanti. La sua influenza iniziò con la distruzione dei boschi per convertirli in terre coltivabili e in pascoli, e proseguì con le crescenti emissioni di gas serra prodotti bruciando i combustibili fossili nelle industrie e nei mezzi di trasporto dalla rivoluzione industriale ad oggi. Attualmente, sia le emissioni di gas, sia la deforestazione, sono cresciute fino a un livello per cui pare difficile la loro riduzione nel breve periodo, per le implicazioni tecniche ed economiche delle attività coinvolte. L'attività umana ha in questo modo intensificato l'effetto serra naturale, contribuendo, pare, in modo rilevante alle modifiche climatiche più recenti.I feedback
Ognuno dei fattori descritti, non agisce da solo, ma interagisce con gli altri e con situazioni che amplificano o diminuiscono le variazioni prodotte; quando si origina un meccanismo che rafforza gli effetti si parla di feedback positivo, quando la risposta è un meccanismo moderatore, si parla di feedback negativo.
Ciò rende particolarmente complessa la comprensione del fenomeno e la previsione della sua evoluzione futura, perchè se certi meccanismi di feddback sono ben conosciuti, su altri le ricerche sono ancora carenti.
L'aumento della CO2, fa aumentare la temperatura, i ghiacci polari fondono, così diminuisce l'albedo che comporterà un ulteriore aumento delle temperature, il riscaldamento dei mari comporterà una maggiore evaporazione e poiché il vapore acqueo , è il più effica gas serra, gioca un ruolo fondamentale di amplificazione del riscaldamento indotto dall'immissione di gas serra di origine antropica; però il vapore produce nubi che hanno potere riscaldante o raffreddante a seconda della loro quota e sono a loro volta condizionate dalla presenza degli aerosol: le cose si complicano, tanto che questo aspetto rappresenta tuttora una delle maggiori incertezze, perchè ancora non è chiaro se prevarrà il fedback positivo o quello negativo.
I feedback scatenati dalle variazioni orbitali della Terra, hanno, certamente contribuito, nelle ere geologiche, all'alternanza dei periodi glaciali e interglaciali: quando la terra veniva a trovarsi in posizione tale da ricevere minor radiazione solare, la temperatura scendeva, gli oceani assorbivano più CO2 abbassando l'effetto serra, l' estensione dei ghiacci aumentava e con essa l'albedo, rafforzando la tendenza al raffreddamento; il contrario si verificava quando la Terra era esposta ad un maggior riscaldamento solare.
Quindi in passato la concentrazione di CO2 è stata prevalentemente un feedback, che amplificava gli effetti di forzanti astronomiche; da circa 200 anni, invece, la CO2 prodotta bruciando i combustibili fossili, si accumula in atmosfera alterando il ciclo naturale del carbonio e ciò sta assumendo il ruolo di forzante diretta.
Esempi di feedback climatici
(Pasini 2007)L'aumento di temperatura provoca una maggiore evaporazione, il vapore acqueo, è a suo volta un potente gas serra, quindi ha potere riscaldante; le nubi hanno, a seconda della loro quota, potere riscaldante o raffreddante; la fusione dei ghiacci dovuta all'aumento termico, fa calare l'effetto albedo della superficie terrestre e ciò provoca un ulteriore effetto riscaldante
Gli studi climatici
Gli studi climatici del passato si effettuano analizzando 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 degli ultimi secoli, ancora oggetto di dibattiti, ma sufficientemente precisa.
FIG 1 Ricostruzioni delle anomalie della temperatura globale e di quella dell'emisfero nord nel periodo dal 900 al 2000 (curve colorate, come indicato nella legenda) e dati strumentali (curva nera che inizia nel XIXsecolo). Le curve sono state filtrate con una media mobile a 40 anni. Le anomalie di temperatura sono riferite alla media della serie di dati strumentali nel periodo 1961-1990. (Tratta da Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years, National Academy of Sciences, Washington DC, USA, 2006.)
La Terra ha assistito a variazioni climatiche sensibili anche su periodi abbastanza brevi come il "Caldo Medioevale" e la "Piccola Era Glaciale"; l'attività solare fece registrare un massimo proprio nel Medio Evo e, come abbiamo visto un minimo tra il 1645 e il 1715, in piena "piccola era glaciale" ed eruzioni vulcaniche imponenti si verificarono poi nel IXX secolo; si ipotizza anche un rallentamento, in tale periodo, della Corrente del Golfo, non si sa se correlato con le altre cause. Oggi si tende però a ritenere che ambedue i periodi citati non siano stati in realtà, riscaldamenti o raffreddamenti globali, ma abbiano interessato solo alcune aree del pianeta.
Durante gli ultimi decenni le misure dirette effettuate nelle differenti stazioni meteorologiche, alle quali si sono aggiunte recentemente le misure da satellite, indicano che il pianeta si sta riscaldando. Gli scienziati ritengono che nel futuro la temperatura sarà in media più elevata così come concordano sul fatto che le attività antropiche esercitino un impatto diretto su questo processo, incrementando l'effetto serra che avrebbe preso il sopravvento sulle cause naturali che determinavano i cambiamenti climatici del passato.
