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Cambiamento climatico

Il termine “cambiamento climatico” (climate change) si riferisce a cambiamenti del clima terrestre. Nel senso più lato, il termine include cambiamenti avvenuti in tutte l'ere geologiche e in tutti i componenti del clima, inclusi precipitazioni, nuvolosità e temperatura. I cambiamenti climatici possono essere generati da agenti (forcings) naturali e dall'attività umana.

 

Nell'uso più recente, in particolare nel contesto della politica ambientale, il termine si riferisce più specificamente a cambiamenti studiati nel presente ed include l'aumento medio della temperatura superficiale del pianeta, detto anche riscaldamento globale. Gli sforzi di studiare e di combattere il cambiamento climatico sono coordinati dall'United Nations Framework Convention on Climate Change. A questo proposito bisogna considerare che l'UNFCCC usa il termine "cambiamento climatico" in riferimento al cambiamento dovuto alle attività umane, mentre per quello dovuto ad agenti naturali usa il termine "variabilità climatica" (climate variability). Il cambiamento dovuto all'uomo è spesso anche indicato con il termine "cambiamento climatico antropogeno".

Fattori del cambiamento climatico

Il cambiamento climatico può essere causato da fattori interni e fattori esterni. I "fattoti interni" sono dovuti ad interazioni all'interno del sistema climatico terrestre. I "fattori esterni", detti anche "climate forcings", sono suddivisi in fattori naturali (ad esempio la radiazione solare) e in fattori antropogeni (attribuiti alle attività umane). I scienziati concordano generalmente nel dire che:

Agenti interni

E generalmente noto che il tempo è una sistema dinamico, caotico e non lineare, ma non è ancora certo se anche il climatico (il tempo medio) costituisce una tale sistema. Limitandoci agli ultimi 400.000 anni, le coltri glaciali dimostrano che le più ampie oscillazioni sono periodiche e corrispondono alla periodicità della variazioni dell'orbita terrestre, quindi non sono caotici. Ci sono però anche ampi cambiamenti a breve tempo che possono essere considerate "caotici". Sembra che l'attuale cambiamento non sia di questo tipo. Non è però da escludere che le variazioni caotiche e quelle non caotiche si alternano e dipendono dalle condizioni imposte da agenti esterni.

Agenti naturali

E ovvio che, in passato, agenti naturali esterni hanno causato notevoli cambiamenti climatici e probabilmente anche agenti interni. Per esempio, l'atmosfera terrestre contiene oggi circa 370 ppm di CO2 (0,037%). Nel corso degli ultimi 600 milioni di anni questa concentrazione di CO2 è variata tra 6.000 ppm e 400 ppm, dimostrando valori minori di 300 ppm durante gli ultimi 400.000 anni (prima della rivoluzione industriale). (http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/fig3-2.htm)  

(http://www.geocraft.com/WVFossils/PageMill_Images/image277.gif ) 

In confronto ad ere geologiche del passato, la nostra attuale atmosfera presenta un livello di CO2 significativamente inferiore. Negli ultimi 600 milioni di anni della storia del nostro pianeta, solo il periodo carbonifero e il periodo attuale, il quaternario, testimoniano livelli di CO2 inferiore a 400 ppm.  http://www.geocraft.com/WVFossils/Carboniferous_climate.html).  

Agenti antropogeni

Gli agenti antropogeni sono dovuti alle attività umane e cambiano l'ambiente e influiscono sul clima. Il principale agente è l'aumento dei livelli di CO2 nell'atmosfera dovuto alle emissioni provenienti dalla combustione di combustibili fossili che, su vasta scala, ha avuto inizio durante la rivoluzione industriale in Europa. La maggior parte di CO2 è stato emesso dopo il 1945. Altri fattori sono la distruzione di foreste, l'agricoltura e altre attività che hanno influiscono sull'albedo della Terra, sul ciclo del carbonio.

Meccanismi di feedback

Nel caso in cui un certo agente (per esempio l'attività solare) causa un cambiamento climatico, ci sono molti meccanismi che possono amplificare o ridurre gli effetti. Questo fenomeno è detto "feedback positivo" o "feedback negativo". Per quanto è oggi noto, il sistema climatico si equilibra in rapporto a questi feedback. I feedback positivi non scappano via. Uno delle causa è la forza del feedback negativo tra temperatura e radiazione emessa. L'effetto dei feedback è discusso nei suoi particolari in  che aumenta  IPCC TAR capitolo 7 (http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/260.htm).

 

Un esempio di un feedback positivo è il ruolo di CO2 nell'ambito dei cicli di 100.000 delle glaciazioni. L'agente ipotizzato che causa questi cicli è la variazione dell'orbita terrestre, ma il forcing sembra troppo debole per generare l'effetto. Pertanto si crede generalmente che le variazioni di CO2 agiscono  affinché il segnale venga amplificato. Un altro feedback è quello di ghiaccio-albedo, in cui una piccola riduzione della copertura di ghiaccio e di neve (altamente riflettente) comporta un maggiore assorbimento della luce da parte degli strati inferiori di suolo più scuro che si riscaldano e fanno sciogliere più neve. (http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/294.htm). 

 

I meccanismi di feedback negativi sono suddivisi in due categorie tipiche. La prima categoria si riferisce al sequestro di anidride carbonica da parte dei suoli, degli oceani e della biomassa. Questo tipo di meccanismi feedback prevede che solo una parte dell'anidride carbonica emessa dell'uomo rimane nell'atmosfera, ma dice nulla sul rapporto tra concentrazione di CO2 e la variazione della temperatura. Questo tipo di feedback non è negativo per definizione e può essere anche positivo: l'aumento della temperatura, ad esempio, può causare una perdita di carbonio dei suoli e cambiamenti climatici possono ridurre le aree delle foreste tropicali. La seconda categoria di feedback negativo si riferisce il rapporto tra il gas serra antropogeno e la temperatura. Una di queste teorie è il modello infrarosso Iris che propone che un aumento del concentrazione di vapore acqueo generi un meccanismo feedback negativo, abbastanza forte per contrastare l'aumento della temperatura dovuto all'anidride carbonica.

( http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Iris/iris.html ). Anche questa ipotesi è stata discussa a lungo. 

( http://www.atmos.washington.edu/~dennis/IRIS_BAMS.pdf ). La terza categoria fa capo a nozioni basali di fisica, al rapporto temperatura-radiazione.  Di alcuni sistemi - le nuvole sono l'esempio più ovvio - non si sa con certezza se questi fanno parte dei feedback negativi o di quelli positivi.  

( http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/271.htm ).

Variabilità della radiazione solare

Il principale agente esterno naturale è la variabilità della radiazione solare in termini di quantità e di distribuzione geografica e temporale. La radiazione solare può cambiare in breve tempo (da un anno ad un secolo) a causa dei cicli solari, a lungo tempo (da un secolo a un millennio) a causa delle variazioni dell'orbita terrestre o a lunghissimo tempo (centinaia di milioni di anni) perché il solo diventa più caldo.

Esempi di cambiamenti dovuti ad agenti naturali

I cicli di 100,000 anni delle glaciazioni sono dovuti a fattori naturali. Nel corso degli ultimi 1000 anni, c'erano due lunghi periodi  in cui le temperature medie globali erano maggiore (periodo caldo del Medioevo) e minore (Piccola era glaciale) rispetto ad oggi. Poiché questi periodi si sono manifestati prima della rivoluzione industriale, essi sono attribuiti a fattori naturali (attività solare, attività vulcaniche). Alcuni scienziati ritengono che il riscaldamento globale registrato dal 1860 sia un naturale recupero dopo la piccola era glaciale (Fonte: The Skeptical Environmentalist).

Gas serra antropogeni

Il principale fattore antropogeno è l'emissione di gas serra che è aumentata e ha rinforzato l'effetto serra. Altri fattori sono i cambiamento dell'utilizzo del territorio e l'emissione di aerosol, per esempio di solfati. Grandi quantità di gas serra sono state emesse dall'inizio della rivoluzione industriale. A partire del 1750 la concentrazione di anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera è incrementata del 31%, quella del metano del 151% e quella degli ossidi di azoto del 17%. La concentrazione di ozono stratosferico è aumentato del 36% (Fonte: IPCC). "La maggior parte dell'anidride carbonica antropogena è prodotta dalla combustione di combustibili fossili; il metano prevalentemente da allevamenti e dalla produzione di energia e di riso". (http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/134.htm#4211).

Sequestratori di carbonio

Le foreste del Nordamerica e della Russia contribuiscono all'assorbimento di anidride carbonica atmosferica. In confronto, la deforestazione nelle regioni tropicali riduce la capacità di assorbimento da parte della vegetazione. Non tutta l'anidride carbonica emessa si accumula nell'atmosfera: si stima che la metà è assorbita dagli oceani e dalle foreste. La deforestazione influisce pertanto sul naturale ciclo del carbonio. 

Valutazione della relativa importanza di vari agenti

La rilevanza relativa delle singole fonti ed agenti varia secondo il periodo considerato. Per esempio, prima dell'era industriale, prima del 1750, gli agenti antropogeni sono stati così deboli e pertanto ritenuti trascurabili. Da Ruddiman è stato però richiamato l'attenzione sul fatto che la deforestazione e la coltivazione di riso, iniziati circa 8000 anni fa, hanno aumentato le concentrazioni di CO2 e di metano. I studi di Ruddiman sono stati criticati da Schmidt che ritiene che questi aumenti non siano significanti.  

( http://www.nature.com/nsu/031208/031208-7.html ) 

( http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99994464 ) 

( http://mac01.eps.pitt.edu/Courses/GEOL1055/Ruddiman_2003.pdf )

 

La rilevanza di questi fattori può essere però stabilita mediante la quantificazione dei fattori coinvolti. I fattori interni e la reazione a fattori esterni possono essere stimati mediante l'analisi di simulazioni climatiche con i modelli climatici.

Radiative forcing

L'influenza di fattori esterni può essere stabilita con l'uso del concetto del radiative forcing. Un radiative forcing positivo contribuisce al riscaldamento del pianeta, mentre un radiative forcing negativa al suo raffreddamento.

Bibliografia

• The anthropogenic greenhouse era began thousands of years ago, Ruddiman WF; CLIMATIC CHANGE, 61 (3): 261-293 DEC 2003
• A test of the overdue-glaciation hypothesis, William F. Ruddiman, Stephen J. Vavrus, John E. Kutzbach, Quaternary Science Reviews 24 (2005) 1­1
• A note on the relationship between ice core methane concentrations and insolation, Schmidt, GA, Shindel, DT and Harder, S; GRL v31 L23206, 2004/12/16.

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