Tesina sul cambiamento climatico

Il rapporto tra l’uomo e la natura

Lo studio del clima e dei suoi cambiamenti.

Progetto parallelo: Progettazione e realizzazione di una stazione meteorologica gestita da microprocessore e del relativo sistema di acquisizione dati 2

Indice

Teorie sul clima

• Introduzione al concetto di clima
• Teorie sui cambiamenti climatici e il riscaldamento globale

Aspetti fisico-chimici

• Il sole: un corpo nero
• L’interazione delle radiazioni solari con i gas serra

Strumenti di analisi

• Modelli matematici per lo studio del clima
• Applicazione del linguaggio C in un microcontrollore per l’acquisizione di dati meteorologici

Bibliografia 3

Introduzione al concetto di clima

“Tempo meteorologico” e “clima” sono due termini che nel linguaggio comune vengono spesso confusi; dal punto di vista scientifico invece, i loro significati sono ben distinti. Il tempo meteorologico è la risultante di molti fattori riferita ad un’area definita e limitata in un determinato intervallo di tempo. Il clima invece si definisce soprattutto sulla base di elementi costanti che tendono a ripetersi stagionalmente; si riferisce inoltre ad ambienti molto vasti (ad esempio, le fasce climatiche comprendono parti molto estese di più continenti). Esso dipende da determinati elementi e fattori climatici.

Risulta pertanto evidente come il clima di una regione sia soggetto a cambiamenti temporali, anche con periodi piccoli e del tutto comparabili con la durata media della vita di un essere umano; succede quindi abbastanza di frequente che una persona, nella sua vita, si trovi a sperimentare dei cambiamenti climatici.

A maggior ragione, quindi, possono esserci cambiamenti climatici su periodi lunghi, in risposta a variazioni nei fattori sotto elencati.

L’Organizzazione Meteorologica Mondiale ha stabilito che la durata minima delle serie di dati continui per poter individuare delle caratteristiche climatiche di una località è 30 anni.

Elementi

Gli elementi climatici sono dei fenomeni fisici misurabili, la cui misurazione viene effettuata dalle stazioni:

• Temperatura;
• Umidità;
• Pressione;
• Intensità e la durata delle radiazioni solari;
• Precipitazioni;
• Nuvolosità;
• Vento (velocità, direzione, raffiche).

Fattori

I fattori climatici sono le condizioni che producono variazioni sugli elementi climatici. Si possono distinguere tra fattori zonali, che agiscono regolarmente dall’equatore ai poli, e fattori geografici, che agiscono in modo diverso per ogni località.

Sono fattori zonali:

• Latitudine (distanza dall’equatore);
• Circolazione generale atmosferica, che influisce attraverso gli scambi di calore tra le regioni calde e le regioni più fredde.
• Effetto serra;

Sono fattori geografici: 4

• Altitudine (poiché con l’altezza diminuiscono la temperatura, la pressione e l’umidità, mentre aumentano l’irraggiamento solare e, fino a una certa quota, la piovosità);
• Presenza di catene montuose (che bloccano i venti);
• Vicinanza al mare (che mitiga il clima);
• Correnti marine (che agiscono sul clima delle regioni costiere);
• Vegetazione;
• Attività umana (che agisce sul clima in quanto capace di modificare l’ambiente naturale e gli equilibri degli ecosistemi).

Raggi solari

Teorie sui cambiamenti climatici e il riscaldamento globale

L’uomo, tramite lo sfruttamento di combustibili fossili, i continui processi di combustione a livello industriale, in ambito domestico e con l’uso delle autovetture, contribuisce notevolmente nell’emissione di gas serra nell’atmosfera, aumentando la concentrazione di questi rispetto alla naturale quantità. Ciò che ancora non è ben chiaro è in quale percentuale la nostra azione può influire sul clima del pianeta.

Secondo le tesi ormai più diffuse, grazie al film di Al Gore “Una scomoda verità”, la quantità di CO₂ presente nell’atmosfera è direttamente connessa alla temperatura dell’aria, come dimostra questo famoso grafico:

Il grafico si riferisce ad un arco di tempo di circa 1000 anni. La linea rossa rappresenta l’andamento della temperatura media annua, mentre quella blu indica la quantità di anidride carbonica. È evidente che i due fattori sono in qualche modo connessi.

Dal precedente grafico appare ben visibile che la temperatura negli ultimi anni ha raggiunto un picco molto elevato, in riferimento all’intero millennio. 5

Da questo secondo grafico, risulterebbe invece che nell’era medievale si è presentato un periodo molto più caldo di quello attuale (definito appunto periodo caldo medievale):

I due grafici sembrerebbero discordanti, ma entrambi sono risultati di studi scientifici attendibili, ad esempio derivanti dalla misurazione della temperatura indicata dagli isotopi di varia natura presenti nei campioni di carotaggi dei ghiacciai. Effettivamente potrebbero essere diverse interpretazioni della stessa situazione; ad esempio il primo grafico potrebbe riferirsi alle medie annue delle temperature, mentre il secondo ai massimi e minimi stagionali registrati.

Il grafico qui a fianco, ad esempio, vuole dimostrare che la temperatura non dipende direttamente dalla CO₂.

Infatti il periodo del secondo dopoguerra, con la fioritura di molte industrie e con l’avvento delle autovetture e degli elettrodomestici, dovrebbe corrispondere ad un notevole aumento di CO₂ emessa dall’uomo.

Paradossalmente, proprio durante quel periodo risulta un calo di temperatura, il cui corso corrisponde esattamente all’inizio e alla fine del boom economico.

Tutti i dati forniti da diverse istituzioni scientifiche (tra cui l’IPCC) dovrebbero essere certamente attendibili, ma purtroppo anche in questo campo esistono relatività e discordanze. Le interpretazioni e le modalità con cui ogni gruppo di studiosi espone risultati che dovrebbero concordare sono diverse; c’è da dire inoltre che 6

ogni associazione scientifica è spesso appoggiata e sostenuta da un’entità politica e in qualche modo, quindi, anche “pilotata” in base ad interessi economici.

In ogni caso, qualsiasi studio, a parte possibili inesattezze, ha un preciso fondamento scientifico e perciò va preso in considerazione.

Un ulteriore esempio da osservare è l’influenza dell’attività solare sul riscaldamento globale:

Nel grafico a fianco, la linea blu rappresenta la temperatura media registrata nell’atmosfera, mentre la linea rossa indica l’attività solare.

Si nota la connessione tra attività solare e le variazioni di temperatura sulla terra, ma per mancanza di dati precedenti agli ultimi secoli, il periodo rappresentato è piuttosto breve (rispetto all’intero millennio analizzato in precedenza) e può essere quindi meno attendibile rispetto agli altri grafici.

La curva seguente rappresenta una ricostruzione dell’attività solare per un arco di tempo più ampio, derivata da una datazione al carbonio 14 effettuata a terra. È dimostrato che una datazione a radioisotopi fornisce informazioni sull’attività solare; in questo modo si è potuto costruire un grafico dell’attività media del sole nel corso di circa 1000 anni, classificando alcuni periodi.

Attualmente il sole di trova nel periodo di “massimo moderno” e questo può giustificare l’attuale riscaldamento globale. Si può notare anche il lungo periodo di intensa attività intorno al 1200, chiamato “massimo medievale”, che corrisponde esattamente al lungo “periodo caldo medievale” evidenziato in uno dei grafici precedenti. 7

Le connessioni tra temperatura, anidride carbonica (e altri gas serra), attività solare ed altri fattori ambientali sono tutte scientificamente provate, ma il dibattito rimane sempre aperto su quale possa essere la percentuale di influenza di ognuno di questi fattori, quindi se l’azione dell’uomo è decisiva oppure ininfluente. C’è chi sostiene, ad esempio, che la percentuale di CO₂ prodotta dall’uomo sia inferiore al 5%, mentre l’80% sia derivata allo scambio gassoso tra gli oceani e l’atmosfera. In questo caso, l’acqua del mare libererebbe tanta più anidride carbonica (insieme al vapore acqueo) quanto più è alta la temperatura e l’ipotesi iniziale sul collegamento tra CO₂ e temperatura sarebbe invertita. Rimane però vero anche che un aumento di concentrazione dei gas serra (tra i quali anche vapore acqueo) causa senza dubbio un aumento di temperatura. Considerando entrambe le ipotesi vere, questo ciclo facilmente innescabile darebbe luogo ad un ciclo di “feedback positivo” (ovvero un “cane che si morde la coda”). È possibile che tutto questo stia già succedendo davanti ai nostri occhi, ma potrebbe essere talmente lento da non risultare evidente nemmeno dalle analisi più ampie.