INTRODUZIONE
Le rilevazioni di superficie indicano che e` in atto un riscaldamento globale (RG) del nostro pianeta. Nel secolo scorso, come illustrato in Fig.1, la temperatura media e` aumentata di circa 0,7°C. Una conferma del RG e dei conseguenti cambiamenti climatici e` data dall’innalzamento del livello del mare, dai profili di temperatura di fori di trivellazione in luoghi remoti, dal ritiro dei ghiacciai, dal progressivo anticipo nello scioglimento del ghiaccio di fiumi e laghi [1].
I cambiamenti climatici possono essere causati, direttamente o indirettamente (per retroazione o feedback), da fenomeni: a) cosmici o astronomici, come variazioni della attivita` solare, dell’orbita, e della direzione dell’asse terrestre; b) atmosferici, come variazioni dell’effetto serra di gas, nuvole, e aerosol; c) tettonici, come la deriva dei continenti, variazioni del fondo dei mari, e conseguenti cambiamenti delle correnti oceaniche.
Analizzeremo dapprima il clima del passato che fornisce utili informazioni sui fattori che lo determinano e sulla variabilita` naturale. Delle cause cosmiche descriveremo l’effetto dell’irraggiamento solare congiunto a quello indotto delle variazioni di flusso dei raggi cosmici e della nuvolosita`. Dei fenomeni atmosferici che influiscono sul clima saranno presi in esame l’effetto serra e la teoria del RG antropogenico. Infine verranno brevemente discussi gli effetti dei cambiamenti climatici e le misure per la riduzione dei gas serra.
IL CLIMA DEL PASSATO
Dall’analisi della carota di ghiaccio di Vostok, Antartide, e` stato determinato l’andamento della temperatura T e della concentrazione di CO2 dell’atmosfera negli ultimi 420.000 anni [2]. Come illustrato in Fig.2, abbiamo avuto un susseguirsi, ogni 100.000 anni circa, di ere glaciali lunghe e fredde intercalate da ere interglaciali corte (10-20.000 anni) e calde. Durante l’ultima glaciazione la temperatura era circa 8°C più bassa di oggi. 18.000 anni fa, la terra ha iniziato a scaldarsi: i ghiacci hanno smesso di avanzare, il livello del mare ha cessato di calare e si è alzato di 100 metri [3], si è formato lo stretto di Bering, le foreste hanno preso il posto del ghiaccio, alcune zone verdi sono diventate desertiche. Tutto questo è avvenuto per cause naturali, indipendenti dalle attività umane. Adesso ci troviamo in un’era interglaciale calda da 11000 anni. In un futuro più o meno lontano dobbiamo attenderci il ritorno al grande freddo.
I ghiacci dell’Antartide mostrano che la temperatura T e la CO2 hanno avuto nel tempo un andamento altalenante, con massimi e minimi, e sono strettamente correlate. Ma la cosa più interessante è che ogni aumento/diminuzione di T precede, e non segue, quello della CO2 di un lasso di tempo di 600±400 anni,[2] cioe` nel passato un aumento di temperatura ha causato un aumento di CO2 e non il contrario.[4]
Le remote evoluzioni del clima suggeriscono quindi che un incremento di CO2 non determina necessariamente un aumento di T. Anche i rilevamenti di temperatura del secolo scorso, sembrano confermare ciò. Come mostra la Fig.1, circa la metà del recente RG di 0,7°C è avvenuto prima del 1940 e non può essere attribuito alle emissioni di CO2 poiché gran parte della CO2 è stata emessa dopo il 1940. Tra il 1940 ed il 1970 la temperatura è diminuita di 0,2°C, mentre la CO2 aumentava fortemente. Anche tra il 1880 e il 1910 si e` avuto un calo di 0,3°C della temperatura accompagnato da un aumento di CO2. Il ritiro dei ghiacciai e’ iniziato attorno al 1820, assai prima del forte incremento (1940) nell’uso di idrocarburi [5]. Se valesse la connessione CO2-ΔT del passato, l’aumento di CO2 del 20° secolo (da 290 a 370ppm) avrebbe causato un incremento di T simile a quello di 8°C avutosi dall’ultima glaciazione ad oggi (Fig.2); cio` non si e` verificato (vedi Fig.1). Infine negli ultimi dieci anni, dal 1997 al 2006, il riscaldamento globale si e` arrestato nonostante la CO2 continuasse a crescere [6].
Le passate ere glaciali dimostrano che il clima può cambiare radicalmente nell’arco di decine di millenni. Ci sono tuttavia evidenze di forti variazioni climatiche anche più recenti e nell’arco di tempi più brevi. Di questi indicatori di T (proxy) ve ne sono parecchi ed ottenuti in modi diversi da: carote di ghiaccio, sedimenti di fondali marini, rocce, coralli, anelli degli alberi, pollini, documenti storici. Alcuni esempi sono i seguenti: circa 12.000 anni fa nei paesi scandinavi si è passati da clima caldo a clima freddo durante un millennio. Tra il 7500 ed il 4000 BP si è avuto il cosiddetto massimo olocenico, il periodo più caldo della specie umana. Successivamente tra il 1000 ed il 1350 abbiamo avuto l’Ottimo Climatico Medioevale con temperature superiori a quelle attuali di circa 1°C, seguito da una piccola glaciazione (1400-1800) [3,5]. Si è avuta cioè una successione rapida ed irregolare di periodi glaciali ed interglaciali, con aumenti di temperatura fino a 10°C nell’arco di un millennio. Recentemente è stato scoperto che in Groenlandia si sono verificate drammatiche diminuzioni di temperatura in pochi secoli ed aumenti anche di 7°C nell’arco di alcuni decenni o di pochi anni.[7].
Fonte: Wikipedia 2008: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Co2-temperature-plot.svg
Riassumendo, il rapido cambiamento climatico a cui stiamo assistendo non ha niente di eccezionale, perché fenomeni simili ed anche di entità maggiore sono già avvenuti in passato. Le attuali temperature probabilmente rientrano nella naturale variabilità sia come valore che come rapidità di cambiamento.
IL SOLE E IL CLIMA
La periodicità dei dati paleoclimatici suggerisce che le remote evoluzioni del clima sono da attribuirsi a cause astronomiche. Ne e` una prova la correlazione tra insolazione e temperatura (Fig.2). E’ da escludere senza ombra di dubbio l’influenza umana sulle forti variazioni di CO2 e T del passato, quando la popolazione era molto meno numerosa di adesso e l’industrializzazione inesistente. E` ragionevole supporre che anche l’attuale riscaldamento, come quelli del passato, sia da attribuirsi prevalentemente a cause astronomiche. Analogamente gli aumenti di temperatura riscontrati recentemente in alcuni pianeti del sistema solare sono attribuibili a cause cosmiche.
E’ noto che l’attivita` solare o numero delle macchie (sunspot) e` correlata ai cambiamenti climatici, sia recenti che passati (Figs.1 e 3). Ad esempio nella Fig.3 sono riportati la temperatura degli Stati Uniti e l’irraggiamento solare nel periodo 1880-2000. Le piccole variazioni di irraggiamento (3W/m2 corrispondenti a 0.2%) sono insufficienti per spiegare variazioni di temperatura maggiori di 0.16°C. Probabilmente entra in gioco qualche effetto amplificatore della attivita` solare [8,9]. Uno di questi potrebbe essere l’assorbimento della radiazione UV nella stratosfera. Un aumento della radiazione non termica emessa dal sole produce notevoli cambiamenti nella stratosfera e, attraverso un meccanismo di circolazione dell’aria umida, un aumento dell’irraggiamento sulla superficie del globo.
Un altro fenomeno, probabilmente il piu` importante, contribuisce ad amplificare l’attivita` solare. Come mostrato nello schema di Fig.4, variazioni della attivita` e del vento solare, modulando i raggi cosmici, producono variazioni della ionizzazione della troposfera che induce la formazione di nuvole. In altre parole, un aumento del vento solare, riducendo il flusso di raggi cosmici (CRF), riduce le formazioni nuvolose producendo un riscaldamento tanto maggiore quanto maggiore e` l’attivita` solare.
La correlazione tra raggi cosmici e copertura nuvolosa e` stata rilevata recentemente da dati satellitari [8,10]. E’ stato osservato che nel periodo 1984-1991 una diminuzione dell’attività solare ha causato, tra il 60° parallelo S ed il 60° N, un aumento del CRF con conseguente aumento del 3-4% della nuvolosità [10b]. E` difficile fare previsioni sulla attivita` solare. Il prossimo periodo di attivita` solare ridotta potrebbe iniziare attorno al 2020.
In sintesi, il sole agisce sul clima sia in modo diretto (irraggiamento→ΔT), sia in modo indiretto attraverso i raggi cosmici e la nuvolosità (vedi Fig 4). E` questo un modo per spiegare il riscaldamento globale, tutto o in parte, senza ricorrere all’effetto serra della CO2. Shaviv stima che l’aumento di luminosità` solare e la corrispondente diminuzione del flusso di raggi cosmici del 20° secolo hanno provocato un riscaldamento di 0,37±0,13°C, equivalente a 2/3 del riscaldamento osservato. [9]
L’EFFETTO SERRA
Il nostro pianeta riceve dal sole una enorme quantità di radiazioni, bilanciate da una uguale quantità di radiazioni riemesse nello spazio. L’atmosfera assorbe buona parte della radiazione infrarossa emessa dalla superficie. Così si scalda e scalda la superficie. E’ questa una descrizione ultrasemplificata dell’effetto serra. Una rappresentazione piu` realistica, impiegata nei modelli a circolazione (GCM), suppone che il calore e` trasportato dalla superficie nella troposfera da movimenti di gas (convezione), che emettono radiazioni termiche da una quota attorno ai 10Km [6]. Senza atmosfera non si avrebbe effetto serra e la temperatura del pianeta sarebbe più fredda di circa 33°C. Non tutti i gas che costituiscono l’atmosfera producono effetto serra, come ad esempio i principali componenti dell’aria, ossigeno (21%) e azoto (78%), trasparenti all’infrarosso. Tra i gas serra, di gran lunga il più importante è l’acqua che ha una concentrazione (≈2%, stima degli autori) molto maggiore della CO2 (0,038%), CH4, N2O, e altri (0,0003%).
Un raddoppio della CO2 , che probabilmente non si avrebbe nemmeno dopo aver bruciato tutto il petrolio esistente, corrisponde ad un aumento complessivo dei gas serra inferiore al 2%.
Sull’effetto serra naturale vi è un sostanziale consenso. Sull’effetto serra antropogenico invece gli scienziati non sono d’accordo e si hanno stime molto diverse del riscaldamento futuro. I climatologi dell’IPCC [10a] prevedono per il 2100 un aumento di temperatura compreso tra 1,8 e 4°C a seconda degli scenari ipotizzati (vedi Fig.5). Ogni scenario corrisponde ad una ipotizzata concentrazione di gas serra, e il ΔT previsto e` pressoché proporzionale all’incremento di CO2. Gli scenari A1T e B2, corrispondenti ad un raddoppio della CO2, prevedono un ΔT di 2,4±1°C. Lindzen [6] sostiene che la sensibilità` climatica (ΔT corrispondente ad un raddoppio di CO2) e` circa 1°C; con modelli GCM stima un riscaldamento ai tropici (20S-20N) di 0,4°C/secolo, e ritiene che solo 1/3 dell’attuale RG sia dovuto all’aumento dell’effetto serra. Khilyuk e Chilingar [4], con un modello adiabatico che tiene conto del trasferimento di calore per convezione, calcolano che un raddoppio della CO2 provocherà un aumento di temperatura di appena 0,01°C. Hieb[3] ritiene che solamente lo 0,28% dell’effetto serra è dovuto a emissioni antropiche. Altri[11] per estrapolazione grafica ottengono un ΔT di 1,3°C. Assumendo che H2O(≈2%) e CO2(0,038%) contribuiscano all’effetto serra in misura proporzionale alla loro concentrazione, si puo` stimare grossolanamente che il 98% dell’effetto serra sia naturale e solo il 2% antropogenico, cioe`, con la CO2 raddoppiata, si ottiene un ΔT di 0,7°C (33x0,02) trascurando l’effetto feedback del vapor d’acqua. Analogamente, assumendo che 1/3 del recente riscaldamento di 0,7°C sia imputabile all’aumento (36%) di CO2, con una semplice proporzione si ottiene che un raddoppio di CO2 produce un ΔT di 0,7°C.
LA TEORIA DEL RG ANTROPOGENICO
Secondo l’ultimo rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) dell’ ONU è in atto un continuo incremento nell’atmosfera della concentrazione di CO2 (vedi Fig.1) ed altri gas serra minori. L’incremento di 100 ppm della CO2 (da 280 ppm dell’epoca preindustriale a 380 ppm, il livello più alto degli ultimi 650.000 anni) e la velocità di crescita (1,9 ppm/anno) più elevata rispetto al passato, secondo l’IPCC sono causati dall’attività umana, produrranno un crescente effetto serra e quindi un RG senza precedenti ed effetti catastrofici sul clima [10]. Addirittura si ipotizza l’estinzione della maggioranza (≈60%) di specie viventi [1].
Per prevedere la temperatura ed il clima del pianeta vengono comunemente usati dei modelli matematici più o meno complessi. I climatologi dell’IPCC osservano che i modelli riproducono l’attuale riscaldamento globale solo a patto che siano incluse le emissioni antropogeniche dei gas serra e pertanto ritengono che vi sia una ben distinguibile influenza umana sui cambiamenti climatici [10]. Nell’ultimo rapporto si afferma che il riscaldamento sia prevalentemente (92,5%) antropogenico, con una probabilita` del 95% (extremely likely).[10a]
Questa opinione non è unanimemente condivisa per diverse ragioni. 1) I modelli assumono che l’attuale concentrazione di CO2 antropogenica in atmosfera sia il 26% con tempo di vita media t1/2 di 30 anni, e che una parte (21,7%) di questa rimanga nell’atmosfera per millenni [10a]. Segalstad [12] invece, da misure di delta 13C ottiene una concentrazione di CO2 antropogenica in atmosfera del 4% con una permanenza di 5,4 anni. Se cio` corrisponde alla realta`, cadono le basi dei modelli e delle proiezioni IPCC. 2) I modelli non potranno mai prevedere il clima futuro, finche` non sapranno predire l’attivita` del sole e dei vulcani. 3) C’è una forte incertezza nel valutare il radiative forcing degli aerosol e dei vulcani (elevato e negativo) [10]. 4) E’ difficile valutare l’effetto delle nuvole sul clima poiche` sono scarse le conoscenze sulla fisica delle nuvole [10]. 5) Tutti i modelli sovrastimano il RG poiche` tengono conto solo delle amplificazioni (feedback) positive e trascurano quelle negative [6]. 6) I modelli GMC prevedono un riscaldamento della troposfera ai tropici 2-3 volte maggiore del ΔT/decade alla superficie, ma cio` non e` osservato dalle misure satellitari [6,13]; questo fatto da solo sarebbe sufficiente a considerare inattendibili le stime di RG dell’IPCC. 7) Tutti i modelli prevedono che un incremento di CO2 e` accompagnato da riscaldamento, mentre ciò, come abbiamo visto, non accade sempre; fermo restando che i gas serra producono riscaldamento, l’evidenza dei fatti (vedi Sezione Il Clima del Passato) indica che il ruolo della CO2 non e` dominante: probabilmente qualche componente del radiative forcing o qualche fattore che determina il clima (p.e. il sole) è sottostimato o ignorato.
CONSEGUENZE DEL RISCALDAMENTO
Da uno studio [11] delle principali conseguenze di un aumento della temperatura risulta che: 1) La ricchezza prodotta nel 2100 sarebbe dell’1-2% inferiore a quella che si avrebbe senza riscaldamento. 2) Il livello dei mari alla fine del secolo si alzerà nel peggiore degli scenari di 0,59m [10], una evenienza che anche i paesi più poveri saprebbero fronteggiare. 3) La frequenza dei fenomeni meteorologici estremi non dovrebbe aumentare. Le tempeste infatti sono originate dalla differenza di temperatura tra i poli ed i tropici, che diminuisce con il riscaldamento del pianeta. 4) Ci sarà un incremento della mortalità per caldo anomalo. E’ noto tuttavia che il freddo estremo favorisce i decessi più del caldo estremo. Dato che il riscaldamento globale determinerà maggiori aumenti di T nelle stagioni fredde, esso complessivamente potrebbe determinare un beneficio. 5) Danni all’agricoltura dei paesi poveri si avrebbero solo in presenza di un rapido ed irrealistico aumento della temperatura maggiore di 4°C. Un modesto RG di 1-2°C produrrebbe benefici all’agricoltura, specialmente se accompagnato da un incremento di CO2 , che e` cibo per le piante ed agisce come fertilizzante. In sintesi, un riscaldamento del pianeta produrrà, nel complesso, più effetti positivi che negativi.[11]
MISURE PER LA RIDUZIONE DEI GAS SERRA
Il protocollo di Kyoto (PdK) impone ai paesi industrializzati, non a quelli in via di sviluppo, di ridurre entro il 2012 le emissioni di gas serra nella misura del 5% rispetto a quelle del 1990. E’ questo un provvedimento per prevenire pericolose interferenze umane sul clima, preso in base al principio di precauzione,[7] in assenza di una completa conoscenza del problema. E’ stato stimato che il contenimento delle emissioni provocherebbe da qui al 2100 una riduzione della temperatura di 0,15°C, cioè il temuto riscaldamento sarebbe 0,15°C più basso. I benefici derivanti dall’applicazione del PdK sarebbero quindi ben poca cosa: ad esempio il minor aumento del livello del mare sarebbe pari a 2,5 cm.[11]
Mentre i benefici sarebbero minimi, si avrebbero gravi danni per rendere operativo il PdK. Prima di tutto una minor crescita economica dei paesi obbligati a ridurre le emissioni (Stati Uniti, Europa, Giappone ed altri paesi industrializzati), con costi enormi: riduzione del PIL, disoccupazione,aumento del prezzo del gasolio, della benzina e dell’energia elettrica. La minor crescita economica dei paesi sviluppati avrebbe ripercussioni negative anche sui paesi poveri riducendo le loro esportazioni.[11]
Nel Luglio 2005 è stato annunciato dai media un accordo “oltre Kyoto” tra USA, Australia, Cina, Giappone, India, Corea del Sud, con l’obbiettivo di ridurre i gas serra attraverso l’impiego di nuove tecnologie pulite, ma senza sacrificare lo sviluppo economico, sfruttando il carbone pulito, l’idrogeno, il nucleare, l’energia idroelettrica, solare ed eolica. I sei paesi sottoscrittori rappresentano il 45% della popolazione mondiale ed il 48% del consumo di energia e di emissione di gas serra.
CONCLUSIONI
Il riscaldamento del pianeta è reale. Che esso sia di origine antropica è una teoria fondata sostanzialmente sui risultati di modelli numerici. Vista l’evoluzione del clima nel passato, l’attuale riscaldamento non ha niente di eccezionale e non è da attribuire all’uomo se non in parte, ma al sole. L’aumento di temperatura nel 2100 probabilmente non supererà 1°C, ad attivita` solare costante, e porterà più benefici che danni. Al contrario le misure del PdK volte a ridurre i danni avrebbero scarsa efficacia e gravi conseguenze economiche. Sono quindi da evitare normative troppo frettolose e costose per la riduzione delle emissioni di gas serra. Tuttavia, dato che i combustibili fossili sono destinati ad esaurirsi (specialmente il petrolio) e producono inquinamento, e` necessario ridurne i consumi utilizzando fonti di energia alternative, preferibilmente il nucleare.
RIFERIMENTI
[1] J.Hansen et al. 2006,Global temperature change, PNAS,103,14288-14293.
[2] J.R.Petit et al. 1999. Climate and atmospheric history of the past 420.000 years from the Vostok ice core, Antarctica, Nature, 399, 429-436.
[3] M.Hieb,2007.Global Worming: A Chilling Prospective http://www.geocraft.com/WVFossils/ice_ages.html
[4] L.F.Khilyuk, G.V.Chilingar, 2003, Global Warming: Are We Confusing Cause and Effect? Energy Sources, 25, 357-370.
[5] A.B.Robinson, N.E.Robinson, W.Soon, 2007, Environmental Effects of Increased Atmospheric Carbon Dioxide, J.Am. Physicians and Surgeons,12, 79-90 http://www.oism.org/pproject/s33p36.htm
[6] R.S.Lindzen, 2007, Taking Greenhouse Warming Seriously, Energy & Environment, 18, 935-948; Riscaldamento globale: trovare le risposte o dilazionare il problema? 21mo Secolo. Scienza e Tecnologia, n.4-2007.
[7] F.Battaglia, 2004. Il Principio di Precauzione: Precauzione o Rischio? In: I Costi della Non Scienza: il Principio di Precauzione, a cura di F.Battaglia e A.Rosati, Associazione Galileo 2001, 21mo Secolo. http://www.Galileo2001.it
[8] N.J.Shaviv, 2005. Cosmic Rays and Climate, PhisicaPlus, Issue N°5 http://physicaplus.org.il/zope/home/en/1105389911/1113511992_en/
[9] N.J.Shaviv, 2005. On climate response to changes in the cosmic ray flux and radiative budget, J.Geophys.Res.,Vol.110, A08105, DOI:10.1029/2004JA010866. http://arxiv.org/PS_cache/physics/pdf/0409/0409123v1.pdf
[10] a) IPCC 2007, Climate Change 2007, ThePhysical Science Basis; b) IPCC 2001, Climate Change 2001: The ScientificBasis, Cambridge University Press. http://www.ipcc.ch
[11] F.Ramella, 2004. Greenhouse Effect: Be Prudent, Look Before You Leap. Science & Environmental Policy Project. www.sepp.org/Archive/NewSEPP/Ramella%20English1.htm
[12] T.V.Segalstad,1997. The distribution of CO2 between atmosphere, hydrosphere, and lithosphere; minimal influence from anthropogenic CO2 on the global "Greenhouse Effect http://folk.uio.no/tomvs/esef/esef0.htm
[13] D.H.Douglass, J.R.Christy, B.D.Pearson, S.F.Singer, 2007. A comparison of tropical temperature trends with model predictions, Int. J. Climatol. DOI: 10.1002/joc.1651.
Luciano Lepori, Enrico Matteoli, Gian Carlo Bussolino, Andrea Spanedda
