Video Temperatura atmosferica e anidride carbonica
■ Quaternario (Quaternary) Il periodo finale dell’Era cenozoica, detta anche «Era dei mammiferi». È iniziato circa 2,6 milioni di anni fa ed è tutt’oggi in corso. ■ Paleoclimatologia (Paleoclimatology) Disciplina che studia le variazioni del clima durante la storia della Terra. Si avvale dell’apporto di numerose altre discipline in grado di fornire informazioni che divengono tanto più precise quanto più ci si avvicina ai tempi attuali. In particolare, la Paleoclimatologia dei tempi geologici fa ricorso principalmente all’ausilio delle Scienze della Terra (Geologia, Paleontologia, Geochimica, Geomorfologia), mentre alla Paleoclimatologia dei tempi preistorici e storici contribuiscono anche le Scienze biologiche e quelle umane (Zoogeografia, Paleobotanica, Palinologia, Dendrologia, Archeologia, Storia, Geografia antropica). ■ Isotopi (Isotopes) L’atomo di un elemento è formato da un nucleo, costituito da protoni e neutroni, attorno al quale ruotano gli elettroni. Ogni elemento è caratterizzato da un numero fisso di protoni (numero atomico), che è uguale al numero di elettroni, ma può avere un diverso numero di neutroni; per cui atomi di uno stesso elemento possono avere diverso numero di massa (pari alla somma di protoni e neutroni). Vengono detti isotopi gli atomi di un dato elemento che, pur avendo lo stesso numero di protoni, differiscono tra loro per il numero di neutroni.
–1000
A
0
+ 1000
B
+ 1500 Riscaldamento
–3000
d.C.
C
condizione
Lo studio congiunto dei movimenti della Terra, della storia geologica e della dinamica dell’atmosfera dimostra che il clima è mutevole nello spazio e nel tempo: come la crosta terrestre o l’insieme degli esseri viventi, esso è in continua evoluzione per varie cause, di cui alcune cosmiche, altre planetarie e altre ancora umane. In tempi passati il nostro pianeta è stato interessato da alterne e differenti condizioni climatiche, glaciali e interglaciali, che sono state messe in relazione con le variazioni dell’eccentricità dell’orbita terrestre intorno al Sole e della direzione e inclinazione dell’asse di rotazione (vedi Approfondimento: Moti millenari della Terra e cambiamenti climatici). In particolare, durante la prima parte del Quaternario si sono susseguite cinque grandi età glaciali, l’ultima delle quali, quella würmiana, durata circa 60 000 anni, si è conclusa intorno a 10 000 anni fa. A partire da questa data il clima della Terra, e in particolare quello del nostro emisfero, non è rimasto invariato, anche se è accertato che i cambiamenti climatici verificatisi dopo la glaciazione würmiana non hanno avuto l’ampiezza di quelli della prima parte del Quaternario.
5 ■1 I cambiamenti climatici nella preistoria Le oscillazioni del clima in epoca post-glaciale sono oggetto di studio della Paleoclimatologia dei tempi preistorici e storici. I mezzi di indagine utilizzati dai paleoclimatologi non sono gli stessi di cui dispongono gli studiosi del clima attuale: millenni fa non esistevano strumenti per misure meteorologiche e perciò, non disponendo di dati misurati, i paleoclimatologi debbono utilizzare gli indizi registrati dalla Natura. Ad esempio, i ghiacci della Groenlandia e del Continente Antartico sono giunti dalle grandi età glaciali quaternarie fino ai nostri giorni, e quindi racchiudono molte migliaia di anni di storia del clima. Le analisi di laboratorio eseguite su campioni di questo ghiaccio, prelevato in profondità, consentono di evidenziare la presenza di alcuni
isotopi di elementi chimici (in particolare, isotopi dell’idrogeno nelle molecole d’acqua del ghiaccio) che indicano quale possa essere stata la temperatura al momento della formazione di un determinato strato di ghiaccio. Un altro mezzo che la Natura ci offre per decifrare la storia del clima è racchiuso nelle profondità oceaniche. Difatti, sul fondo degli oceani è deposto un sedimento che include numerosi resti di minuscoli organismi, molti dei quali vivevano in prossimità della superficie dell’acqua, milioni o migliaia di anni fa; un attento studio delle specie di microrganismi presenti nel sedimento oceanico consente di risalire alle condizioni di salinità, profondità e temperatura dell’acqua di quel tempo. Contemporaneamente la posizione, più o meno superficiale, che questi resti fossili di microrganismi occupano nel sedimento permette di determinare approssimativamente il momento della loro deposizione. Basandosi su questi dati è possibile ricostruire l’andamento della temperatura degli oceani nell’arco di migliaia di anni. Mediante la Paleoclimatologia, è stato appurato che dalla preistoria ai tempi attuali si sono alternati momenti più caldi e altri più freddi, condizioni di clima più umido e altre di clima più arido. Concentrando l’attenzione sugli eventi principali, possiamo quindi percorrere la «breve storia climatica» più vicina ai giorni nostri e renderci conto delle varietà dei metodi impiegati per ricostruirla. Lo studio di alcuni depositi lacustri e delle morene della Svezia e della Finlandia ha permesso di stabilire che la fase di ritiro delle estese calotte glaciali che caratterizzarono la glaciazione würmiana ebbe termine nell’8300 a.C., cioè circa 10 000 anni fa. Questa data, la quale corrisponde alla scomparsa definitiva della grande calotta continentale che ricopriva l’Europa, segna convenzionalmente il termine della glaciazione würmiana e l’inizio del «tempo post-glaciale». Il passaggio tra l’ultima età glaciale e l’intervallo più caldo successivo all’anno 8300 a.C. non fu brusco, ma molto graduale, caratterizzato da un costante aumento delle temperature medie annue, che portò all’instaurarsi di condizioni climatiche
a 5000 anni fa
b
attuale
c
d 1000
Raffreddamento
Video Variazioni climatiche del recente passato
I cambiamenti del clima dalla preistoria ai tempi attuali
a.C.
e oggi
Figura 33 C13_F33 Dopo le grandi glaciazioni quaternarie, il clima della Terra non è rimasto immutato. Questo grafico evidenzia le principali variazioni termiche che si sono verificate dalla preistoria ai tempi attuali. I rami ascendenti della curva indicano la tendenza verso il riscaldamento, quelli discendenti la tendenza verso il raffreddamento. Le principali fasi calde verificatesi sono le seguenti: A) l’Optimum Climatico Post-Glaciale, protrattosi dall’8300 a.C. fino al 2000-1500 a.C.; B) la fase calda iniziata nel 1300 a.C. e protrattasi per vari secoli; C) l’intervallo caldo dell’età medievale. A queste fasi calde si sono avvicendate alcune fasi fredde, tra le quali le principali si sono verificate: a) tra il 1400 e il 1300 a.C.; b) intorno al 900 e intorno al 300 a.C.; c) tra il 400 e l’800 d.C, d) tra il 1200 e il 1350 d.C.; e) tra il 1590 e il 1850 (Piccola Età Glaciale). La scala dei tempi è logaritmica, per evidenziare meglio le variazioni più recenti.
prossime alle attuali nell’Europa, in Asia e nell’America Settentrionale. Questo intervallo di clima più caldo, detto dagli studiosi Optimum Climatico Post-Glaciale, si protrasse con ogni probabilità fino al 2000-1500 a.C. [ Figura 33 ]. Le variate condizioni termiche (nel nostro emisfero la temperatura media annua doveva essere circa 2,5-3 °C più alta di quella attuale) produssero una progressiva fusione dei ghiacciai, con un sensibile innalzamento del livello del mare e l’invasione di ampie zone costiere da parte delle acque marine. Lo studio dei fossili vegetali, ed in particolare dei pollini, ha consentito di delineare le modificazioni intervenute nella distribuzione della vegetazione. I limiti delle foreste di latifoglie e di conifere si spostarono verso latitudini maggiori, mentre la tundra scomparve; in tutta l’Europa centro-settentrionale si crearono le condizioni termiche idonee alla diffusione delle foreste, tanto più che si registrò anche un aumento delle precipitazioni.
5■2 I cambiamenti climatici fino al Medioevo Dopo la fase dell’Optimum Climatico Post-Glaciale, intorno al 2000-1500 a.C. ebbe inizio una seconda fase caratterizzata da una serie di oscillazioni climatiche in senso caldo e in senso freddo che
si susseguirono fino alla fine dell’età romana (circa 400 d.C.). Una prima oscillazione tra il 1400 e il 1300 a.C. fu caratterizzata da tendenza al raffreddamento e dalla conseguente espansione dei ghiacciai nelle aree dell’Europa centro-settentrionale, mentre nelle regioni del Mediterraneo si registrò un aumento delle precipitazioni. Intorno al 1300 a.C. si manifestò una nuova tendenza verso un clima più caldo, caratterizzato dal ritiro dei ghiacciai e da una forte diminuzione delle precipitazioni, che determinò nelle regioni mediterranee condizioni di clima arido, sfavorevoli alla vita. Seguì quindi, a partire dal 900 a.C., una nuova oscillazione in senso freddo che determinò uno spostamento delle fasce climatiche verso latitudini più basse e una modificazione nella distribuzione della vegetazione opposta a quella che si era verificata nel post-glaciale. In Italia si instaurarono condizioni di clima fresco-umido e si diffusero le foreste, mentre l’abbassamento del livello del mare, connesso all’espansione dei ghiacciai, lasciò scoperte ampie e piatte zone costiere. Dopo un ulteriore raffreddamento del clima tra il 400 e l’800 d.C., accertato da studi sui ghiacciai alpini, si verificò un graduale e costante aumento della temperatura. Questa fase climatica, nota come Optimum Climatico Medievale, si protrasse dall’800 d.C. fino al 1200 d.C. e fece registrare per il nostro continente temperature medie superiori di 1,5-2 °C a quelle attuali, ma inferiori a quelle ipotizzabili per l’Optimum Climatico Post-Glaciale. L’aumento termico provocò un marcato innalzamento del livello del mare e il conseguente ingombro delle foci fluviali, anche in Italia; nelle zone costiere italiane si formarono ampie zone paludose che si trasformarono in focolai di malaria. A partire dal 1200 d.C. si ebbe un rapido abbassamento della temperatura e si passò ad una fase di clima freddo, che perdurò fino al 1350 circa.
5■3 I cambiamenti climatici nell’Età Moderna L’evento climatico più importante che seguì l’intervallo caldo dell’età medievale fu quello indicato come Piccola Età Glaciale, che si estese tra il 1590 e il 1850 e raggiunse il suo massimo nel XVIII secolo: i ghiacciai che esistevano in Europa e nell’America Settentrionale si spinsero molto più a Sud di quanto avessero fatto in qualunque altro momento a partire dalla fine della glaciazione würmiana.
377
5 ■ I cambiamenti del clima dalla preistoria ai tempi attuali
5
33
Figura 34 Negli anni compresi tra il 1590 e il 1850 il clima della Terra subì un generale raffreddamento, tanto che si usa indicare questo arco di tempo come «Piccola Età Glaciale». In questo dipinto dell’inizio del XVII secolo è raffigurato il Tamigi completamente ghiacciato. Il fenomeno del congelamento dei corsi d’acqua, che interessò ripetutamente molti fiumi europei, è provato da numerose testimonianze storiche.
Sulla base dei dati paleoclimatici, si ritiene che la temperatura media della stagione invernale in questa «fase glaciale» doveva essere di circa 1-1,5 °C inferiore alle temperature attuali. Questa differenza sembra troppo esigua per giustificare una avanzata dei ghiacciai così imponente come quella testimoniata da numerose prove anche nelle vallate delle nostre Alpi. Gli studiosi ritengono che l’espansione glaciale fu dovuta non tanto ad una accentuazione dei rigori invernali, quanto piuttosto ad un raffreddamento delle stagioni primaverile ed estiva. Effettivamente, nell’arco di tempo che va dal XVI al XVIII secolo dovettero succedersi primave-
400
Fonte: Scripps Institution of Oceanography NOAA Earth System Research Laboratory
380
360
340
320 1960
1970
1980
1990
14,7 14,5 14,3
Figura 37 Effetto dell’attività vulcanica sulla temperatura dell’aria.
37
14,1 Troposfera (in raffreddamento)
13,9 13,7 13,5
1860
1880
1900
1940
1920 Anni
1960
1980
2000
2010
Figura 36 L’aumento della concentrazione dell’anidride carbonica atmosferica negli ultimi decenni. Questa figura riporta le misurazioni della concentrazione di CO2 nell’atmosfera effettuate a partire dagli anni Cinquanta nell’osservatorio di Mauna Loa, alle Hawaii, ed evidenzia l’aumento avvenuto in tempi recenti, soprattutto in conseguenza dell’accresciuto impiego di combustibili fossili. La spezzata rappresenta l’andamento mensile delle concentrazioni di CO2, che risente dei cambiamenti stagionali dovuti all’attività della vegetazione. La curva continua mostra invece il valore medio annuo, in costante aumento. (NOAA Earth System Research Laboratory)
Stratosfera (in riscaldamento)
14,9
2000
anno
balmente è stata registrata la tendenza verso un certo riscaldamento. Accanto a questo più recente aumento della temperatura, negli ultimi decenni si è assistito anche ad una progressiva accentuazione dell’inquinamento atmosferico, e in particolare all’incremento della concentrazione di CO2, che tende a far elevare la temperatura dell’atmosfera [ Figura 36 ]. Moltissimi climatologi sono propensi a ritenere che negli anni futuri assisteremo ad un ulteriore riscaldamento del clima, connesso all’influenza sempre più marcata dell’uomo sui processi atmosferici.
flusso di energia verso lo spazio, ridotto a causa dell’assorbimento di radiazione da parte della nube di aerosol
35
Temperatura media globale (°C)
Figura 35 La temperatura media globale dell’atmosfera dal 1860 a oggi. L’aumento della temperatura in questo secolo e mezzo non è stato costante e regolare: incrementi maggiori sono stati registrati tra il 1920 e il 1940 e negli ultimi tre decenni. Complessivamente si è registrato un aumento di poco meno di 1 °C (0,6 °C negli ultimi cento anni).
La seconda metà del XIX secolo segna l’inizio di una nuova fase climatica che si è protratta fino alla metà del XX secolo ed è stata caratterizzata da un generale aumento della temperatura [ Figura 35]. È questa la prima fase climatica rilevata direttamente, mediante strumenti in grado di registrare i valori delle temperature, delle precipitazioni e delle frequenze, intensità e direzioni dei venti. L’instaurarsi di questa fase calda nel periodo 1850-1950 risulta anche da altri dati: ad esempio, le misure dirette eseguite sui ghiacciai hanno messo in evidenza una diminuzione del volume di ghiaccio ed un arretramento delle fronti glaciali rispetto alla posizione da esse raggiunta nel 1850. E le prove zoologiche confermano la generale modificazione del clima in senso caldo: numerose specie di animali estesero il loro habitat verso Nord, soprattutto nella Scandinavia e nella Russia settentrionale, mentre molti uccelli modificarono il periodo delle migrazioni. A partire dal 1950 il clima della Terra ha subìto numerose oscillazioni contrastanti, anche se glo-
concentrazione di CO2 (parti per milione)
5■4 I cambiamenti climatici dalla Rivoluzione Industriale a oggi
5■5 Cause naturali dei cambiamenti climatici
36
radiazione solare riflessa
aerosol nella stratosfera (permanenza 1-2 anni) riscaldamento dovuto all’assorbimento di energia proveniente dal globo terracqueo e dalla troposfera aerosol nella troposfera (permanenza 1-3 settimane) aumento del flusso di energia verso il basso dovuto alle emissioni da parte della nube di aerosol
riscaldamento dovuto all’assorbimento di energia da parte della nube raffreddamento dovuto alla riduzione della radiazione solare in arrivo. (Il raffreddamento è maggiore dell’aumento di energia emessa verso il basso dalla nube vulcanica)
È però opportuno sottolineare che variazioni climatiche – sia di breve, sia di lungo periodo – sono provocate anche da diverse cause naturali. Le grandi eruzioni vulcaniche esplosive, ad esempio, possono far diminuire la temperatura dell’aria anche per vari anni, poiché immettono nella stratosfera enormi quantità di polveri e soprattutto di prodotti acidi che, in goccioline minutissime, formano un «aerosol» capace di riflettere la radiazione solare e quindi di raffreddare la sottostante troposfera [ Figura 37 ]. E difatti, parecchi studiosi attribuiscono all’eruzione del vulcano Tambora (Isole della Sonda), la più terrificante della storia dell’umanità (con 150 km3 di prodotti da esplosione), la responsabilità del cosiddetto «anno senza estate», il 1816: in giugno e luglio – a quasi quindici mesi dall’eruzione – nevicò in varie regioni delle medie latitudini nell’America Settentrionale e in Europa. In anni più recenti, due eruzioni esplosive sono state caratterizzate da contenuti estremamente alti di zolfo e conseguenti grandi quantità di acido solforico inviate nella stratosfera: l’eruzione del vulcano El Chicon (Messico) nel 1982 e quella del vulcano Pinatubo (Filippine) nel 1991. Si è stimato che queste eruzioni abbiano immesso nella stratosfera, rispettivamente, 10 e 20 milioni di tonnellate di acido solforico e sono stati valutati raffreddamenti globali della troposfera di circa 0,3-0,5 °C nei due anni immediatamente successivi alle eruzioni. Al più rilevante di questi eventi – l’eruzione del Pinatubo – è stato riferito il pronunciato freddo dell’inverno 1992-1993, registrato nell’Italia meridionale (con inconsuete nevicate in località costiere).
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5 ■ I cambiamenti del clima dalla preistoria ai tempi attuali
re ed estati fresche ed umide; e ciò è testimoniato da numerose fonti d’archivio che indicano come in questi trecento anni si ebbero spesso vendemmie tardive. Del generale raffreddamento che caratterizzò il clima della Terra dal 1590 al 1850 si hanno anche altre testimonianze storiche. I maggiori fiumi europei gelarono; il Tamigi gelò con una frequenza di 6 volte al secolo (tra il X e il XV secolo la frequenza era stata di 1 volta al secolo) e nel 1662 i pattini da ghiaccio olandesi fecero la loro comparsa in Inghilterra [ Figura 34 ].
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Capitolo 8 ■ Il clima e la biosfera
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