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Figura 39 Precessione degli equinozi. Il moto doppio-conico dell’asse terrestre fa mutare la disposizione nello spazio del piano equatoriale celeste (che è perpendicolare all’asse) e quindi determina la rotazione in senso orario dell’intersezione tra tale piano e il piano dell’Eclittica, ossia della linea degli equinozi (precessione).
Le stagioni hanno durata differente.
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Una delle cause determinanti dell’alternarsi di età glaciali ed età interglaciali non è tanto la variazione dell’insolazione globale della Terra, ma piuttosto l’insolazione estiva, la quale alle alte latitudini può variare anche del 20%, cioè molto più che l’insolazione totale, in conseguenza dei moti millenari della Terra [ Figura 40 ]. Infatti, nelle zone poste alle alte latitudini (ed anche nelle altre zone, sui rilievi montuosi che raggiungono le quote più elevate) la neve si accumula facilmente anche durante un inverno relativamente mite, come è quello che si verifica quando la Terra si trova in prossimità del perielio. Ma è importante considerare quanta della neve caduta in inverno riesce a conservarsi durante l’estate: ciò dipende essenzialmente dall’entità dell’insolazione estiva. Se la radiazione solare che raggiunge le alte latitudini (o le alte quote) durante la stagione estiva è inferiore alla norma, come accade quando l’estate si verifica in afelio, le nevi cadute durante la stagione fredda non riescono a fondere completamente, ma si vanno accumulando di anno in anno e lentamente si trasformano in ghiaccio. In questo modo cominciano ad espandersi le calotte di ghiaccio (e i ghiacciai di montagna) e il nostro pianeta entra in un’età glaciale. Se invece durante l’estate l’insolazione aumenta, come accade quando questa stagione si verifica al perielio, fonde una quantità di ghiaccio maggiore di quella che può essere sostituita dalle nevi invernali; quindi le coltri glaciali tendono a ritirarsi e sulla Terra si instaura un clima più caldo (età interglaciale).
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Data la lentezza di questi movimenti, le variazioni climatiche che essi inducono sono estremamente graduali e pertanto sfuggono all’osservazione diretta. Sappiamo però che sono una delle cause principali delle glaciazioni. Il fatto che i tre movimenti millenari descritti non alterino sostanzialmente l’insolazione totale della Terra, ma soltanto la sua distribuzione alle diverse latitudini e nel corso dell’anno, potrebbe far pensare che i loro effetti sul clima siano di modesta entità. È invece ormai accettata l’ipotesi – proposta dall’astronomo M. Milankovitch nella prima metà del Novecento – secondo la quale le glaciazioni che si sono verificate verosimilmente almeno cinque volte nel corso degli ultimi 2 milioni di anni siano da mettere in relazione con i principali moti millenari del nostro pianeta, che abbiamo descritto.
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cambiamento di questo stato di cose: i due emisferi passano alternativamente dall’una all’altra situazione. L’oscillazione dell’escursione calorica annua (cioè la differenza di riscaldamento fra le due stagioni estreme) prodotta dalla precessione degli equinozi varia di intensità con il tempo, in conseguenza di un altro moto millenario del nostro pianeta, e cioè della variazione dell’eccentricità dell’orbita poiché con essa varia la differenza tra le distanze Sole-afelio e Sole-perielio. Anche il mutamento dell’inclinazione dell’asse terrestre ha importanti effetti sulle condizioni climatiche del nostro pianeta. Difatti, quando l’inclinazione dell’asse rispetto alla perpendicolare al piano dell’orbita assume i valori maggiori, il contrasto stagionale diventa più marcato; nel caso opposto tale contrasto si riduce. Basta pensare che se l’asse terrestre fosse perpendicolare al piano dell’orbita le stagioni non esisterebbero.
Figura 40 La variazione dell’eccentricità dell’orbita terrestre modifica l’intensità delle oscillazioni climatiche dovute alla precessione degli equinozi. A. La situazione più favorevole allo sviluppo delle coltri glaciali nell’emisfero boreale. L’inverno cade in prossimità del perielio ed è quindi più mite, mentre l’estate cade in prossimità dell’afelio ed è quindi più fresca; contemporaneamente la massima eccentricità dell’orbita diminuisce la distanza Sole-perielio ed aumenta quella Sole-afelio, mitigando ancora di più l’inverno e rendendo ancor più fresca l’estate. B. Per l’emisfero boreale questa è la situazione più sfavorevole all’espansione glaciale; l’estate infatti risulta particolarmente calda, sia perché si verifica in perielio, sia perché quest’ultimo si viene a trovare alla sua minore distanza possibile dal Sole. C. e D. In queste situazioni si hanno condizioni climatiche intermedie rispetto alle due precedenti. È importante considerare che il valore attuale della eccentricità dell’orbita terrestre (0,017) è più vicino al minimo (0,003) che al massimo (0,054). Si ricordi che l’eccentricità dell’orbita (ellittica) della Terra è il rapporto tra la distanza del Sole dal centro dell’ellisse e la lunghezza del semiasse maggiore dell’ellisse stessa.
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Attualmente il semestre autunno-inverno cade per il nostro emisfero boreale nel settore dell’orbita terrestre più vicino al perielio, dove la Terra ha una velocità di rivoluzione maggiore, e perciò esso dura circa 7 giorni e 6 ore in meno del semestre primavera-estate, che corrisponde al tratto di orbita più vicino all’afelio (dove la velocità della Terra è minore). Ma fra 10 500 anni circa la situazione sarà opposta. A questo bisogna aggiungere che la distanza Terra-Sole, variabile nel corso dell’anno, influisce anche sul riscaldamento, sebbene in misura non considerevole. Se un emisfero ha il suo inverno quando la Terra è alle minori distanze dal Sole – come avviene attualmente per l’emisfero boreale – questo sarà meno freddo e la stagione estiva sarà meno calda perché più lontana dal Sole. Quando ciò si verifica in un emisfero, nell’altro si ha la situazione opposta. A causa della precessione degli equinozi si ha un continuo
I cambiamenti del clima dalla preistoria ai tempi attuali
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ltre al movimento di rotazione, che si svolge con periodo di 1 giorno, e al movimento di rivoluzione intorno al Sole, con periodo di un anno, la Terra compie anche alcuni movimenti molto più lenti, che hanno periodi millenari: il moto doppio-conico dell’asse terrestre, principale responsabile della precessione degli equinozi, la quale ha un periodo medio di circa 21 000 anni; la variazione dell’eccentricità dell’orbita, con periodo medio di circa 92 000 anni; il mutamento dell’inclinazione dell’asse terrestre, con periodo medio di circa 40 000 anni. Sappiamo che la durata di ogni stagione astronomica dipende dalla velocità con cui la Terra percorre il tratto di orbita corrispondente. Poiché la precessione degli equinozi fa variare la posizione delle stagioni sull’orbita, ne deriva nel corso dei millenni anche una variabilità della loro durata [ Figura 39 ].
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Moti millenari della Terra e cambiamenti climatici
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Capitolo 8 � Il clima e la biosfera
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approfondimento delle conoscenze
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