Dieci cose che influenzano il nostro clima Understand article

Tradotto da Rocco G. Maltese. Le attività umane continuano ad influenzare il nostro clima su scala globale, ma un certo numero di ulteriori meccanismi interconnessi giocano anch’essi un ruolo.

Non vi è dubbio che il clima della Terra sia cambiato tenendo in considerazione il tempo geologico – anche prima che comparisse l’Homo sapiens. Attraverso I suoi 4.6 miliardi di anni di storia, la Terra ha subito diversi sconvolgimenti estremi, dal periodo quando il pianeta era quasi completamente ricoperto da ghiacci, a quando l’Oceano Artico ha raggiunto una temperatura balsamica di 23 °C.

Queste variazioni climatiche sono il risultato di molti meccanismi intercorrelati, che variano nell’importanza nei loro effetti. Nei secoli passati, tuttavia, un fattore ha giocato un ruolo significativo, nell’influenzare il nostro clima: il consenso preponderante tra i climatologi che l’aumento della temperatura della Terra sia dovuto all’effetto serra causato dall’emissione dei gas dovuto alle attività umane.

Per rivelare l’estensione del nostro impatto, gli studiosi stanno esaminando l’assortimento di processi interagenti che guidano il clima indotto dall’uomo e della natura, sia nel passato che attualmente. In questo articolo esploreremo dieci di questi meccanismi che hanno condizionato il clima della Terra, la sequenza con la quale sono discussi non riflette la loro importanza.

Antarctica’s Brunt Ice Shelf
Le crepe che si propagano attraverso in Antartide nella Calotta di Brunt sono sul punto di rompere la calotta e creare un iceberg delle dimensioni della Grande Londra.
ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

1. Senza effetto serra la Terra sarebbe un pianeta congelato

Con l’effetto serra, i gas presenti nell’atmosfera della Terra (come l’anidride carbonica, il metano e l’ossido di azoto) che rappresentano delle trappole per I raggi infrarossi provenienti dalla Terra che altrimenti verrebbero dispersi nell’atmosfera. Grazie a questo processo naturale la superficie della Terra ha una temperatura medi di 15 °Cw1.  Senza questi gas, il nostro pianeta sarebbe un ghiacciolo, -18 °C, e la vita come la come la conosciamo sarebbe impossibile.

Variazioni del livello dei gas effetto serra possono condizionare significamene il clima globale. Per esempio il passato geologico della Terra, le eruzioni vulcaniche o l’impatto con asteroidi (vedi in seguito) hanno aumentato il livello di anidride carbonica dell’atmosfera, di conseguenza si ha avuto un improvviso aumento delle temperature. Nella storia più recente della Terra, la presenza degli esseri umani ha amplificato questo effetto naturale.

2. Gli esseri umani hanno peggiorato il naturale effetto serra

Sin dall’epoca della Rivoluzione Industriale, le attività umane non hanno fatto altro che aumentare nell’atmosfera, la concentrazione di gas ad effetto serra. I livelli di anidride carbonica sono saliti a causa della deforestazione e dall’utilizzo dei combustibili fossili. I livelli di metano sono aumentati in conseguenza dell’aumento degli allevamenti di bestiame e della coltivazione del riso.

Sino ad oggi, l’effetto serra antropogenico ha provocato un aumento della temperatura di 1.0 °C al di sopra della temperatura dei periodi preindustriale. Se il riscaldamento globale dovesse continuare a crescere con lo stesso andamento, alla fine del secolo si potrebbe raggiungere un aumento del riscaldamento di 3-4 °C. Gli studiosi adesso sottolineano che il riscaldamento dovrebbe essere limitato a 1.5 °C – un ulteriore aumento di non più di 0.5 °C dell’attuale livellow2. Per raggiungere questo obiettivo bisogna ridurre drasticamente le emissioni di gas serra. Tuttavia, dal lato positivo della questione, il meccanismo dell’effetto serra antropogenico è quello che siamo in grado di cambiare.

Observed and projected global temperature change
Variazioni di temperatura globale osservate e previste. Limitare il riscaldamento globale a 1.5 °C richiede una drastica riduzione dell’emissione di gas ad effetto serra. Adattamento dal Special Report on Global Warming di 1.5 °C. (Rapporto speciale sul Riscaldamento Globale di 1.5 °C).
IPCC
Global temperature change relative to pre-industrial levels (°C): Variazione della temperatura globale relativamente ai livelli pre-industriali (°C);
Human-induced warming to date: Riscaldamento indotto dagli esseri umani ad oggi;
Likely increase based on the present rate of warming: Probabile aumento in base all’attuale andamento del riscaldamento;
Modelled range of warming if CO2 emissions decline to net zero in 2055 and other greenhouse gases are reduced after 2030: Modello del limite di riscaldamento se l’emissioni di CO2 diminuissero sino a un livello zero nel 2055 e se altri gas ad effetto serra si riducessero nel 2030

 

3. La formazione della calotta di ghiaccio è stata attribuita all’orbita della Terra

Attualmente stiamo vivendo nella Tarda Età Glaciale Cenozoica, che è iniziata 34 milioni di anni fa. L’ultima fase di questa era glaciale è il Periodo Quaternario durante il quale la Terra si e’ trovata a saltare tra stati di glaciazione e di interglaciazione dove il la calotta di ghiaccio continentale è cresciuta o si è contratta. 

Questi stati glaciali e interglaciali si ipotizza siano stati generati da variazioni dell’orbita della Terra, conosciute come cicli di Milankovitchw3. Questi cicli si basano su tre parametri correlati ai movimenti della Terra: la sua eccentricità, l’inclinazione e la precessione. Rispettivamente questi termini descrivono la forma dell’orbita della Terra (se è più circolare o più ellittica); l’asse della Terra si inclina in relazione alla sua orbita; e all’oscillazione attorno alla direzione dell’asse dell’accelerazione angolare della Terra.

Per esempio, attualmente l’asse della Terra e’ inclinato di un angolo di 23.5 ° relativamente alla perpendicolare del piano dell’orbita della Terra, ma questa inclinazione varia tra i 22° e i 25° in un periodo di tempo di 41 000 anni. Questa variazione modifica la quantità di radiazione solare che incide le differenti regioni della Terra, influenzando così anche la formazione della calotta glaciale. 

Eccentricità: la forma dell’orbita della Terra varia dall’essere leggermente ellittica ad essere quasi circolare in un ciclo temporale di 100 000 anni.
Nicola Graf
Inclinazione: l’angolo  dell’asse della Terra che varia tra i 22° e i 25° (relativamente alla perpendicolare del piano della sua orbita, 0°) in un periodo di circa 41 000 anni.
Nicola Graf
Precessione: L’oscillazione dell’asse dell’accelerazione centrifuga della Terra esso ruota di una completa rivoluzione in circa 26 000 anni.
Nicola Graf

4. La bassa attività solare coincide con i periodi di glaciazione

La forza del Sole varia per l’intero ciclo di attività di 11 anni. Alla attività solare più alta – quanto l’attività del Sole è massima – appaiono sulla superficie del Sole un grande numero d cosiddette macchie solari (macchie più scure) e brillamenti solari (macchie più chiare). L’effetto netto risulta in un incremento della radiazione solare, che può contribuire ad avere un clima più caldo. Al minimo dell’attività solare – il periodo di minor attività – avviene l’oppostow4.

Un importante esempio è il cosiddetto Minimo di Maunder, che descrive il periodo che va dal 1645 al 1715 caratterizzato da una attività delle macchie solari molto scarsa. Questo minimo dell’attività solare coincise a metà del periodo della Piccola Glaciazione – non proprio con una glaciazione, con con un periodo dove l’Europa e il Nord America patirono un freddo intenso, e ‘le fiere del gelo’ furono viste nel Tamigi congelato, a Londra, UK.

Sunspot observations per year since the early 1600s
Le osservazione delle macchie solari per anni sin dal 1600, hanno evidenziato dei massimi e minimi solari.
Global Warming Art/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
Number of sunspots: Numero di macchie solari;
Maunder Minimum: Minimo di Maunder;
Dalton Minimum: Dalton Minimum;
Modern Maximum: Massimo Attuale;
Sporadic observations prior to c. 1750: Osservazioni sporadiche precedenti a c.ca 1750;
Average monthly measurements since c. 1750: Misure medie mensili sin da c.ca 1750

 

5. L’aumento di ossigeno può causare un raffreddamento

Per circa 2.5 miliardi di anni non vi è stata presenza di ossigeno nell’atmosfera terrestre. Sebbene il Sole fosse meno brillante, il nostro pianeta era ancora parzialmente abitato a causa del fatto che la concentrazione di metano nell’atmosfera era 1000 volte maggiore di quella attuale. Tutto questo cambiò con l’Evento della Grande Ossigenazione, che fu inizializzato dalla presenza delle alghe verde-bluw5.  Questi organismi microscopici si sono evoluti ricreando il processo della fotosintesi ed hanno iniziato a produrre ossigeno come un prodotto di scarto.

Questo ossigeno non voluto si pensa che abbia reagito col metano dell’atmosfera producendo anidride carbonica e acqua. L’anidride carbonica portò ad un drammatico decremento della temperatura, portando la Terra alla sua prima era glaciale – la Glaciazione Huroniana.

6. Il riscaldamento globale può sconvolgere le correnti oceaniche

I sistemi dei venti e delle correnti oceaniche sono importanti componenti del sistema climatico. Come risultato dovuto al differente riscaldamento tra i poli e l’equatore, le correnti convettive sia nell’oceano che nell’atmosfera spostano energia termica verso i poli. Questa è la forza motrice dietro alla circolazione atmosferica e la circolazione delle termoaline negli oceani.

La circolazione termoalina (o trasportatore oceanico, come è talvolta più conosciuto) è pilotata dalla differenza della temperatura e della salinità dell’acqua di marew6. Trasporta l’acqua più calda della superficie dai tropici al Nord Atlantico, che di conseguenza riscalda parte d’Europa. Si teme che il riscaldamento globale causi lo scioglimento delle calotte glaciali della Groenlandia, diluendo così la salinità dell’Oceano del Nord Atlantico riducendo la densità delle sue acque. Se l’acqua non è più abbastanza densa da affondare , la circolazione termoalina potrebbe essere compromessa.

Thermohaline circulation of the world’s oceans
La circolazione termoalina degli oceani è pilotata dalla differenza di salinità e e temperatura dell’acqua. La traccia blu rappresenta le correnti profonde dell’acqua, mentre la traccia rossa rappresenta la corrente di superficie.
Nicola Graf
Atlantic Ocean: Oceano Atlantico;
Indian Ocean: Oceano Indiano;
Pacific Ocean: Oceno Pacifico;
Warm shallow current: Currente dell’acqua di superficie;
Cold and salty deep current: Acqua fredda e sala della corrente profonda

7. L’impatto di un asteroide ha determinato una catastrofe climatica

Circa 66 milioni di anni fa, un asteroide del diametro di 10 chilometri chiamato Chicxulub, e la Terra hanno avuto una collisione, causa l’estinzione dei dinosauriw7.  L’impatto sollevò tanta di quella polvere che schermò più del 50% dei raggi solari che giungevano sulla Terra. Questo compromise la fotosintesi e causò il collasso della catena alimentare. Oltre, a un tremendo calo della temperatura globale, che portò la Terra a un “inverno d’impatto” che sarebbe durato per secoli.

Una volta che la polvere finì di depositarsi sulla superficie, si suppone che la Terra sia stata sottoposta a un rapido riscaldamento globale. Dovuto principalmente alla massa di anidride carbonica rilasciata sia dall’impatto stesso (si pensa che l’asteroide si sia sfaldato liberando rocce carbonate) e il seguente incendio selvaggio che si propagò sulla Terra.

Altre significative estinzioni di massa (come quello del Permiano-Triassico e del Triassico-Giurassico) si sono verificate per impatto di asteroidi, anche se non si sono trovati i crateri d’impatto.

8. Le placche tettoniche possono riscaldare e raffreddare il pianeta

La catena montuosa dell’Himalaya – che si è formata in conseguenza della collisione tra le placche tettoniche Indiana e Euroasiatica – è un primo esempio di come le placche tettoniche possono aver avuto un ruolo nel cambiamento climatico. Negli ultimi 50 milioni di anni il continuo e lento sollevamento dell’Himalaya, ha esposto nuove rocce agli agenti chimici. In questo processo, l’anidride carbonica dell’atmosfera si lega a certi minerali delle rocce riducendo la quantità di anidride carbonica dell’atmosfera e quindi raffreddando il pianeta.

Anche i movimenti delle placche tettoniche possono avere una importante influenza nel condizionare le correnti oceaniche. Per esempio, lo Stretto della Tasmania e il Passaggio di Drake – 30 milioni di anni fa, quando i continenti dell’Australasia e del Sud America si sono divisi allontanandosi dall’Antartico – si è prodotta una corrente circumpolare Antartica. Questa corrente trasporta acqua fredda dal fondo verso la superficie. Questa attività tettonica – combinata  con il biossido di carbonio atmosferico sommerso, nella formazione dell’Himalaya – si credeva che avessero generato l’Età Glaciale del Tardo Cenozoico. Gli studiosi possono predire dove le placche si muoveranno nei prossimi 250 milioni di anniw8.

9. Gli effetti combinati delle eruzioni vulcaniche

Un ulteriore effetto oltre a quello delle placche tettoniche è quello dovuto elle eruzioni vulcaniche, che possono influenzare il clima della Terra per periodi che possono andare da pochi giorni a decine di giorni. La grande quantità di anidride carbonica che che i vulci emettono può riscaldare il pianeta sul lungo termine, ma il pulviscolo e il biossido di zolfo possono bloccare le radiazioni provenienti dal Sole, e portare verso un raffreddamento globale sul breve terminew9.

L’eruzione del 1991 del monte Pinatubo nelle Filippine eruttò nella stratosfera, 17 milioni di tonnellate di biossido di zolfo. Questo ha causato una nuvola di costituita da goccioline di acido solforico che hanno bloccato la radiazione solare e ridotto per due anni, globalmente la temperatura di circa 0.4 °C.

Hot volcanic ash erupting from Mount Pinatubo
Le ceneri incandescenti fuoriuscite dal Monte Pinatubo il 12 Giugno del 1991, tre giorni prima dell’eruzione
Dave Harlow/USGS/Wikimedia Commons, pubblico dominio

10. Copertura delle nuvole complica il riscaldamento globale

La copertura delle nuvole ha una importante conseguenza sul clima della Terra. Le nuvole basse e spesse raffreddano la superficie della Terra, mentre le nuvole alte e sottili riscaldano il clima. La chiave della formazione delle nuvole sono gli aerosol – piccolissime particelle in sospensione nell’atmosfera. Esse agiscono come dei piccoli ‘semi’ sui quali si condensa il vapore acqueow10.  Gli aerosol sono molto simili a quello che si può trovare in ​​una lacca per capelli. Essi possono essere di tipo naturali (come la polvere o la salsedine marina) o antropogeniche (come gli inquinanti o i fumi). Un incremento degli aerosol antropogenici possono portare ad un aumento della formazione di nuvole , (che dipendendo dall’altezza a cui si trovano)  potrebbero potenzialmente compensare l’intera estensione del riscaldamento globale.

L’esperimento CLOUD del CERN può approfondire le nostre conoscenze sulla relazione tra aerosol e nuvole e studiare la possibile influenza dei raggi cosmici sulla formazione delle nuvolew11. Questi raggi comprendono anche particelle subatomiche che sono originate dalle supernove collocate al di là del Sistema Solare e si pensa che possano influenzare la copertura delle nuvole e la formazione di nuovi aerosol.

Riconoscimenti

L’autore e gli editori sono grati al Dr Anwar Khan del gruppo di ricerca di chimica atmosferica dell’Università di Bristol, UK, per il suo supporto in questo articolo.

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Web References

  • w1 – In un video dal titolo ‘Minute Earth’, si può conoscere come i gas effetto serra riscaldano il nostro pianeta.
  • w2 – L’Ufficio per l’Educazione al Clima (Office for Climate Education – OCE) ha prodotto un sommario per gli insegnanti del Cartello Intergovernativo sul Cambiamento Climatico (IPCC) Special Report on Global Warming di 1.5 °C (SR15).
  • w3 – Guardate il video che spiega esaurientemente i cicli di Milankovitch e come modificano il clima.
  • w4 – Un resoconto dal vivo da ‘SciShow Space’ che spiega come il Sole influenza il nostro clima.
  • w5 – Guardate una spiegazione coinvolgente dell’Evento della Grande Ossigenazione.
  • w6 – Si può apprendere sulla circolazione delle termoaline in un video su YouTube.
  • w7 – In un video di tre minuti, della BBC Earth ci viene spiegato come l’impatto di Chicxulub ha estinto i dinosauri.
  • w8 – Guardate questa animazione sulla previsione di spostamento dei continenti sulla superficie della Terra in conseguenza della tettonica a placche.
  • w9 – Un video di 2 minuti descrive come i vulcani possano modificare il nostro clima.
  • w10 – Guardate questa clip di TED-Ed che spiega l’effetto sul clima degli aerosol.
  • w11 – L’esperimento CLOUD del CERN è descritto più dettagliatamente sul sito web del CERN.

Resources

  • Scaricate questo testo introduttivo di scienze del clima gratuitamente presso il sito web di ‘Bookboon’:
    • Sloan T (2016) Introductory Climate Science: Global Warming Explained 1st edition. Aberystwyth, UK: Aberystwyth University. ISBN: 9788740314083

Author(s)

Mike Follows è un insegnante di fisica presso la Scuola King Edward a Birmingham, UK. Prima di ottenere il suo PhD sulle temperature ultrabasse, ha lavorato per 10 anni presso il British Met Office, l’Ufficio Meteorologico Britannico, quindi non è così sorprendente che sappia descrivere come la fisica ci aiuta a spiegare questi fenomeni globali – e può aiutarci a risolverli.


Review

La variazione del clima è un importante problema e interessante argomento da trattare con gli studenti delle scuole di tutto il mondo, come è stato dimostrato dalle recenti campagne organizzate da studenti sul clima per innalzare l’attenzione dei media su questo problema. Questo articolo spiega i meccanismi che influenzano i cambiamenti climatici e può essere utilizzato come punto di partenza per discutere dell’impatto dell’attività umana sui cambiamenti climatici e delle sue conseguenze per la Terra.

Gli studenti possono anche organizzare delle azioni da intraprendere per aiutare a conservare il patrimonio del nostro pianeta. Inoltre, studiando i meccanismi che influenzano il clima si possono applicare contemporaneamente alle materie connesse come biologia, scienze della Terra e fisica, sottolineando la natura interdisciplinare delle scienze.

Domande per una eventuale discussione:

  • Che cosa definiamo gas serra? Date due esempi
  • Se non esistessero i gas serra quale dovrebbe essere la temperatura media della Terra?
  • Cosa succede alla superficie del Sole durante un suo massimo?
  • Che effetto ha avuto l’aumento dei livelli di ossigeno nell’atmosfera terrestre sulla temperatura terrestre?
  • Che cosa provoca la circolazione termoalina?
  • Quale effetto avrebbe sulla temperatura terrestre l’impatto con un asteroide?
  • Come condizionerebbe il clima della Terra una eruzione vulcanica?

Mireia Güell Serra, insegnante di chimca e matematica, presso l’INS Cassà de la Selva, Spagna




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