Clima: ultimo avviso

 

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di LUCA TORNATORE *

Scienziati e funzionari in rappresentanza di oltre 110 governi presenteranno il 27 settembre, a Stoccolma, il documento – redatto da 259 autori in 39 paesi – che arriva a sei anni di distanza dal precedente ed è il primo di quattro dell’Ipcc (Intergovernamental Panel on Climate Change) attesi l’anno prossimo sul cambiamento climatico. Secondo la bozza, le temperature potrebbero aumentare fino a 4,8 gradi Celsius in questo secolo, ma potrebbero essere contenute ad un innalzamento di 0,3 gradi se ci fossero profondi tagli alle emissioni di gas a effetto serra. Il livello dei mari, salito di 19 centimetri nel Novecento, potrebbe aumentare di ulteriori 26-81 centimetri entro la fine di questo secolo, minacciando le coste di molte città. “Mi aspetto che il mondo capirà la semplicità e la gravità del nostro messaggio”, ha detto il presidente dell’Ipcc, Rajendra Pachauri.

Per aiutare a comprendere meglio il meccanismo del cambiamento climatico, le sue cause e i suoi effetti, pubblichiamo qui il testo di Luca Tornatore, che si è occupato di clima nel volume collettivo “Calendario della fine del mondo”, edito da Intramoenia e Democrazia km zero nel 2011 (/2011/04/21/esce-il-primo-libro-di-dkm0/). E’ una lettura molto istruttiva, su base scientifica e niente affatto datata, visto che lo sforzo del libro, nei suoi vari capitoli, era appunto di cercare di prevedere quel che accadrà di qui ai prossimi decenni.

Ecco il testo di Tornatore.

 

Il clima cambia. È sempre cambiato, nella storia del pianeta lunga 4,5 miliardi di anni. Perché questo fatto, e la sua correlazione con l’attuale cambiamento climatico di origine umana, siano propriamente comprensibili è necessario che il lessico diventi più preciso e che ciò che viene comunemente indicato con «clima» acquisti un significato rigoroso.

Nella sua usuale accezione statistica, il clima di una determinata area è la media temporale (usualmente su circa trent’anni) dell’insieme di fenomeni atmosferici di interesse meteorologico. I regimi climatici così definiti hanno caratteristiche stagionali e regionali. Essi mostrano una naturale variabilità temporale, generalmente limitata su tempi sufficientemente brevi (sui quali, infatti, sono definite le medie che ne restituiscono i valori attesi) ma potenzialmente anche estrema su periodi molto lunghi. Una variazione statisticamente significativa dei valori meterologici medi e della loro variabilità attesa (ovvero dell’intervallo «normale» di differenze), e la persistenza di tale variazione su archi temporali comparabili a quelli di definizione climatica, equivale ad un «cambiamento climatico».

Concentrare l’attenzione sulle variabili meterologiche – valori medi, massimi e minimi della temperatura media, delle precipitazioni, dei venti ecc. – aiuta chiaramente a defini- re le caratteristiche climatiche di immediata percezione, ma distoglie dalla comprensione più profonda della loro origine. Queste variabili sono infatti le manifestazioni di un sistema complesso, le cui componenti – e le relazioni tra loro – e la loro variazione sono determinanti, nel senso più generale, rispettivamente del «clima» e dei cambiamenti climatici: la struttura dell’atmosfera e le caratteristiche della sua circolazione e della sua composizione chimica, le proprietà superficiali e profonde del suolo, il ciclo dell’acqua e del carbonio, il bilancio energe- tico netto sono, solo per citarne alcuni, elementi determinanti di questo sistema complesso.

Non a caso, l’IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change) definisce il «clima» come «lo stato di equilibrio energetico del sistema climatico, considerato in un dato ambito spaziale e in un dato ambito temporale». Al posto della generica espressione «clima» è necessario quindi considerare la complessità del «sistema climatico» che è, appunto, il sistema termodinamico risultante dall’interazione tra differenti componenti e dai relativi flussi di energia e materia.

Il bilancio energetico netto del sistema è dato dall’equilibrio fra il flusso entrante della radiazione solare – che a causa del filtro atmosferico arriva al suolo essenzialmente nella sola ban- da visibile – e il flusso uscente dovuto all’emissione nella banda dell’infrarosso da parte, essenzialmente, della geosfera. L’ energia che rimane all’interno del sistema climatico ne rappresenta il budget energetico a disposizione.

Le componenti del sistema climatico sono l’atmosfera, l’idrosfera – gli oceani e le acque continentali, sotterranee e superficiali – la geosfera, la criosfera (ovvero i ghiacciai) e la biosfera (ov- vero l’insieme della vegetazione e della biomassa terrestre e marina).

Networking: la «rete»

I flussi di materia ed energia fra le componenti del siste- ma climatico dipendono da un complesso network di interazioni tra quelle componenti e da fattori che possano influenzare il bi- lancio energetico a disposizione (ad esempio, la composizione chimica dell’atmosfera). Le interazioni consistono in tutti i processi fisici che comportano lo scambio di energia, materia o momento (la «quantità di moto») fra le componenti del sistema climatico, in particolare i processi a carattere ciclico come, ad esempio, i cicli dell’acqua, del carbonio, dell’azoto.

Infatti, nonostante le varie componenti del sistema climatico siano differenti fra loro quanto a stato fisico, composizione chimica, struttura interna e comportamento, ognuna di esse è costantemente e profondamente influenzata dalla continua interazione con le altre. L’atmosfera e gli oceani sono fortemente correlati e scambiano sia materia che energia – dagli oceani all’atmosfera attraverso l’evaporazione e viceversa attraverso le precipitazioni. Questa interazione fa parte del ciclo idrico, che è uno dei principali vettori di energia all’interno del sistema climatico. Contemporaneamente, le precipitazioni e il confluire delle acque dolci continentali influenzano la salinità degli oceani, ovvero la densità dell’acqua e, quindi, la circolazione termosalina, che, a sua volta, influenza l’azione termostatica degli oceani.

Atmosfera ed oceani scambiano, oltre al vapor d’acqua, an- che altri composti chimici come, ad esempio, l’anidride carboni- ca (CO2) che viene disciolta prevalentemente nelle acque fredde polari e sequestrata quindi negli strati profondi degli oceani. Tale scambio modifica la composizione chimica dell’atmosfera e, di conseguenza, il suo bilancio energetico. Il ciclo del carbonio (di cui la CO2 è solo una componente) interessa profondamente la biosfera, che lo influenza attraverso la fotosintesi e la respirazione (in sostan- za, rispettivamente, la crescita ed il metabolismo della biomassa). Contemporaneamente, la biosfera e la criosfera influenzano anche il bilancio energetico netto modificando la capacità locale e globale della geosfera di riflettere la radiazione solare o di assorbirla per ri-emetterla poi nell’infrarosso. La naturale disomogeneità al suolo implica quindi una corrispondente disomogeneità nella capacità di riflettere oppure di assorbire e riemettere la radiazione solare, ov- vero disomogeneità nelle disponibilità locali di energia che causano flussi di calore dalle zone più calde a quelle più fredde.

Rendere conto interamente dell’attuale comprensione di un network di interazioni di tale complessità è impossibile qui, e per un’ampia descrizione si rimanda ai report dell’IPCC (www.ipcc.ch).

Il clima come sistema caotico

È importante comprendere che ogni componente del sistema climatico influenza ogni altra componente o direttamente o attraverso interazioni più complesse e, allo stesso modo, ne è influenzata. Ciò significa che l’insieme di interazioni si accompagna o è sostanzialmente costituito da un insieme di feedback positivi e negativi, ovvero di «retroazioni» che tendono, rispettivamente, ad accentuare o a smorzare una variazione.

Il sistema climatico che ne risulta è quindi omeostatico, tende cioè a tornare «elasticamente» ad uno stato di equilibrio anche in presenza di fluttuazioni, se la perturbazione nell’equilibrio energetico e nella sua distribuzione è sufficientemente piccola. Per questa sua natura il sistema climatico, essendo auto-riequilibrante, è soggetto a cercare nuovi stati di equilibrio anche in presenza di per- turbazioni rilevanti. Raramente, tuttavia, ciò è avvenuto in modo lento e continuo quanto piuttosto ha avuto una dinamica di «salti» a nuovi stati di equilibrio (ovvero di «clima»). Ciò è dovuto alla sua natura di sistema complesso la cui dinamica è, quindi, «caotica».

Questo termine spesso abusato significa, sostanzialmente, che il «percorso» che il sistema compie, a causa delle interazioni tra le sue varie componenti ed eventuali sorgenti esterne di forcing, dipende fortemente dalle condizioni di partenza. Ovvero che piccole variazioni in tali condizioni – o in qualsiasi fattore in gioco – non determinano variazioni proporzionalmente «piccole» dello stato del sistema dopo un certo tempo, come avviene in un sistema «ordinato», ma al contrario provocano variazioni arbitrariamente grandi. Come è stato detto, le variazioni del sistema climatico asso- migliano al rotolare di una pallina su un piano pieno di buche. Sino a che la fluttuazione è «piccola» – e/o i meccanismi di feedback da essa attivati sono smorzanti – la pallina (il sistema climatico) oscilla nella buca iniziale (il clima). Se, invece, la fluttuazione è sufficiente – e/o il feedback innescato è amplificante – la pallina schizzerà via – con una direzione difficilmente prevedibile con esattezza, a meno di misurazioni impossibilmente precise – e «cadrà» in una nuova buca, e il sistema climatico troverà una nuova configurazione di equilibrio, ovvero un differente «clima».

A causa della grande inerzia del sistema climatico, il tempo corrispondente al termine «lento» è chiaramente da riferirsi, in mancanza di sorgenti esogene o catastrofiche (come ad esempio un’ eruzione eccezionale o un asteroide), ai tempi caratteristici delle sue componenti dominanti. Normalmente si misura quindi in millenni o centinaia di migliaia d’anni più che in secoli o, addirittura, in decenni.

Calendario_DkmZero_250Le componenti del sistema climatico

Atmosfera. Per la sua natura gassosa, l’atmosfera terrestre è la componente più instabile e reattiva del sistema climatico e gioca essenzialmente due ruoli chiave.

Il primo è quello di essere il cappello che intrappola e rende disponibile l’energia solare che viene ri-emessa sotto forma di calore dalla superficie terrestre, ovvero di garantire l’effetto serra. In assenza di atmosfera l’irraggiamento medio annuo dovuto al sole – che è l’unica sorgente energetica del sistema climatico – porterebbe la temperatura media annuale globale al suolo a 19 gradi sotto lo zero invece che agli attuali 15. Il meccanismo fisico per il quale si stabilisce questo bilancio energetico dipende dalla composizione chimica dell’atmosfera, che è una miscela di gas (quasi del tutto) trasparente alla radiazione solare a lunghezza d’onda corta e (quasi del tutto) opaca invece alla radiazione infrarossa, a lunghezza d’onda più lunga. Ciò significa essenzialmente (tralasciando qualche dettaglio) che, quando la radiazione solare viene assorbita dal suolo e ri-emessa, la radiazione infrarossa di ritorno invece di disperdersi nello spazio viene assorbita e ri-emessa dalle molecole atmosferiche.

La continuità del flusso solare – considerando la media annua globale – e del meccanismo di assorbimento/ri-emissione dell’atmosfera stabilisce velocemente un equilibrio termodinamico per il quale l’atmosfera al di sotto dei 5000 metri (troposfera) si comporta come una sorta di serbatoio energetico, senza il quale, ovviamente, non sarebbero possibili le forme di vita che conosciamo.

La troposfera si comporta come una serra grazie alla pre- senza di molecole che hanno la capacità di assorbire e ri-emettere radiazione infrarossa e, quindi, di trattenerne l’energia vicino al suolo, ciò che è detto «radiative forcing»: tra i maggiori «radiative forcers» vi sono il vapor d’acqua, il metano e l’anidride carbonica, che occupano una parte in volume molto piccola dell’atmosfera. Essa, infatti, è composta, in assenza di vapore d’acqua, per il 78 per cento di azoto, per il 21 per cento di ossigeno e per lo 0,93 per cento di Argon. Il restante 0,07 per cento è una miscela complessa di anidride carbonica, metano, ossido d’azoto e ozono, che sono tutti gas serra. L’acqua, che rappresenta in media tra l’1 per cento ed il 4 per cento del volume, ed è presente in varie fasi – gocce, vapore e cristalli di ghiaccio – è il gas serra più efficace, nonché uno dei maggiori vettori energetici (a causa del fatto che le transizioni tra le varie fasi assorbono e rilasciano grandi quantità di energia).

Il secondo ruolo giocato dall’atmosfera è quello di vettore rapido in grado di trasferire calore dalle zone più calde alle zone più fredde. Il trasferimento di calore dalla geosfera all’atmosfera avvie- ne nella troposfera, che ospita i fenomeni metereologici (venti, cicloni, precipitazioni, sistemi nuvolosi, ecc.). La circolazione dell’aria è regolata essenzialmente dalla rotazione terrestre e dai differenziali

di pressione conseguenti ai differenziali di temperatura, oltre che, in second’ordine su scala globale, da fattori geografici locali.

Idrosfera Comprende gli oceani, i mari e il sistema delle ac- que continentali, sia superficiali che sotterranee. Come l’atmosfera, anche l’idrosfera gioca due ruoli fondamentali (più molti altri): è un accumulatore/vettore di energia e un serbatoio di anidride carbonica, che scambia continuamente con l’atmosfera.

Grazie alla grande densità e all’elevato potere calorico, il sistema delle acque ha una notevole inerzia termica e una circolazione (determinata dai venti, quindi da fenomeni atmosferici, e dai contrasti di densità dovuti a differenziali di salinità e temperatura) molto più lenta dell’atmosfera. Attraverso le correnti oceaniche, gli oceani tendono a redistribuire alle zone più fredde l’energia accumulata nelle zone più calde. D’altra parte, attraverso i processi di evaporazione, condensazione e precipitazione, trasporta energia anche sui continenti, comportandosi come un enorme regolatore climatico planetario, attenuando l’insorgere di grandi squilibri energetici su scale temporali molto brevi.

Geosfera/Criosfera. L’importanza dei suoli risiede essenzial- mente nella differenziazione dell’assorbimento/ri-emissione della radiazione solare e del trasferimento energetico all’atmosfera e nel loro ospitare, nel sottosuolo, grandi depositi di carbonio. D’altra parte, i ghiacciai (così come le nevi e il permafrost, il suolo perenne- mente ghiacciato) giocano un ruolo chiave nell’aumentare l’albedo, la capacità di riflessione planetaria, ma anche per la loro grande inerzia termica (analogamente agli oceani) e il loro ruolo nel determinare la circolazione oceanica profonda.

Biosfera. È una componente fondamentale del sistema cli- matico, il suo ruolo si manifesta soprattutto nell’influenzare il ciclo del carbonio e dell’acqua, oltre che, attraverso la evapo-traspirazione, il trasferimento energetico all’atmosfera. La complessità del bios può inoltre innescare feedback inattesi, come, ad esempio, grandi quantità di metano intrappolato nel permafrost, che può evaporare nell’atmosfera in caso di aumento della temperatura. O, evidentemente, il feedback dell’evoluzione di una specie intelligente e habilis nell’impadronirsi di una «tèchne» potente in grado di manipolare l’ambiente con forti effetti climalteranti.

Variazioni climatiche e impatto antropico

Essendo lo stato puntuale di equilibrio energetico di un sistema complesso, il clima è soggetto a variazioni naturali. Ciò è avvenuto, come si ricordava all’inizio, lungo tutti i 4,5 miliardi di anni del pianeta, e continuerà ad avvenire nel futuro.

Dal punto di vista dell’Homo sapiens sapiens, tuttavia, c’è un dettaglio importante di cui tenere conto: dalla fine dell’ultima era glaciale (circa 12 mila anni fa) il clima globale ha attraversato fluttuazioni minori (per quanto non tutte trascurabili) e questa relativa stabilità ha permesso l’accumulo di saperi e la loro traduzione «tecnologica», legati in primis all’agricoltura e allo sfruttamento delle risorse ambientali, e dall’altra parte la sedimentazione di strutture sociali complesse che contemporaneamente si avvantaggiano e consentono l’accumulazione di conoscenza.

La specie umana, quindi, non ha mai fronteggiato nella sua storia un cambiamento climatico globale di maggiore importanza e, se è certamente vero che la tecnologia ha acquisito una notevole capacità manipolatoria, è anche vero che la sua potenza dipende dalla possibilità di accedere in modo (relativamente) semplice (sia in senso fisico che geopolitico) ad un grande serbatoio di risorse naturali diffuse globalmente, dalle materie prime meno «nobili» alle terre rare, dal cibo all’energia. Un accesso che evidentemente dipende sia dall’accessibilità dei territori sia da una struttura sociale e produttiva (totalmente non condivisibile in larghissimi tratti, sia chiaro) le cui articolazioni si estendono sostanzialmente su scala globale.

Di fatto, si tratta di un sistema complesso nello stesso senso con cui questa definizione si applica al sistema climatico: un sistema soggetto a processi non lineari di feedback positivo e negativo strettamente intrecciati e, quindi, ad una dinamica potenzialmente caotica.

L’attività antropica degli ultimi duecento anni ha, con un livello di certezza del 99 per cento, innescato un cambiamento climatico globale le cui evidenze principali – molto ben acclarate – sono essenzialmente due. La prima è un significativo accumulo aggiuntivo di gas serra, il più famoso dei quali è la CO2, che ha modificato la composizione chimica dell’atmosfera, aumentandone il «radiative forcing» e, di conseguenza, l’energia contenuta nell’intero sistema climatico. La seconda è un riscaldamento globale, misurato attraverso l’aumento della temperatura media globale, l’innalzamento del livello dei mari, la diminuzione in massa della criosfera, la modificazione dell’andamento delle precipitazioni e l’aumento di potenza e frequenza degli eventi meterologici estremi.

Concentrandosi per brevità sulla CO2, ciò che si osserva (i dati sono riferiti al quarto rapporto climatico dell’IPCC, 2007) è il livello di concentrazione più elevato degli ultimi 600 mila anni (quasi 380 ppm, parti per milione, contro una media inferiore a circa 280 ppm nell’era pre-industriale), con una variazione del 35 per cento negli ultimi 250 anni, di cui l’8 per cento negli ultimi venti. La variazione il cui tasso sta continuando ad accelerare (è stata maggiore nei dieci anni 1995-2005, 1,9 ppm/anno, che non la media nell’intero intervallo di misurazione diretta continua, 1960- 2005, 1,4 ppm/anno).

L’aumento della temperatura media globale è altrettanto inequivocabile. Undici degli ultimi dodici anni sono tra i dodici più caldi dal 1850 (anno da cui partono misurazioni dirette attendibili). L’aumento di temperature è stato di 0,0074 gradi per anno se calcolato negli ultimi cento anni, di 0,13 gradi negli ultimi 50 e di 0,17 gradi negli ultimi 25 (ovvero, il riscaldamento sta accelerando), con un esito di aumento di temperatura media globale di 0,76 gradi dal 1850-1899 al 2001-2005 (per valutarne la consistenza, si consideri che la differenza di temperatura media globale fra un’ era glaciale e un’ era interglaciale è di circa 10 gradi).

Gli aumenti di temperatura seguono un andamento irre- golare: ad esempio, l’emisfero nord si è riscaldato più di quello au- strale, e più sui continenti che sugli oceani; maggiormente di notte che di giorno, in inverno-primavera più che in estate-autunno. L’aumento di effetto serra tende a diminuire l’escursione dei valori medi ma aumenta la variabilità climatica (gli eventi estremi).

Questi aumenti di temperatura si sono dati nonostante gli oceani abbiano nel frattempo assorbito circa l’80 per cento dell’energia supplementare inserita nel sistema climatico, riscaldan- dosi fino a profondità di circa 3000 metri, contribuendo in buona misura all’aumento del livello delle acque per espansione, insieme al ben documentato scioglimento della criosfera (dal 1978 i ghiacci artici sono diminuiti al ritmo del 2,7 per cento per decade, mentre la massima estensione del permafrost è diminuita del 7 per cento rispetto al 1900).

L’aumento di temperatura ha determinato un aumento dell’evaporazione, incrementando l’umidità dell’aria (a partire dal 1970 l’umidità specifica è aumentata di circa il 4 per cento) e i fenomeni di condensazione e precipitazione. Anche in questo caso, la distribuzione della variazione del fenomeno è estremamente irregolare. Le precipitazioni sono globalmente aumentate, ma più sugli oceani che sui continenti, mentre nelle fasce tropicali e subtropicali sono diminuite, interessando anche le zone limitrofe come il Mediterraneo. Se il cambiamento quantitativo non è particolarmente significativo, lo è invece quello nella distribuzione delle precipitazioni nel corso dell’anno e nell’estremizzazione dei fenomeni, che è quanto ben sperimentano gli ingegneri e i progettisti che si occupano del drenaggio delle acque pluviali, soprattutto nelle zone urbane.

Il quarto rapporto dell’IPCC giunge alla conclusione, con un livello di certezza maggiore del 90 per cento, che la causa dei cambiamenti descritti (e di molti altri dei quali il lettore può trovare lì un’ampia discussione) è l’emissione di gas serra a causa dell’attività antropica. Contemporaneamente, raggiunge la conclusione che, al 99 per cento, la totalità dei cambiamenti osservati negli ultimi 50 anni sarebbe stata impossibile senza una causa esterna al sistema climatico e che, al 90 per cento, questa causa non è una causa naturale nota.

Il 70 per cento della CO2 emessa nell’atmosfera dall’uomo è direttamente ascrivibile all’utilizzo degli idrocarburi (carbone, petrolio e metano), mentre il rimanente 30 per cento è ascrivibile all’utilizzo del suolo, ovvero ad una complessa interazione di feedback positivi – desertificazione e volatilità del suolo, deforestazione, ridotta capacità di crescita della biomassa, etc. – che l’attività antropica ha innescato. Il nocciolo della responsabilità umana sta in questi due punti. Lo sfruttamento del biòs e l’aver modificato il ciclo del carbonio, liberando in 200 anni le riserve di carbonio fossile (che ha una differente composizione atomica di carbonio (C) stabile e instabile, e quindi è tracciabile ed identificabile in atmosfera) che erano state sequestrate nel corso di milioni di anni nei depositi geologici.

Per avere una stima dell’importanza di questa quantità di carbonio, si consideri che il carbonio «vivo», presente cioè negli oceani, nella biosfera, al suolo e nell’atmosfera, ammonta, rispetti- vamente a 38 milioni di MtC (mega tonnellate di C) negli oceani, ovvero il 92 per cento del totale, 2,3 milioni di MtC al suolo (com- prensivo di sistemi viventi), ovvero il 5,6 per cento, e 760 mila MtC in atmosfera, l’1,8 per cento del totale. Il C presente nei serbatoi geologici è stimato in circa 3,7 milioni di MtC, che per circa la metà è stato rimesso bruscamente in circolazione dall’attività antropica in un tempo scala di vari ordini di grandezza inferiore ai tempi di adattamento del sistema, causandovi una sorta di shock.

* Luca Tornatore, ricercatore in astrofisica presso l’Università di Trieste,
è da sempre impegnato nei movimenti sociali. Si occupa dei processi
di globalizzazione sia da un punto di vista sociale ed economico che da
un punto di vista scientifico, interessandosi in particolare all’impatto antropico sulla biosfera e sui legami di questi processi con i processi sociali e produttivi.

 

 
 
 
 

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