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lunedì 28 maggio 2012

Global Warming? Si, grazie! (Parte seconda)

Che l'argomento Global Warming susciti grande interessa ormai è cosa chiara.
Nel post precedente ho parlato brevemente della storia delle temperature medei superficiali della Terra e della C02 nel corso della storia del nostro pianeta, immaginando che il post avrebbe avuto abbastanza lettori, visto l'argomento.
Quello che non mi aspettavo (Grazie!) era che il post venisse letto 250 volte (con 31 commenti) in una sola settimana!
Eh, il potere dei temi d'attualità.

Come abbiamo visto la volta scorsa, la concentrazione della C02 in atmosfera provoca inevitabilmente variazioni climatiche. L'aumento di temperature che stiamo sentendo sulla nostra pelle oggi infatti anche è il frutto di un aumento (antropico e non) della concentrazione di anidride carbonica. Tuttavia, ho portato alcuni dati che mostrano come la quantità di C02 attuale sia piuttosto bassa rispetto ai valori medi della Terra nel corso delle varie ere geologiche.
Ci sono stati periodi in cui la pC02 era più alta e periodi in cui la pCO2 era molto più alta di oggi. Pochi periodi in cui la CO2 era a livelli uguali o inferiori ad oggi.
In questa seconda parte della mini serie di Paleostories dedicata ai cambiamenti climatici terrestri, parlerò di cosa succederebbe, secondo un preciso modello, in caso di ampie variazioni di C02, sia verso il basso che verso l'alto.
In particolare, cosa succederebbe se si aumentasse di 2 o più volte (fino a 8x) la concentrazione di C02 rispetto all'attuale? E se invece si sottraesse anidride carbonica tale da averne la metà rispetto ad ora?

Nel 1985 Manabe e Bryan proposero un modello (per quanto ne so io ancora valido, ma attendo eventuali vostri chiarimenti) che indagasse appunto sulle conseguenze, per vari parametri terrestri, di estreme variazioni della concentrazione di C02.
In particolare, lo scopo era esaminare l'interazione tra atmosfera e oceani per studiare l'evoluzione dei principali parametri zonali (ad esempio come cambia la circolazione oceanica, le temperature superficiali terrestri alle varie latitudini, l'estensione dei ghiacci, etc..) al variare della pCO2.

In base al loro modello, Manabe e Bryan (1985) calcolarono come aumenti o diminuzioni di C02 cambierebbero i)la temperatura atmosferica ii) la temperatura della superficie oceanica iii) presenza di acqua allo stato ghiacciato iv) il ciclo idrogeologico v) circolazione termoalina profonda.
Cercherò di riassumere brevemente, punto per punto, i risultati del loro studio.
Le conclusioni saranno sorprendenti.


i) secondo Manabe e Bryan (1985), un aumento della concentrazione di anidride carbonica porterebbe inevitabilmente ad un aumento della temperatura atmosfera. Tuttavia, questo aumento non sarebbe uguale in tutte le zone della Terra, ma con una variazione maggiore alle basse latitudini rispetto alle alte latitudini. Per intenderci, una PCO2 doppia rispetto a quella di oggi (2x) porterebbe le temperature dell'equatore ad un aumento di circa 4 - 5 gradi, mentre ai poli di circa 10 gradi (oggi la temperatura media è - 10 C°, diventerebbe 0 C°), con un aumento sempre maggiore mano a mano che ci si sposta dall'equatore ai poli. In pratica, la temperatura atmosferica non si alzerebbe ovunque con la stessa variazione, ma il gradiente latitudinale, che oggi provoca differenze sostanziali tra il clima all'equatore e quello ai poli, si appiattirebbe. Il modello mostra come fino a circa 60° di latitudine (ossia dall'equatore fino all'attuale Canada a nord, fino a sotto la Patagonia a sud), le temperature si alzerebbero con variazioni minime, di circa 5-6 C°. E questo per aumenti da 2 fino a 8 volte la concentrazione attuale della CO2 atmosfera (ovviamente con valori un po di diversi da 2x a 8x). In sostanza, da 1x a 8x la pC02 attuale, il funzionamento dell'atmosfera terrestre rimane uguale.

Per livelli di pC02 della metà (e di solo la metà) minori di quelli attuali, lo scenario sarebbe totalmente diverso. Anche qui, ovviamente la temeperatura varierebbe in maniera diversa a seconda delle latitudini, con una dimuzione minore all'equatore e una maggiore ai poli. Tuttavia, secondo questo studio, le variazioni per pCO2 x1/2 porterebbero a una diminuzione della temperatura atmosfera dei poli dai - 10 C° attuali a oltre - 30 C°, con uno zero termico raggiunto solo al di sotto dei 35 gradi° circa di latitudine. Insomma, in Spagna, in Sicilia, in Giappone si avrebbero temperature medie atmosferiche di zero gradi se la pC02 attuali diminuisse della metà!
In entrambi i casi (aumento o diminuzione delle temperature atmosferiche medie) si avrebbe sicuramente un cambiamento della biosfera, ma, come potete immaginare, probabilmente la vita preferisce avere zero termico solo ai poli piuttosto che per 110 gradi latitudinali su 180...

ii) l'aumento della temperatura atmosferica provoca cambiamenti anche delle temperature superficiali oceaniche. La temperatura dell'acqua degli oceani non solo influisce sulla vita degli organismi, ma anche determina fondamentali processi di circolazione e di distribuzione di risorse e temperature attraverso le correnti.
Manabe e Brayan (1985) teorizzano che per aumenti di pC02 da 1x a 8x, avverrebbe più o meno la stessa cosa osservata per l'atmosfera, con un appiattimento del gradiente termico latitudinale e acque molto più calde (rispetto a quelle di oggi) ai poli ma via via sempre più simili a quelle attuali avvicinandosi all'equatore.
Invece, per un'atmosfera con metà pC02 rispetto a quella odierna (pC02 X1/2), le temperature del pianeta diminuirebbe così drasticamente che avremmo una temperatura inferiore agli 0C° da 40 gradi in su. L'acqua ghiaccia sotto i 2C° tale per cui un ingente parte delle acqua oceaniche (e continentali), da Milano ai Poli, per esempio, sarebbe ghiacciata (almeno in superficie), con conseguenze catastrofiche sulla vita ma anche sui cicli geochimici terrestri.

iii) Chi conosce la storia della Terra sa che oggi ci troviamo in un periodo anormale, con ghiacci estesi oltre 65 (circa) gradi Nord e in gran parte dell'Antartide. La presenza di poli ghiacciati è una caratteristica ANOMALA, che si è verificata solo pochissime volte dalla formazione della Terra (e spessissimo con conseguenze problematiche per la biosfera), mentre per quasi tutta la sua vita, il nostro pianeta ha sempre visto poli senza ghiaccio.
I nostri attuali livelli di C02 (circa 380 parti per milione) permettono di avere ghiaccio ai poli, che si forma rapidamente una volta sotto i 675 ppm di CO2 (Muttoni, commento personale). Per livelli molto bassi di CO2 però, si andrebbe incontro ad un aumento della copertutra di ghiacci piuttosto pericolosa. Per livelli di CO2 dimezzati rispetto a quelli attuali, sempre secondo il modello di Manabe & Bryan (1985), la formazione di ghiaccio perenne comincerebbe a latitudini inferiori ai 40C° gradi, con oltre 5 metri di spessore di coperutra ghiacciata a partire da 60C° di latitudine, in su.
Per aumenti di pC02, con tale quantità superiore a 675 (circa) ppm, si avrebbe invece scongelamento dei ghiaccia, in una condizione che la Terra ha già visto più e più volte (con questo NON voglio dire che è giusto così o che dobbiamo fare di tutto per sciogliere il ghiaccio. Ovviamente anche questo porterebbe a un danno di certa parte della vita, anche se con benefici di altri)

iv) Si dice che il riscaldamento globale fa piovere di meno, si dice che il riscaldamento globale fa piovere di più. Qual'è la verità? Bo, sinceramente non sono così esperto in climatologia attuale da potervi dare la soluzione, forse nessuno può davvero, possiamo solo fare modelli.
Il modello di Manabe e Bryan prevede per un aumento da 1 a 8 volte la pC02 attuale, un aumento sia delle precipitazioni che dell' evaporazione, ovviamente in dipendenza con la latitudine. In poche parole, dove a un aumento di precipitazione seguirebbe un aumento di evaporazione, tale che il ciclo idrogeologico risulterebbe più accellerato ma in equilibro.
Ciò lo si può capire anche dallo studio delle evaporiti, rocce che oggi si formano in ambienti aridi. Studiando le evaporiti del passato, certificandone la latitudine di formazione attraverso studi paleomagnetici, si riesce a dimostrare che le latitudini a cui si sono formate sono le stesse in cui si formano quelle di oggi, a dire che il clima zonale nel passato era più o meno uguale.
Invece, per diminuzione di pC02 pari a 1/2, ci sarebbe un diverso rapporto zonale tra evaporazione e precipitazioni, tale che la curva del loro rapporto non seguirebbe più l'andamento per pC02 x1.
Si andrebbe incontro ad un drastico cambiamento del ciclo idrogeologico e del clima zonale attuale (ossia, non è detto che dove ora c'è il deserto ci sarà ancora, mentre per aumenti di pC02 dovrebbe mantenersi più o meno lo stesso ambbiente).
v) Infine, cosa succederebbe alla circolazione termoalina marina, uno dei grandi motori della terra e dei grandi ssitemi di controllo geochimico e fisico del pianeta?
Secondo il modello di Manabe e Bryan (1985), per incrementi di CO2 e di temperatura, l'overturnig oceanica, il movimento delle correnti, l'upwelling, la circolazione dei nutrienti, etc, rimarrebbero più o meno stabili, se non con una lieve accellerazione.
Per livelli bassi di CO2, invece, si avrebbe un drastico crollo della circolazione oceanica, che, anche a causa dell'enorme quantità di mare ghaicciato, avrebbe meno acqua e meno spazio per funzionare.


Per concludere, il modello di Manabe e Bryan, attraverso complicate sperimentazioni (leggere l'articolo, scaricabile da qui, per saperne di più) ha prodotto un modello che illustra chiaramente come un aumento di CO2 produca effetti molto meno devastanti che una sua (anche non troppo drastica) diminuzione.
Come ho avuto modo di dire anche nel post precdente, la storia della Terra è stata per larga parte caratterizzata da un clima caldo, con livelli di C02 ben più alti di quelli attuali.
Episodi di glaciazione, spesso dovuti ad abbassamenti repentini di C02, hanno portato invece seri problemi alla vita.
Tra questi episodi, uno sarò l'argomento del prossimo post.
Ci occuperemo dell'estinzione avvenuta alla fine dell'Ordoviciano (con cui chiuderò per un pò i nostri discorsi relativi ai vertebrati ordoviciani), una delle più grandi nella storia del nostro pianeta, con più del 60 % degli organismi viventi scomparsi.

A quanto pare, la vita non ama troppo il freddo.
Prepariamoci dunque, perchè nel prossimo post ci ritroveremo al freddo e al gelo...e vi assicuro che non sarà divertente.

A presto,
su Paleostories.

P.S. Scusate le immagini, un pò storte, ma derivano da una scan di Manabe e Bryan 1985.

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Bibliografia: 

- Manabe S. & Brian K, 1985
C0,-Induced Change in a Coupled Qcean-Atmosphere Model and Its Paleoclimatic Implications. Journal of Geophysical research, 90 (6): 11689 - 11707
- (Non citato): appunti del corso di "Evoluzione Geologica di un Pianeta Abitale", prof. Giovanni Muttoni, Università degli studi di Milano, Corso di Laurea Magistrale in Scienze della Natura.

5 commenti:

Giuliano Persali ha detto...

Eh bravi Manabe e Bryan!
Mi è piaciuto il post, molto interessanti questo studio e questo modello.
Vorrei un chiarimento su questa frase: "In sostanza, da 1x a 8x la pC02 attuale, il funzionamento dell'atmosfera terrestre rimane uguale"
Significa che celle di Hadley, correnti a getto e compagnia in sostanza non cambiano di molto per questi aumenti di CO2?! Gli autori approfondiscono su questo aspetto?

MarcoCasti ha detto...

Il modello è sperimentale, quindi basato su evidenze ben precise e riprodotte. Nell'articolo dicono che, siccome il gradiente termico, ossia la differenza di temperatura zonale nella varie fasce latitudinali, rimane più o meno invariato (si assottiglia, ma c'è), l'atmosfera funziona uguale. Come so che sai, le celle di Hadley e le correnti funzionano per differenze di temperatura, quindi, se queste differenze rimangono, rimane anche il funzionamento regolare dell'atmosfera. Oviamente, con decelerazioni e accelerazioni più o meno significative.
Se noti, il gradiente rimane anche per bassa pC02, ma qui il problema è un altro, che essendo talmente basse le temperature si ghiacciano parte degli oceani e creano scompensi nelle circolazioni. Quindi, non è il gradiente il problema, qui, ma la formazione di ghiaccio, che crea anche un feedback positivo molto forte (+ ghiaccio, + albedo,- assorbimento di onde dal sole, - si scalda la superficie, + freddo e così via).

Se non sono stato esaustivo o chiaro dimmelo pure

a presto

Marco

Giuliano Persali ha detto...

molto chiaro, grazie! :)

Anonimo ha detto...

ok, uguale per quanto riguarda il funzionamento dell'atmosfera, conseguenza diretta. ma cosa succede agli oceani? si acidificano, con tutto ciò che ne consegue.

MarcoCasti ha detto...

Si acidificano leggermente...l'acidificazione da 8, 25 a 8, 14 (mi pare) che vediamo oggi è il frutto di un processo avvenuto in 500 anni. Ma ciò che non si pensa mai e ai tanti sistemi che la Terra ha per riequilibrare i suoi parametri chimici.
Ad esempio, il lavoro del fitoplankton tende a rimuovere la CO2 disciolta nell'acqua. Se l'attività fotosintentica di questi animali è elevata, il sistema può riequilibrarsi da solo. POra che mi ci fai pensare, in un periodo di forte concentrazione di CO2 atmosferica, come l'ordoviciano, si assiste ad un vero e proprio boom di organismi fitoplanktonici (andrò a vedere), le due cose possono essere legate.
Insomma, non pensiamo che ciò che accade oggi in 500 anni poi a lungo termine non posso non essere riequilibrato (che poi, da 8,25 a 8, 14 non è tutta sta differenza, visto comunque i range che molti animali possono sopportare)...

Se tu mi dici che l'aumento diCO2 acidifica i mari "con tutte le conseguenze che ne conseguono", ti rispondo dicendo che livelli di 2x di C02, se non di più, erano presenti nell'Ordoviciano, quando abbiamo il più grande evento di biodiversificazione marina. Nel Cretaceo era più alta di quella odierna, e c'erano ittiosauri, plesiosauri, pesci ossei lunghi più di 8 metri, etc... mica male come conseguenze ;-)

Grazie comunque per il commento.
E' un argomento che non avevo toccato e che hai fatto bene a sottolineare.
Poi, ripeto, non sono un paleoclimatolo esperto, dovresti chiederlo a loro. Io mi limito a dire quello che so.

Grazie ancora

Marco