Ambiente e Ecologie

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

Nel precedente post^[1] abbiamo mostrato che, anche se è stata dimostrata la correlazione tra l’aumento spontaneo della concentrazione di gas serra in atmosfera e il comportamento dei moti millenari del pianeta Terra, rimanevano comunque da comprendere alcune incongruenze riguardo a:
- la grande e anomala quantità di gas serra attualmente presente in atmosfera e
- la sua non riconducibilità alla sola attività dell’era industriale.

Quando si parla di emissioni di metano e di cambiamento climatico, il primo e spontaneo pensiero è di puntare il dito verso gli allevamenti di ruminanti. Complice di questo automatismo è la contingenza storica di crescente avversione nei confronti degli allevamenti intensivi per l'approvvigionamento alimentare.

Meno frequentato è, invece, un altro concorrente a questo genere di emissioni che, anche se meno celebre, è non meno importante. Anzi, è forse storicamente ben più influente nell’emissione di questo specifico gas serra: si tratta della coltivazione sommersa del riso^[2].

Come promesso, riporterò qui, per brevissimi tratti, l’interessante teoria che William F. Ruddiman, paleoclimatologo della Virginia University, pubblicò nel 2001 assieme all’allora suo studente Jonathan S. Thomson, e che mette in relazione l'invenzione e la diffusione di questa tecnica di coltivazione con l’aumento anomalo di metano immesso registrato a partire da cinque millenni fa.

Mi soffermerò maggiormente sugli aspetti storici e logici che hanno permesso la validazione di questo studio^[3].

L’IMPATTO ANTROPOGENICO IN GENERALE

Nei termini di adozione tecnologica, di qualità del processo produttivo e di quantità produttiva, è oggi un’evidenza apprezzabile e scientificamente dimostrata quella dell’impatto che le attività umane hanno sull’alterazione di un equilibrio climatico “naturale”. La schiera di convinti negazionisti è ormai ridotta ad una esigua cerchia che conta più che altro provocatori con altri fini o fenomeni da studio sociologico, che si autoescludono dalle discussioni serie su questo tema.

Tra la fine XIII e la metà del XIX secolo vi è stato un aumento progressivo dell’attività di disboscamento col fine di alimentare gli stabilimenti produttivi e le attività di tipo estrattivo, mentre oggi prosegue principalmente per ampliare la superficie coltivabile del pianeta.

La scoperta dei combustibili fossili avvenuta nel XIX secolo e il loro progressivo impiego in ambito industriale hanno portato all’aumento spropositato delle emissioni di anidride carbonica.

L’aumento delle emissioni di metano è, invece, per lo più imputabile: alla sua fuga accidentale durante l’estrazione e il trasporto delle risorse fossili; all’aumento della popolazione mondiale, combinato al miglioramento delle relative condizioni di vita^[4], all’aumento della produzione di rifiuti e alla conseguente dell’estensione delle relative discariche a cielo aperto.

A questi fenomeni si aggiunge anche il necessario aumento delle aree agricole irrigate e di allevamento, che portano a legittimare quel “dito contro” a cui abbiamo inizialmente accennato, rivolto contro le emissioni fisiologiche dei ruminanti, ossia dalle deiezioni e dalla fermentazione enterica, ovvero dalla digestione del cibo.

Alla fine del XX secolo queste emissioni saranno tali da aver raggiunto livelli che equivalgono ai record paleoclimatici di molti milioni di anni fa, in particolari fasi dei processi di intensa formazione delle terre oggi emerse.

Abbiamo, dunque, un sospetto più che fondato: l’impatto antropogenico è la principale causa di questo aumento anomalo degli ultimi tre secoli.

Siamo ora pronti a tornare alla proposta di Ruddiman e Thomson.

LA NASCITA DELL’AGRICOLTURA E LA SCOPERTA DELL’IRRIGAZIONE SOMMERSA: L’ALTRA METÀ MANCANTE DELLE EMISSIONI DI METANO

Intrapresa la strada della ricerca sulla via del sospetto ruolo antropogenico precedente all’era industriale, i due iniziarono a valutare anche i dati archeologici provenienti proprio dall’epoca di quella prima anomalia: la naturale diminuzione di concentrazione di metano in atmosfera si arrestò e iniziò invece a risalire, contrariamente a quanto sarebbe dovuto accadere per migliaia di anni da allora fino alla prossima glaciazione.

Secondo Ruddiman e Thomson la più probabile spiegazione di questa inversione è da attribuirsi all’invenzione dell’irrigazione del riso, la cui domesticazione della pianta risalirebbe ad almeno 9000 anni fa in Cina, nel bacino dello Yangtze.

La tecnica della coltivazione sommersa, lo dimostrano i ritrovamenti archeologici, era già in uso nelle pianure Sud-Est Asiatiche 5000 anni fa^[5], e si estese, 2000 anni dopo, fin nelle pianure dell’India del Nord e Centro-Orientale. Alla sua diffusione si aggiunse poi la progressiva evoluzione dell’ingegneria agricola con la creazione di sistemi di canali sempre più complessi, che portavano l’acqua dai punti più depressi delle pianure fino anche ai fianchi delle colline.

Per comprendere la portata del fenomeno studiato da Ruddiman e Thomson è, tuttavia, opportuno allontanare dalla mente la tecnica di coltivazione odierna di questa pianta erbacea, che ci porterebbe fuori strada

Diversamente dai rifiuti e dall’allevamento, la coltivazione del riso richiede per la propria produzione un’estensione non direttamente proporzionale al numero degli esseri umani che ne dipendono. Questo diviene evidente se pensiamo alla certa inefficienza della coltura del riso a partire dalle sue origini in termini di:

• varietà meno produttive che, a parità di raccolto, imponevano la necessità di inondare aree più estese del suolo;
• maggiore presenza di varietà di erbe infestanti e di biodiversità connesse all’ambiente palustre, ossia alla loro relativa decomposizione nelle stesse risaie.

Come abbiamo visto nello studio del meteorologo J. Kutzbach^[6], in tutte le aree palustri, la decomposizione della materia organica in clima anaerobico è a carico dei microrganismi metanogeni, incluse in questa categoria ambientale vi sono le coltivazioni sommerse del riso.

Aree sommerse più estese, in termini pragmatici, significano una maggiore produzione di metano prodotta da questo genere di coltura.

Si può parlare di efficienza tangibile di questa tecnica agricola solo a partire dalla metà del XX secolo, con l’invenzione dei pesticidi e dei diserbanti, i quali non erano prima d’allora nel dominio d’azione tecnologica dell’agricoltore, e anche con l'evoluzione della selezione genetica delle varietà seminate. Efficienza anch’essa con i suoi costi notevoli in termini di impatto ambientale, ma che esulano dal tema che stiamo qui trattando.

Se pensiamo dunque all’insieme di elementi di estensione delle risaie collegata alla loro bassa efficienza, alla loro progressiva diffusione crescente, per millenni, sull’intero pianeta abitato e agli effetti spontanei dovuti all’habitat anaerobico palustre, comprendiamo meglio perché Ruddiman e Thomson avessero ben intuito che dietro alla spiegazione di questa anomalia e delle sue crescenti dimensioni ci fosse sempre una matrice antropogenica: l’invenzione dell’irrigazione agricola, soprattutto quella sommersa del riso.

NOTE

^[1] “John Kutzbach e le correlazioni naturali tra i cicli glaciali e la concentrazione dei gas serra in atmosfera.” è il post in questione. Consigliamo al lettore anche la lettura di “Stiamo ritardando la prossima glaciazione? Si.” per aver una visione più chiara e solida del terreno d’indagine in cui si inserisce il presente post.

^[2] Faccio presente al lettore che anche il metano (CH₄), per quanto sia un gas più dannoso, è anche meno “famoso” del suo concorrente l’anidride carbonica (CO₂). In termini di inquinamento atmosferico il primo è infatti di 25-30 volte più dannoso della seconda.

^[3] Il clima globale del Pianeta è un sistema altamente complesso, l’invito che faccio al lettore è di approfondire dunque gli aspetti specifici di questa teoria nel testo di riferimento principale utilizzato per presentargliela: “L’aratro, la peste, il petrolio - L’impatto umano sul clima” di William F. Ruddiman.

^[4] Si tenga presente che secondo le stime attuali, l'aumento della popolazione è raddoppiata circa ogni 1000-1500 anni, da 5000 a questa parte. È solo con l'avvento della rivoluzione industriale che la crescita demografica prende ritmi mai visti. Si è stimato il raggiungimento di circa mezzo miliardo di esemplari della specie umana verso la fine 1500, mentre a inizio 1800 era 1 miliardo: oggi circa 8 miliardi in più rispetto a inizio 1500. La stima, su base archeologica, proiettata a 5000 anni fa ammonta a circa 40 milioni.

^[5] Curiosità: nello Xinjiang di quasi 4000 anni fa, nell’attuale Cina, si estraeva e si faceva uso domestico del carbone fossile.

^[6] Si veda la Nota #1.

FONTI

Willian F. Ruddiman, Jonathan S. Thomson, “The case for human causes of increased atmospheric CH4 over the last 5000 years”, Quaternary Science Reviews, vol. 20, Issue 18, December 2001, pp. 1769-1777, 2001

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

Alice Fornasiero, Rod A. Wing, Pamela Ronald, “Rice domestication”, Current Biology, vol. 32, 1º gennaio 2022, pp. R20–R24

Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale RAPPORTI 374/2022 Il metano nell’inventario nazionale delle emissioni di gas serra. L’Italia e il Global Methane Pledge, 2022

NASA, “Atmospheric Methane Concentrations”, ONLINE https://climate.nasa.gov/vital-signs/methane?intent=121

IMEO, “Methane Data”, ONLINE, https://methanedata.unep.org/plumemap

by Fabio Talloru

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

Come abbiamo accennato in un precedente post[1],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 [2], 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 [3], 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 [4].

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 [5].

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.

NOTE

[1] Il post è “Stiamo ritardando la prossima glaciazione? Si.” e ne consigliamo la lettura in quanto propedeutico alla comprensione di questo presente.

[2] Questa teoria nacque dall’obiettivo primario di comprendere perché nella zona desertica del Sahel vi siano testimonianze di una precedente esistenza di fiumi e vegetazione.

[3]Vedi nota #1

[4] Fatta ovviamente esclusione per le emissioni straordinarie di metano dovute alle naturali attività vulcaniche, riconoscibili perché corrispondono ad aumenti di proporzione in un lasso brevissimo di tempo.

[5] Il lettore sarà  agevolato nella comprensione di questo fenomeno di desertificazione progressiva se riporterà  la sua mente agli studi scolastici sulle popolazioni della “Mezzaluna Fertile”, nonché ai monumenti e alle città  ritrovate, ora in pieno deserto.

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