Ambiente e Ecologie

Cicli glaciali e attività antropica - La concentrazione dei gas serra in atmosfera

Come abbiamo accennato in un precedente post, dallo studio sui cicli glaciali emerge una relazione diretta tra il variare della radiazione solare e la concentrazione naturale dell’anidride carbonica e del metano presenti in atmosfera.

La prima spiegazione valida a questo fenomeno arrivò nel 1981, quando il meteorologo John Kutzbach pubblicò uno studio in cui ipotizzava che, alle latitudini tropicali e in corrispondenza coi moti ciclici millenari terrestri, all’aumento della radiazione solare corrispondesse un aumento di intensità del fenomeno dei monsoni estivi che coinvolgono il Nord Africa, con relativa crescita di umidità ed espansione delle aree verdi in regioni attualmente desertiche.

Una delle conferme più incisive di questa teoria arrivò dagli studi effettuati sui carotaggi della calotta glaciale antartica estratti dalla stazione russa di Vostock (arrivata a circa 3.300 metri di profondità), al cui interno si trovavano imprigionate bolle d’aria risalenti fino a circa 400.000 anni fa. Oltre a confermare la maggiore umidità globale nell’epoca interessata dallo studio di Kutzbach, questi risultati rivelarono anche una maggiore presenza di metano nell’atmosfera nei periodi di più intenso irraggiamento solare, ossia in coincidenza con la maggiore presenza di vegetazione alle latitudini tropicali.

IL COMPORTAMENTO NATURALE DEL METANO NEI MILLENNI

Da quanto emerge dai carotaggi glaciali e da quelli oceanici, il ciclo di concentrazione atmosferica di CH₄ ha sempre mantenuto un’oscillazione costante nelle decine e centinaia di millenni passati, in correlazione coi moti millenari del pianeta.

Come risulta dalle verifiche effettuate in seguito sullo studio di Kutzbach, la variazione della concentrazione di metano in atmosfera è dovuta al fatto che in queste vastissime aree tropicali si trovavano grandi aree verdi che, nei momenti di maggiore intensità monsonica, venivano sommerse: la teoria aveva trovato le sue conferme.

In sostanza, il ristagno di queste acque innescava su scala macroscopica fenomeni di decomposizione organica anaerobica a carico dei microrganismi metanogeni, del tutto analoga a quella degli ambienti palustri.

Questa attività monsonica e i suoi effetti scatenanti le emissioni naturali di metano vanno estesi, oltre che alla regione del Sahel nordafricano studiato da Kutzbach, anche a tutte le vastissime aree tropicali che attraversano l’Arabia meridionale, l’India, il Sudest asiatico, fino ad arrivare alla Cina meridionale.

PERCHÉ AUMENTO ANOMALO “RECENTE” DELLE EMISSIONI DI CH₄?

Il ciclo di precessione coi suoi relativi effetti studiati da Kutzbach si compie in circa 25.000 anni, con intensità variabili dovute al concorso degli altri moti millenari compiuti dalla Terra.

Al giorno d’oggi ci troviamo nel minimo storico della radiazione solare estiva, a circa 10.000 anni di distanza dal massimo, e la concentrazione atmosferica di metano, anziché diminuire come era stato previsto, è aumentata.

Come risulta dalle diverse attività di studio elencate in precedenza, l’arresto del decremento e questo trend di anomalo aumento sono cominciati ben 5000 anni fa, ossia molto prima della rivoluzione industriale, a cui fino ad allora si attribuiva l’unica variazione anomala, e il cui inizio oscilla tra 250 e 200 anni fa.

Rimaneva ancora inspiegato e dunque attribuito a fattori "naturali" e “non-industriali” l’incremento precedente a quest’ultima era della produzione umana, a vantaggio anche dei negazionisti di un anomalo cambiamento climatico in atto e di chi faceva dunque risalire le cause a questi non ben precisati fenomeni naturali.

Se la spiegazione determinante di questi cambiamenti fosse risieduta nella sola “Natura”, allora il clima terrestre sarebbe dovuto andare incontro a un raffreddamento globale. Invece non è stato così.

Non solo le temperature medie sono aumentate, ma anche le emissioni di gas serra prodotte negli ultimi 250-200 anni non erano spiegabili, in quanto rappresentavano la sola metà del totale presente in atmosfera registrato all’epoca dei suoi studi.

La metà mancante andava cercata altrove e, escluse di per certo le cause naturali, il sospetto rimaneva in ambito antropico.

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La risposta a questo comportamento anomalo pre-industriale arrivò quando William Ruddiman ebbe un'intuizione, che verrà descritta in un prossimo post.

by Fabio Talloru

Stiamo ritardando la prossima glaciazione? Sì.

Sia il lettore più attento che quello più frettoloso avranno notato che nel titolo è già contenuta la risposta. Per quanto sinteticamente perfetta, ad entrambi, anche al più frettoloso, risulterà una risposta troppo breve ed interesserà perciò comprendere il perché di questo “Si”.

Questa evidenza emerse da una serie di studi che iniziarono negli ultimi anni del XX secolo e che si svilupparono lungo il primo decennio del XXI.

Il primo riscontro della disattesa partenza di una nuova era glaciale fu uno studio diretto dal paleoclimatologo William Ruddiman che coinvolse i meteorologi John Kutzbach e Steve Vavrus.

Essi cercarono, e trovarono – grazie a un modello di simulazione matematica che il climatologo Larry Williams creò negli anni ’70 - la conferma di quanto negli anni ‘80 aveva scoperto il geologo John Imbre: l’ultima fase interglaciale doveva essere terminata tra i 6.000 e i 5.000 anni fa.

Questo modello sul comportamento climatico venne impostato escludendo, tra i fenomeni che influenzano l’alternanza tra ere glaciali e interglaciali, le emissioni anomale di gas serra, iniziate quasi esattamente nello stesso periodo di fine dell’ultima fase interglaciale.

Secondo i risultati del modello, da allora i ghiacciai avrebbero dovuto iniziare ad accrescersi progressivamente, per via di un raffreddamento medio globale di 2°C (tantissimo in soli 6-5.000 anni) e il punto di massimo raffreddamento avrebbe dovuto presentarsi a Nord della Baia di Hudson, toccando un calo medio invernale di 5-7°C.

Però, ciò non è avvenuto.

Ancor più precisamente, lo studio rivelò che nell’Isola di Baffin (Canada) si sarebbe dovuto instaurare uno stato di glaciazione incipiente, ossia la presenza di un manto nevoso perenne, contro la sua attuale assenza per 1-2 mesi ogni estate.

In più, ai giorni nostri, avremmo dovuto assistere a qualcosa di analogo nell’altopiano del Labrador, il penultimo luogo in cui si sciolsero i ghiacciai dell’ultima glaciazione; il primo era per l’appunto l’isola di Baffin.

Lo studio generò sia plausi che critiche, e da queste ultime Ruddiman fu stimolato a fare ulteriori approfondimenti che lo portarono a studiare una glaciazione intercorsa ben 400.000 anni fa, che presentava variazioni della radiazione solare e delle emissioni naturali di gas serra analoghe a quelle della fase odierna.

L’approfondimento confermò quanto previsto dallo studio precedente e mai avvenuto perché interrotto cinque millenni fa: si sarebbe dovuto registrare un progressivo decremento fino ai valori minimi della concentrazione in atmosfera di metano (CH₄) e anidride carbonica (CO₂).

Questi ulteriori studi, in sostanza, riconfermavano quanto ipotizzato: siamo oggettivamente all’interno di una fase glaciale, ma climaticamente ritardata. La causa del ritardo è da ricondursi prevalentemente a questa anomala alta concentrazione di gas serra.

PERCHÉ “OGGETTIVAMENTE” ALL’INIZIO DI UNA NUOVA FASE GLACIALE?

Se nel brevissimo periodo, anche di poche ore, è difficile prevedere localmente quale sarà il comportamento meteorologico, questo può essere, invece, fatto per il comportamento climatico globale nei tempi più lunghi delle decine e centinaia di migliaia di anni.

I paleoclimatologi hanno infatti già da tempo scoperto l’esistenza di veri e propri cicli climatici. Lo hanno potuto fare incrociando i dati geologici e paleontologici (soprattutto dai carotaggi oceanici) con quelli chimici (presenza di molecole e atomi con isotopi specifici presenti nei ghiacci e nei sedimenti fossili dei fondali marini) assieme alle leggi astronomiche ormai note dei moti terrestri detti “millenari”.

Su questi ultimi possiamo basare la “oggettività” che cercavamo.

I MOTI MILLENARI DEL PIANETA TERRA.

Se il moto orbitale della Terra attorno al Sole causa l’avvicendamento delle stagioni in circa 365 giorni, le cosiddette “ere” glaciali e i periodi interglaciali, fenomeni molto più lunghi nel tempo, sono invece principalmente conseguenza della variazione della quantità di radiazione solare ricevuta dal Pianeta, dovuta a tre movimenti che la Terra compie in decine di migliaia di anni.

1. Il primo è quello dell’oscillazione dell’asse di rotazione terrestre: scoperta dal matematico e astronomo francese Urbain Jean Joseph Le Verrier nel XIX secolo, è una lenta variazione dell’angolo di inclinazione dell’asse, che compie il proprio ciclo oscillatorio tra 22° 20’ e 24° 50’ in 41.000 anni circa.

Essa influisce direttamente sulla quantità di radiazione solare che raggiunge le latitudini più elevate del Pianeta (dai 45° N in su).
In termini più semplici: minore è il grado d’inclinazione dell’asse terrestre, minore sarà la quantità di radiazione che ricevono i poli terrestri, minori dunque saranno le temperature del clima globale e viceversa.
Attualmente l’inclinazione è di 23° 50’ circa, in fase di risalita verso la gradazione minima.

I restanti due moti influiscono invece sulla variazione della distanza della Terra dal Sole, che in termini empirici equivale alla sensazione che possiamo esperire d’inverno nel variare di pochi centimetri la nostra distanza dal tanto amato calorifero (i più freddolosi sanno bene quanto pochi centimetri facciano la differenza tra felicità e sofferenza).

2. L’eccentricità dell’orbita del Pianeta attorno al Sole: varia in un ciclo di circa 100.000 anni ed è quel fenomeno per cui l’orbita della Terra tende ad essere ellittica e solo ad avvicinarsi a un’orbita circolare (il cerchio ha eccentricità pari a 0).

Sempre scoperta da Le Verrier, questa variazione influisce sulla distanza media che il Pianeta mantiene rispetto al Sole (ripensate alla vostra distanza dal calorifero nelle giornate invernali e all’invidia che avete provato verso i compagni di classe o i colleghi che gli stavano più vicino durante l’intera giornata).

Le sue oscillazioni periodiche sono molto più irregolari rispetto a quelle dell’asse terrestre e attualmente si attesta a 0,0167, in un raggio di variazione totale tra il valore minimo di 0,0033 e quello massimo di 0,0671. In termini pratici parliamo di variazioni nell’ordine dei milioni di chilometri di differenza di distanza dalla fonte di calore che è il Sole.

3. Per ultimo abbiamo il moto di precessione, dal ciclo più breve di 25.000 anni, ossia il moto conico dell’asse di rotazione della Terra dovuto all’attrazione reciproca con la Luna e gli altri pianeti.

Scoperto nel XVIII secolo dal famoso enciclopedista francese Jean-Baptiste Le Rond d'Alembert, questo fenomeno è meno intuitivo da immaginare e viene spesso spiegato attraverso il moto di una trottola, la quale non solo gira su sé stessa ma possiede anche un movimento che la porta ad ondeggiare e inclinarsi da una parte all'altra: il moto di precessione.

Gli effetti che questi moti hanno sul clima sono anche chiamati Cicli di Milanković, dal nome dall'ingegnere e matematico serbo Milutin Milanković che li ipotizzò e studiò ai primi del XX secolo.

CONCLUSIONI

Anche se il clima è il risultato di un sistema complesso le cui variabili generano altrettanti e complessi meccanismi di feedback, in generale possiamo immaginare che valga la regola per cui ogni fenomeno che modifica per lungo tempo il comportamento della radiazione solare ricevuta dalla Terra, è determinante sul lungo tempo per il clima globale del Pianeta; i suoi effetti, però, saranno sempre riscontrabili con leggero ritardo.

La relazione tra i vari moti millenari determina dunque, oltre alla ricorrenza dei periodi glaciali, anche l’intensità con cui essi si presenteranno ciclicamente.

I dati raccolti dai paleoclimatologi ci rivelano inoltre che la storia delle glaciazioni è in realtà molto recente. È da 3 milioni di anni che la Terra si sta lentamente raffreddando, con la comparsa dei primi ghiacciai, solamente stagionali, risalente a circa 2,75 milioni di anni fa nelle regioni settentrionali del Pianeta.

È invece da “soli” 0,9 milioni di anni che hanno iniziato ad esistere i ghiacciai permanenti.

Nel periodo delle decine e centinaia di migliaia di anni, il clima globale è dunque prevedibile grazie ai modelli fisici ed astronomici confermati dagli studi di geologi, paleologi e paleoclimatologi: abbiamo la certezza che, anche basandosi esclusivamente sul moto di precessione, ci troviamo già dentro l’inizio di una nuova era glaciale - che non è però mai iniziata.

Quasi certamente questo inizio disatteso è da attribuirsi alle emissioni in atmosfera dei cosiddetti “gas serra”, che, come è ormai accettato dalla quasi totalità delle comunità scientifiche, non permettono la naturale dispersione della quantità di radiazione solare ricevuta dal pianeta che invece continua a riscaldarsi.

Inoltre, secondo i modelli climatici, questi gas sarebbero dovuti diminuire anziché aumentare, ostacolando l’innescarsi dei feedback positivi e naturali di innesco della prossima glaciazione.

Stiamo ritardando la prossima glaciazione? Si.

PER APPROFONDIMENTI

William Ruddiman, “L’aratro, la peste, il petrolio - L’impatto umano sul clima”, UBE Paperback, 2015

William Ruddiman, “Earth’s Climate”, Freeman, 2001

by Fabio Talloru

Gemelli digitali del pianeta? No grazie - Una riflessione sui "futuri simulati"

Un articolo recentemente pubblicato sul giornale WIRES Climate Change offre una critica articolata delle iniziative anche Europee di costruire dei gemelli digitali dell’intero pianeta, comprensivi di oceani, atmosfera, biosfera, e degli umani con le loro economie e società. Di cosa si tratta?

Molti gemelli artificiali sono già di uso corrente, in ingegneria, medicina e gestione dei processi. Secondo il sito della IBM un gemello digitale

… È una rappresentazione virtuale di un oggetto o sistema, disegnato per riflettere accuratamente un oggetto fisico. Esso copre l’intera vita dell’oggetto, viene alimentato con dati in tempo reale e usa simulazioni, nonché tecniche di apprendimento automatico (machine learning)

Gemelli di una turbina, di un ciclo produttivo o di un cuore umano, possono aiutare nello sviluppo di nuovi prodotti, processi o farmaci.

Il passaggio da una turbina al pianeta con noi sopra non è ovviamente cosa da nulla. Questi megamodelli gireranno su supercomputers inghiottendo enormi banche dati e generando immensi output che potranno essere ‘letti’ con l’ausilio di intelligenze artificiali. Essi ci consentiranno, secondo chi li propone, di affrontare le sfide dell’antropocene (un termine usato per indicare una nuova fase geologica caratterizzata da un visibile impatto umano) con particolare attenzione ai cambiamenti climatici. I gemelli del pianeta saranno collegati in tempo reale con satelliti, droni, boe, cavi sottomarini, sensori della produzione agricola e telefoni mobili.

Euronews, una rivista con sede a Bruxelles, si porta avanti, e annuncia: 'Gli scienziati hanno costruito un "gemello digitale" della Terra per prevedere il futuro del cambiamento climatico'. Secondo Margrethe Vestager, Vicepresidente Esecutiva per un'Europa dell’era digitale:

Il lancio dell'iniziale Destination Earth (DestinE) è un vero punto di svolta nella nostra lotta contro il cambiamento climatico... Significa che possiamo osservare le sfide ambientali, il che ci aiuterà a prevedere scenari futuri - come non abbiamo mai fatto prima... Oggi, il futuro è letteralmente a portata di mano.

DestinE è la versione europea dei numerosi progetti volti a costruire gemelli digitali del pianeta. L'idea che possiamo costruire una replica in silico (cioè nella pancia di un computer) della Terra ha un chiaro fascino culturale, una visione prometeica di fuga definitiva dell'umanità dalla materialità, accolta con entusiasmo come si vede da diversi decisori politici e da molte istituzioni scientifiche, come si puo’ vedere dal numero speciale del giornale Nature Computational Change, che discutendo diverse applicazioni del gemelli digitali presenta l’estensione all’intero pianeta come una naturale evoluzione della tecnologia. Perché opporsi, quando tanti fondi appaiono a portata di mano per sviluppare computers e modelli più potenti per studiare la Terra, il suo clima, l’evoluzione metereologica e gli eventi estremi? L’iperbole diventa di rigore, e così si arriva a dire che i gemelli preconizzano una nuova fase nello sviluppo dell’umanità, dove il mondo diventa “cyber-physical” cioè senza più barriere fra il virtuale ed il reale, grazie al suo nuovo esoscheletro.

Pubblicare un articolo critico come quello offerto da Wires Climate Change diventa così una sfida per gli undici autori, che richiede pazienza e una certa dose di ostinazione per procedere nonostante i rifiuti di molti giornali di scienze naturali. Quali ragioni adducono questi autori a ‘mettersi di traverso’?  Le ragioni sono diverse e fanno riferimento a diverse scuole e discipline – come gli stessi autori:

• I proponenti dei gemelli digitali della Terra sostengono che essi, aumentando la risoluzione spaziale dei modelli, fino alla scala del kilometro, ci consentiranno di decifrare i misteri del cambio climatico. Per i dissidenti sopracitati:

Più alta è la risoluzione (cioè, maggiore è la localizzazione), più emergono feedback non fisici come rilevanti, che si tratti degli effetti microclimatici delle foreste o dei micropattern di albedo dovuti al ricongelamento di pozze acquose sulle calotte di ghiaccio. Il cambiamento di scala spesso comporta cambiamenti non banali nella complessità e nei principi che governano il sistema, e scale più dettagliate possono rivelare comportamenti caotici deterministici. Una risoluzione diversa potrebbe richiedere descrizioni di processi differenti, forse ancora sconosciute.

• I gemelli sono il risultato di una catena di riduzioni: la scienza viene ridotta alla fisica delle equazioni che governano il cambiamento climatico, e questa viene a sua volta ridotta ad un determinismo che solo esiste nelle equazioni stesse.
• L’enfasi sui gemelli, anche per affrontare sfide come la difesa della biodiversità, stravolge la natura della sfida e ne sposta il baricentro dal sud globale, dove si trovano le specie da classificare e difendere, al nord globale dove l’attenzione si concentrerà sulle specie sulla quali esistono più dati.
• Il progetto dei gemelli illustra drammaticamente l’autorità epistemica (relativa alla conoscenza) assunta dai modelli e da chi li opera. Gli eccessi di tale autorità, resi evidenti nel corso della recente pandemia, sono evidenti nella impostazione dei gemelli, che tendono a posizionare il cambio climatico – di certo reale e incombente – come una mono-narrazione cui tutto deve fare riferimento, comprese guerre, migrazioni, e derive autoritarie, con il risultato di oscurare la geopolitica con la fisica a danno dei deboli che si vorrebbero difendere dal cambiamento climatico.
• I gemelli digitali emergono da un intreccio di cambiamenti sociopolitici e tecnologici, in cui i numeri – indipendentemente da come vengono generati, siano essi visibili, come nelle statistiche, o invisibili, come quelli che girano nel ventre degli algoritmi – influenzano sempre più il discorso sociale, causando l’allarme dei filosofi, dei giuristi, degli economisti e degli stessi tecnologi, per non parlare degli esperti che studiano la sociologia della quantificazione e la sua relazione con la politica.

Quest’ultimo bullet, relativo alla relazione fra modelli, numeri e politica, si presta a interessanti digressioni, su come i numeri conferiscano potere epistemico e legittimità, e siano diventati il mezzo prevalente per esprimere valore nelle nostre società. L'accesso e la produzione di numeri riflettono e rafforzano le strutture di potere esistenti. I numeri catturano la nostra attenzione orientandola selettivamente. I numeri sono diventati invisibili poiché penetrano ogni aspetto della vita attraverso grandi modelli, algoritmi e intelligenza artificiale. Numeri e fatti sono diventati sinonimi. I numeri hanno colonizzato i fatti.

Un’altra digressione possibile riguarda il "fact signalling” con i numeri – «una pratica in cui i tropi stilistici del pensiero logico, della ricerca scientifica o dell'analisi dei dati vengono indossati come un costume per rafforzare un senso di giustizia morale e certezza». Questa è diventata un'attività dilagante praticata da esperti, presunti verificatori di fatti, politici e media. Un'arte simile è praticata dai cosiddetti ‘imprenditori di valori’ – esperti il cui lavoro consiste nel misurare il valore sociale di diverse iniziative al fine di stabilire legittimità, dimostrare conformità, cambiare comportamenti o giustificare un campo. Il fact signalling è anche praticato da attori industriali per difendere i propri interessi sotto il pretesto di difendere la scienza dai suoi presunti nemici. I numeri sono diventati una misura di virtù, ed i gemelli del pianeta ce ne forniranno in abbondanza.

Una terza ed ultima digressione – ci perdoneranno i lettori – riguarda il ruolo dei mezzi di comunicazione in quanto discusso fin qui. I media hanno sostanzialmente fallito nel monitorare adeguatamente gli esperti, spesso presentando le opinioni degli stessi esperti come certezze. Sul fronte cruciale della politica, i media contribuiscono a una campagna futile per difendere la democrazia e i valori dell'illuminismo attraverso la “verifica dei fatti” (sempre con numeri). Come osservato da un linguista cognitivo, ciò avvantaggia le forze antidemocratiche moltiplicando il loro messaggio: contare le bugie di Trump significa parlare di Trump ogni giorno. L'uso sconsiderato dei numeri banalizza i valori della politica e indebolisce la vita democratica.

Tornando ai gemelli del pianeta, si può concludere con una ricetta in quattro punti per un futuro più gentile, basata sullo sviluppo di diversi modelli specifici e adatti allo scopo piuttosto che su un modello universale, sull'esplorazione del potenziale di modelli semplici basati su euristiche in contesti climatici/ambientali, sulla raccolta e integrazione di dati da fonti divergenti e indipendenti, inclusa la conoscenza tradizionale, e sull'abbandono di una visione del pianeta centrata sulla fisica a favore di una diversità di processi relazionali, sia sociali che biologici, naturalmente fluttuante e irriducibilmente incerta, che richiede pratiche di cura più pluraliste e provvisorie per contrastare le narrazioni socio-ecologiche della modernizzazione ecologica, della crescita verde, dei servizi ecosistemici e simili.

Questa non è una discussione del tutto nuova. Il sociologo della scienza Brian Wynne osservava quaranta anni fa in relazione ai grandi progetti di modellizzazione:

Che sia deliberatamente concepito e utilizzato in questo modo o meno, la grande modellizzazione può essere interpretata come un simbolo politico il cui significato centrale è la diseducazione e la privazione del diritto di partecipazione delle persone dalla sfera della politica e della responsabilità.

Wynne suggeriva inoltre che:

In effetti, l'analisi delle politiche, specialmente quella condotta attorno a modellizzazioni su larga scala, tende ad essere strutturata in modo tale che ogni gruppo di modellizzazione costituisca virtualmente la propria ‘peer community’ [la comunità di esperti in grado di verificare la qualità del prodotto scientifico].

È quindi legittima la preoccupazione?

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Una versione di questo articolo è apparsa in inglese nel blog ‘The Honest Broker’ di Roger Pielke Jr., settembre 2024.

by Andrea Saltelli