Science, 29 Jan 93, Vol. 260, pg. 594 - Richard A. Kerr - L’eruzione del vulcano Pinatube nelle Filippine del giugno 91 ha rilasciato nella stratosfera milioni di tonnellate di polveri e da 25 a 30 milioni di tonnellate di anidride solforosa. Presso l’istituto Goddard della NASA Jim Hansen sta usando un modello per studiarne gli effetti sul clima. La predizione attuale è di una riduzione di temperatura globale di 0,5 gradi a breve termine.
Science, 5 Mar 93, Vol. 260, pg. 1411 - P. Minnis - Gli aerosoli emessi con le eruzioni vulcaniche possono rimanere diversi anni nella stratosfera ed hanno l’effetto di riflettere le radiazioni solari a più bassa lunghezza d’onda più di quanto non riflettano o assorbano le radiazioni a lunghezza d’onda più lunga emesse dalla terra. Ne deriva che viene alterato in senso negativo il bilancio dell’energia ricevuta dalla terra. La quantificazione di questi effetti, in termini di variazioni climatiche a breve periodo, viene fatta con la misura o valutazione della quantità di aerosoli e dalle loro proprietà ottiche. I risultati sono però affetti da molti errori. Poco conclusivi sono stati i risultati ottenuti con le misurazioni del satellite Nimbus-7 dopo l’eruzione dei vulcano El Chinchon in Messico nel 1982. Recentemente, dopo le eruzioni del vulcano Pinatubo nelle Filippine (15,1 °N, 120,3 °S) iniziate il 12 giugno 1991, sono state eseguite misure dirette del bilancio di radiazione mediante il satellite ERBS (Earth Radiation Budget Satellite) con lo Stratospheric Aerosol Gas Experiment (SAGE II) che usava un radiometro a grande campo di vista (risoluzione ~ 1000 Km).Venivano misurate le radiazioni riflesse fra 0,2 e 5 µm ed il totale riflesso fra 0,2 e 50 µm. Sono state misurate variazioni di due ordini di grandezza nello spessore degli aerosoli fra 40 °N e 40 °S durante i primi 5 mesi dopo l’inizio delle eruzioni. Le simulazioni al calcolatore hanno portato a predire una riduzione massima di temperatura di 0,5 °C verso la fine del 1992 ed il ritorno allo stato normale a metà 95.
Science, 5 Mar 93, Vol. 259, pg. 1433 - Louis A. Scuderi - La ricostruzione delle temperature del passato è stata fatta con l’analisi degli anelli delle piante, ma poche sono le ricostruzioni ben calibrate. Alcune specie di pini della Sierra Nevada permettono di risalire fino al 1050 a.C. L’accrescimento degli anelli e relazionato alla temperatura media annuale. Le variazioni di temperatura mostrano una periodicità di 125 anni che può essere relazionata all’attività solare. A questa periodicità sono legati anche il periodo caldo del medioevo (fra l’800 ed il 1200 d.C.) e la piccola era glaciale (fra il 1200 ed il 1900 d.C.). Discontinuità nelle fasi di questo periodo di 125 anni si sono verificate intorno al 1050, al 1650 e negli anni recenti per una caotica attività solare. Questa periodicità ha comportato variazioni di +/ - 2 °C con picchi irregolari di ulteriori +/ - 2 °C.
Science, 12 Mar 93, Vol. 259, pg. 1531 - Gary Taubes - Nel 1980 il DOD ha sviluppato con la Boeing, al costo di 400 M$, un aeroplano da ricognizione senza pilota per scopi di riconoscimento. Si chiama Condor, ha un’apertura d’ali di 200 piedi, può raggiungere 73000 piedi di quota ed ha un’autonomia di 19000 miglia. Il NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) vorrebbe usarlo per lo studio dell’ozono nell’Antartico: il Condor potrebbe partire dalla Nuova Zelanda con una strumentazione di 1000 Kg ed esplorare per 5 giorni il buco dell’ozono. Per adattarlo alla nuova missione sono necessari circa 80 M$, ma non ci sono fondi ed il DOD pensa di mettere fuori uso il Condor per risparmiare 150000 US$ al mese di manutenzione.
Science, 14 May 93, Vol. 260, pg. 890 - Richard A. Kerr - 20000 anni fa la terra era nel pieno dell’era glaciale, ed ogni 10000 anni circa uno strato di ghiaccio si distacca dalla banchisa polare rilasciando una massa di iceberg nel nord Atlantico. Una prova di variazioni climatiche correlate si è avuta con i sondaggi del ghiaccio in Groenlandia analizzando la composizione dell’isotopo dell’idrogeno. Il distacco periodico del ghiaccio viene spiegato dal fatto che il ghiaccio si comporta da isolante e trattiene il calore interno della terra. Questo discioglie gli strati a contatto che si comportano come un lubrificante e facilitano lo scorrimento del ghiaccio fino al suo distacco. Dopo il distacco si produce un aumento di temperatura dell’aria che aumenta l’evaporazione e quindi la salinità del mare. Viene avviato il movimento discendente delle masse d’acqua e quindi il richiamo dell’acqua più calda dalle basse latitudini che accelera l’aumento di temperatura. Si generano così degli aumenti ciclici della temperatura dell’aria.
Science, 18 Jun 93, Vol. 260, pg. 1724 - Richard A. Kerr - È ormai accettato che le eruzioni dei vulcani possono provocare una riduzione di temperatura come quella del Pinatubo delle Filippine due anni fa o del vulcano Augustine in Alaska nel 1986. Non si è invece sicuri che massicce eruzioni possano essere la causa di innesco delle ere glaciali. Tuttavia ci sono prove di violente eruzioni nel nord Pacifico in coincidenza con la recente era glaciale all’inizio del Pleistocene circa 2,6 milioni di anni fa. Inoltre nel 1975 è stato provato che durante l’ultima era glaciale lo strato di ceneri depositate nel Pacifico ed in altri bacini oceanici sono stati da 5 a 10 volte più abbondanti che nei precedenti 20 milioni di anni. Ciò fa pensare che in quel periodo si sia verificata una anomala e prolungata attività vulcanica, ma non prova che abbia innescato l’era glaciale; potrebbe essere stato solo la goccia che ha fatto traboccare il vaso.
Science, 16 Jul 93, Vol. 261, pg, 292 - Richard A. Kerr - Lo strato di ghiaccio della Groenlandia spesso 3 km conserva la storia del clima da circa 200000 anni. Dalla temperatura dell’atmosfera dipende infatti il rapporto degli isotopi dell’ossigeno contenuti nel ghiaccio. Si è trovato che un brusco salto di temperatura si è avuto in due periodi interglaciali: da 10000 anni fa ad oggi e fra 115000 e 135000 anni fa.
Science, 6 Aug 93, Vol. 261, pg. 682 - Richard A. Kerr - I modelli computerizzati del clima producono risultati non in accordo con i reperti fossili quando vengono applicati al clima del North Dakota nel primo Eocene, circa 50 milioni di anni fa. Il modello prevede inverni rigidi in contrasto con la presenza riscontrata di coccodrilli e piante di felci. I modelli spesso non considerano tutti i fattori e si pensa che a quel tempo la circolazione dell’atmosfera fosse diversa da quella di oggi.
Science, 27 Aug 93, Vol. 261, pg, 1128 - Jose M. Rodriguez - Dopo la scoperta del cosiddetto buco dell’ozono in Antartico sono stati condotti un gran numero di misure ed esperimenti. Il livello dell’ozono è il risultato di un delicato bilancio tra produzione trasporto e rimozione. L’ozono viene prodotto nei tropici dalle radiazioni solari e quindi trasportato verso le medie latitudini dove inizia il processo di rimozione. Il trasporto può essere ridotto dalla presenza di vortici. La rimozione dell’ozono prodotta dal ciclo catalitico della clorina aumenta nelle regioni polari durante l’inverno e la primavera in presenza delle polar stratospheric clouds (PSC) che aumentano l’efficienza catalitica della clorina. Nell’Antartico il più alto livello di clorina si osserva in gennaio quando la copertura di PSC è sufficiente per favorire la rimozione dell’ozono. Nell’Artico invece i vortici arrivano intorno a gennaio prima che arrivi sufficiente luce per favorire le reazioni catalitiche e ciò spiega perché il buco dell’ozono non è così evidente nell’Artico.
Science, 8 Apr 94, Vol. 264, pg. 243 - Johannes Oerlemans - Le registrazioni delle fluttuazioni dei ghiacciai compilate dal World Glacier Monitoring Service possono essere usate per stimare in modo indipendente il riscaldamento globale del pianeta durante gli ultimi 100 anni. I dati non sono tutti omogenei, alcuni cominciano dal 1850 altri dal 1925. L’analisi avviene in due step: si notano le variazioni nella geometria dei ghiacciai e poi le differenze di sensibilità al clima. La ritirata dei ghiacciai appare coerente in tutto il globo negli ultimi 100 anni e può essere spiegata con un gradiente di 0,66 gradi per secolo. Per paragone le osservazioni della temperatura, a secondo delle varie fonti, danno valori medi di 0,41 o 0,42 o 0,53 gradi per secolo.
Science, 10 Jun 94, Vol. 264, pg. 1529 - Gary Taubes - Una tecnica vecchia di 70 anni per lo studio delle variazioni climatiche è stata riscoperta da un gruppo interdisciplinario dell’Università di Arizona e dell’Istituto di Tecnologia della California. Si tratta di misurare l’albedo della Terra, che rinvia circa il 30% della radiazione solare, dalla luminosità indotta sulla parte oscura della Luna crescente. Una diminuzione dell’1% dell’albedo può aumentare la temperatura globale di 2 °F. La misura dell’albedo con i satelliti è complessa ed affetta da errori perché i satelliti la misurano su piccole porzioni di superficie ed i dati vanno poi integrati.
Science, 7 Oct 94, Vol. 266, pg. 35 - Random Samples - Dal 1964 le temperature estive dell’Antartide sono aumentate di circa 2 °C allungando di circa 2 settimane la durata della stagione estiva quando la temperatura supera appena il punto di congelamento. Poiché le piante da fiori sono particolarmente sensibili ai piccoli cambiamenti di temperatura, si è avuto un moltiplicarsi di queste specie secondo quanto riportano gli osservatori della British Antartic Survey (BAS).
Science, 27 Jan 95, Vol. 267, pg. 454 - Richard A. Kerr - I modelli usati attualmente per la predizione del clima sono molto imperfetti perché molti dei meccanismi che influenzano i processi del clima sono poco o per nulla conosciuti. Così le predizioni dell’effetto serra per il prossimo secolo danno aumenti di temperatura che vanno da un modesto 1,5 °C a 4,5°C. Uno dei punti critici sono le nuvole; queste riflettono parte dell’energia proveniente dal sole (circa il 30%), ne fanno filtrare una parte verso terra, ma ne assorbono anche una parte e questa può variare dal 4 al 15%. Questo assorbimento non dipende solo dall’inquinamento. Molti sforzi si stanno facendo per combinare misure da satellite e misure con base a terra prese allo stesso istante e sulle stesse nubi per un corretto bilancio di energia. Un primo risultato mostra che in media le nuvole assorbono 25 watts per metro quadrato invece dei 6 previsti dalla teoria e questo modifica sostanzialmente il comportamento del clima che risulterebbe più caldo, con minori precipitazioni e con una circolazione più lenta e più in accordo con i dati sperimentali.
Science, 3 Feb 95, Vol. 267, pg. 612 - Richard A. Kerr - Rilievi sistematici della temperatura del globo da satellite sono iniziati solo dal 1979 dopo il significativo aumento verificatosi nel 1977. Rilevazioni a più lungo termine sono quelli con i palloni sonda. Ora in questi ultimi 15 anni, se si toglie l’effetto di raffreddamento prodotto, per tre anni dal 1991, dal vulcano Pinatubo, la temperatura si è mantenuta abbastanza stabile. Complessivamente in questo secolo si è avuto un aumento di temperatura medio di 0,4 °C. Un altro incremento di temperatura è iniziato nel 1920 ed è proseguito per due decadi prima di raggiungere uno stato stazionario. Il modello dell’effetto serra prevede un incremento di 0,25 °C per decade e quindi si dovrebbe notare un’accelerazione del riscaldamento nelle prossime decadi.
Science, 28 Jul 95, Vol. 269, pg. 473 - Andrew Lawler - I satelliti con i quali per molti anni il Kremlino ha tenuto sotto osservazione la superficie degli USA hanno creato un prezioso archivio di dati sulle nuvole che ricoprivano gli stati americani, dati particolarmente preziosi per l’analisi climatica. Sono in corso contatti fra il Vice presidente degli USA ed il Primo Ministro russo per uno scambio di dati dai rispettivi archivi.
Science, 1 Dec 95, Vol. 270, pg. 1433 - Jeffrey Mervis - Al programma di ricerche nell’Antartide hanno aderito, con l’Antarctic Treaty del 1959, 26 nazioni ufficialmente con intendi pacifici, ma spinti anche da motivazioni strategiche ed in alcuni casi da rivendicazioni territoriali. Gli USA hanno da 20 anni una base permanente, la Amundsen-Scott, al polo sud; la base russa Vostok ha sospeso le operazioni invernali dopo l’estate australe 1993-94 per ragioni economiche. Per l’Europa Francia ed Italia sono le nazioni più attive fra le 10 partecipanti nel progetto EPICA (European Program for Ice Coring in Antarctica che vuole perforare 3500 metri di ghiaccio nel continente Antartico per ricostruire la storia climatica degli ultimi 500000 anni. La Francia opera in modo permanente nella stazione costiera di Dumont d’Urville, l’Italia ha una stazione molto automatizzata a Terra Nova Bay presidiata solo durante l’estate australe. Tutti hanno problemi di finanziamento. Gli USA vi spendono circa 9% del budget NSF ed ogni dollaro speso in ricerca richiede 5,5 US$ per il supporto: la stazione ha, unica al mondo, una flotta di aerei capace di atterrare sul ghiaccio; fra i programmi ha anche quello di disporre sotto il ghiaccio dei rivelatori di neutrini. I costi aumenteranno se verrà costruita una nuova struttura nei prossimi 5 o 7 anni in sostituzione della vecchia.
Science, 10 May 96, Vol. 272, pg. 817 - Richard A. Kerr - Quando il vulcano Pinatubo esplose nel 1991 i climatologi si chiesero quali sarebbero state le conseguenze a lungo termine sul clima dei detriti lasciati nell’atmosfera che avevano raffreddato il globo di alcuni decimi di grado per uno o due anni, ma la Terra ha subito in passato fenomeni anche più violenti ed uno di questi è stata l’eruzione del monte Toba nell’isola di Sumatra in Indonesia circa 70000 anni fa. L’esplosione ha lasciato una grande caldera oggi occupata dal lago di Toba. La lava emessa nell’eruzione fu di 2800 km cubici e furono scaricati nell’atmosfera 10 miliardi di tonnellate di acido solforico, 100 volte la quantità rilasciata dal Pinatubo; sono i gas sulfurei che nella stratosfera formano una persistente foschia che blocca la luce del sole. I ricercatori hanno analizzato il ghiaccio della Groenlandia ed hanno trovato memoria di questa eruzione nei depositi, ma non hanno scoperto effetti climatici nei millenni successivi. Si pensa che ci sia stato un abbassamento di temperatura di 3 - 5 gradi per pochi anni con conseguenze limitate nel tempo e non è detto che una grande quantità di acido solforico emesso abbia effetti proporzionali sul blocco della luce solare perché la maggior parte dell’acido ricade a terra in forma di grosse gocce.
Science, 17 May 96, Vol. 272, pg. 972 - Alan Robock - Si sta affermando un modello di simulazione per il meccanismo delle variazioni climatiche dove la stratosfera viene influenzata direttamente dal sole ed a sua volta influenza la troposfera. L’influenza del sole è stata ipotizzata collegando il minimo delle macchie solari nel 1600 con la piccola era glaciale. La maggior parte della radiazione solare nel ciclo di 11 anni delle macchie solari è nel campo dell’ultravioletto che viene assorbito dall’ozono nella stratosfera. Nel General Circulation Model (GCM) si tiene conto delle variazioni dell’ozono e della risposta della troposfera al riscaldamento della stratosfera; viene considerato anche l’effetto sulla stratosfera degli aerosoli emessi durante le esplosioni vulcaniche. Le temperature al suolo e le anomalie di precipitazioni possono essere così predette con un anticipo da un mese un anno.
Science, 9 May 97, Vol. 276, pg. 914 - K. Hasselmann - Nell’ultimo secolo l’aumento di temperatura del globo è stato di 0,5 °C che è di un ordine di grandezza più basso delle fluttuazioni osservate in ogni regione della Terra. Nonostante gli studi rimane sempre controverso se questo aumento medio sia dovuto a cause umane o a cause naturali. Per una risposta definitiva è necessario: a) poter prevedere un segnale antropogenico di cambiamento climatico; b) determinare il rumore naturale della variabilità climatica; c) calcolare il rapporto segnale/rumore e predefinire una soglia di rivelabilità statistica. I primi due punti sono quelli più difficili. I moderni modelli climatici si basano su un Coupled General Circulation Model (CGCM) fra oceano e atmosfera che integrano le equazioni della fluidodinamica con risoluzioni tipiche di alcune centinaia di chilometri e le incertezze sono ancora molto grandi. Anche la naturale variabilità del clima è affetta da incertezze e il rilevamento dei dati climatici copre appena un secolo.
Science, 16 May 97, Vol. 276, pg. 1040 - Richard A. Kerr - Una recente conclusione dello UN-sponsored Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) afferma che si è ragionevolmente confidenti che “.. il bilancio delle prove suggerisce che è distinguibile un’influenza umana sul clima globale”. Lo 0,5 °C di aumento della temperatura media dalla fine del secolo scorso è quindi un’impronta dell’attività umana. I modelli climatici in uso sono la chiave per scoprire l’arrivo di un riscaldamento globale, tuttavia gli esperti concordano sul fatto che essi non sono ancora capaci di collegare senza ambiguità il riscaldamento da effetto serra all’attività umana almeno per una decade o più. In un sistema climatico teorico vi sono 14 ordini di grandezza fra la scala planetaria di 40 milioni di metri e le dimensioni della singola particella di aerosol su cui può condensare il vapore le cui dimensioni sono di una frazione di milionesimo di millimetro. Di questi 14 ordini di grandezza se ne coprono oggi nei modelli solo i primi due arrivando alla scala dei grandi variazioni climatiche (300-400 km), per scendere di un’altro ordine di grandezza, arrivando a livello di uragano, con circa 50 km di risoluzione sono necessari computer mille volte più veloci, macchine da teraflops, che forse potranno essere disponibili fra 5 anni. Tuttavia l’aumento di potenza di calcolo non eliminerebbe le incertezze perché sono ancora oggetto di dibattito perfino gli effetti delle nuvole sul clima futuro. Pochi anni fa si era predetto che con un livello di CO2 doppio di quello preindustriale l’aumento di temperatura sarebbe arrivato a 5,2 °C, successivamente un miglioramento del modello aveva portato l’incremento a un più modesto 1,9 °C. Gli aerosoli e le polveri aumentano la temperatura assorbendo le radiazioni solari, ma hanno anche un effetto indiretto sul clima attraverso le nuvole e, favorendo la condensazione, aumentano la riflettività e quindi hanno un effetto di raffreddamento. In complesso si ritiene che l’aumento della CO2 tende a riscaldare il pianeta, ma non si sa valutare di quanto.
Science, 27 Jun 97, Vol. 276, pg. 1977 - Random Samples - El Niño è un riscaldamento ricorrente che si verifica nell’Oceano Pacifico tropicale e che ha grandi ripercussioni sul clima di tutto il globo. Il suo nome deriva dal fatto che sulla costa del Pacifico dell’America Meridionale si verifica nel mese di dicembre. Quest’anno è stato annunziato che el Niño è tornato con particolare intensità ed il riscaldamento delle correnti è iniziato già all’inizio dell’anno. Stranamente il modello computerizzato, che nel 1986 ha previsto con successo l’arrivo del Niño, questa volta lo ha mancato. Lo scopo del modello è anche di prevedere la sua influenza nel resto del mondo e per questa estate si prevedono modeste piogge monsoniche in India e scarse piogge nei Caraibi mentre per il prossimo anno ci sarà siccità in Australia, Sud Africa e nord del Brasile mentre ci saranno temporali in California e nella maggior parte del sud degli USA.
Science, 11 Jul 97, Vol. 277, pg. 183 - Richard A. Kerr - Il fisico Richard Muller dell’università di California ed il geofisico Gordon MacDonald dell’Istituto Internazionale di Analisi Applicata di Sistemi di Luxenburg in Austria hanno pubblicato uno studio che da una prova statistica sul meccanismo delle ere glaciali fatto risalire a variazioni periodiche dell’inclinazione dell’orbita della terra. Queste variazioni del piano dell’orbita sono di pochi gradi sopra e sotto l’eclittica ed hanno un periodo di circa 100000 anni. La storia climatica della terra negli ultimi 600000 anni viene rilevata dal rapporto degli isotopi dell’ossigeno 18 e 16 nei microfossili dei fondi marini che riflettono il cambiamento del volume dei ghiacci nel mondo. L’analisi spettrale di questi cambiamenti mostra una frequenza molto vicina al periodo di 100000 anni. Un altro fenomeno è quello della variazione di eccentricità dell’orbita terrestre che presenta tre periodicità: una più marcata ogni 400000 anni ed altre due minori a 125000 e 95000 anni. Non è però chiaro come queste deboli variazioni orbitali possono portare variazioni climatiche così drastiche. Un’ipotesi è che l’inclinazione dell’orbita porti la Terra in una nube di polveri cosmiche.
Science, 18 Jul 97, Vol. 277, pg. 315 - Anne Simon Moffat - Le foreste accumulano più carbone di quanto si sia pensato fino ad ora. Facendo il bilancio fra l’anidride carbonica emessa annualmente e la sua concentrazione nell’atmosfera, togliendo quella assorbita dagli oceani, mancano da 1 a 2 miliardi di tonnellate, circa il 20% del totale emesso e questo si pensa venga sequestrato dalle foreste. Le foreste in Europa e nelle zone orientali e meridionali degli USA sono in aumento ed una migliore gestione delle foreste tropicali con il rinnovo delle zone tagliate può migliorare l’assorbimento dell’anidride carbonica. Si deve inoltre considerare che il legno usato nelle costruzioni è ancora una riserva di carbone. Una proiezione al 2040 porta a valutare ad un 40% il carbone che verrà sequestrato dalle foreste.
Science, 30 Jan 98, Vol. 279, pg. 658 - Richard Stone - Nella stazione russa Vostok in Antartide sono stati raccolti i più antichi campioni di ghiaccio e si prevede di estrarre in tutto 120 m di ghiaccio depositato in 100000 anni raggiungendo una profondità di 3700 m appena sopra il livello dell’acqua del lago Vostok che si trova al di sotto. La fine di questa trivellazione potrebbe segnare anche la fine dell’attività della stazione Vostok nata nel dicembre 1957 durante l’Anno Geofisico Internazionale e posta a quel tempo nel polo geomagnetico a 1300 km da quello geografico occupato dagli USA. Problemi di budget ora mettono in pericolo la sussistenza di questa stazione. I ricercatori prospettano ora un nuovo progetto: quello di esplorare il gigantesco lago al di sotto del punto di trivellazione con un’estensione di 14000 kmq. Questo lago, rimasto isolato per centinaia di migliaia di anni potrebbe contenere organismi esotici adattati all’oscurità assoluta, ambiente analogo a quello che può esistere nella luna di Giove, Europa. Ricerche sismiche e con radioeco hanno indicato che questo lago ha una profondità massima di 600 m, è fatto di acqua dolce ed ha uno strato di sedimenti nel fondo. Uno dei problemi di una ricerca è quello di evitare di contaminarlo. Il JPL propone di usare un cryobot, un probe robot già usato in Groenlandia nel 1996 per prelevare microparticelle e testare la conducibilità elettrica. Il probe scende nel ghiaccio riscaldandolo e rimane collegato alla superficie con un cavo. Per evitare che il robot nel suo percorso dentro il ghiaccio trascini materiale biologico nel lago viene irrorato da perossido di idrogeno, un ossidante che distrugge i microrganismi, ma non si sa quanto questo sistema sia efficace. Il progetto potrebbe partire nel 2001, si farebbe una trivellazione con acqua calda fino a circa 200 m sopra il lago; il cryobot si farebbe poi strada fino al lago e rilascerebbe un veicolo sottomarino per la ricerca. I sedimenti del lago potrebbero essere sede di una vita batterica non dipendente dalla luce.
Science, 10 Apr 98, Vol. 280, pg. 202 - Richard A. Kerr - Un modello di simulazione suggerisce che ci può essere una connessione fra il riscaldamento globale provocato dall’effetto serra e la distruzione dell’ozono stratosferico provocato dai composti del clorofluorocarbonio. Molti osservatori si aspettavano che con la riduzione della clorina si sarebbe ridotto il buco dell’ozono sull’Antartide e quello più modesto dell’Artico, ma il modello indica che nelle prossime decadi i gas da effetto serra provocheranno un buco dell’ozono sull’Artico in inverno simile a quello sull’Antartide. Infatti la reazione stratosferica fra clorina e ozono è catalizzata dalle nubi di cristalli di ghiaccio e l’effetto serra che riscalda gli strati bassi dell’atmosfera raffredda la stratosfera di circa 8-10 °C riflettendo le radiazioni verso lo spazio. Nei prossimi 10 anni, fino al 2010, la perdita di ozono aumenterà invece di diminuire e solo dopo si riprenderà lentamente.
Science, 29 May 98, Vol. 280, pg. 1393 - IGBP Terrestrial Carbon Working Group - Nel dicembre 1997 le nazioni firmatarie hanno accettato il Protocollo di Kyoto come primo passo per raggiungere l’obiettivo di una riduzione dell’emissione di anidride carbonica nell’atmosfera riducendo le emissioni o aumentando l’accumulo di carbone nella vegetazione entro il 2008-2012. L’aumento dell’anidride carbonica nell’atmosfera è prodotto dall’emissione di 6,5 Gt di carbone per anno per i combustibili fossili più 1,6 Gt per deforestazione. L’ecosistema terrestre e gli oceani assorbono una parte, ma circa 3,4 Gt si accumula nell’atmosfera. Il carbone in circolo nell’ecosistema terrestre è di circa 60 Gt e la quantità sequestrata nella vegetazione è una riserva temporanea mentre il consumo dei fossili è irreversibile. Il Protocollo di Kyoto stabilisce le basi per un bilancio verificabile delle riserve di carbone nella vegetazione. Saranno fatti gli inventari nazionali per un completo bilancio del carbone, un conteggio delle variazioni e della rispondenza al protocollo ed un controllo del commercio del carbone.
Science, 3 Jul 98, Vol. 281, pg. 17 - Richard A. Kerr - Il ghiaccio che ricopre l’area occidentale dell’Antartico sulla piattaforma continentale sotto il livello del mare è meno stabile di quello orientale che poggia sull’area emersa. Se il primo si sciogliesse per un aumento di temperatura a livello planetario, la superficie degli oceani si solleverebbe di 5 m. Ci sono prove che in un recente passato geologico, circa 1,3 milioni di anni fa con una temperatura non molto più alta di quella attuale, l’area occidentale dell’Antartico era libera da ghiacci come mostra l’età dei fossili prelevati dal fondo marino mediante trivellazione. Alcuni portano questa data a circa 400000 anni fa ad ogni modo sembra che il collasso dei ghiacciai sia potuto avvenire in poche centinaia di anni.
Science, 24 Jul 98, Vol. 281, pg. 504 - Karen Schmidt - Le foreste della Terra agiscono come una grande spugna che assorbe l’anidride carbonica dell’aria ed il calcolo del carbone accumulato nelle foreste può avere una grande importanza nel bilancio globale di emissione dell’anidride carbonica secondo i protocolli di Kyoto. La verifica del rispetto del protocollo di Kyoto da parte delle 38 nazioni firmatarie richiede il controllo delle variazioni degli stock di carbone prodotti da deforestazione, reforestazione e afforestazione (piantagione di nuove foreste) a compensazione, se positiva, delle emissioni da combustibili fossili.
Science, 24 Jul 98, Vol. 281, pg. 506 - Jocelyn Kaiser - Nel bilancio totale dell’anidride carbonica prodotta ed assorbita sulla Terra contro i 5,5 petagrammi (10E15 gr) di carbone emessi con i combustibili fossili e gli 1,6 dalle biomasse del suolo, ci sono 2 petagrammi assorbiti dagli oceani e 1,8 dalle foreste, ci sarebbero quindi 3,3 petagrammi che rimangono ogni anno nell’atmosfera cosa che non corrisponde ai dati misurati. Allo scopo di effettuare misure accurate del bilancio di carbone delle piante e del suolo si sono installate delle torri alte 50 m nelle zone forestali del Michigan munite di sensori che misurano la concentrazione di CO2 10 volte al secondo. Il programma è iniziato nel 1970, altre reti di sensori si trovano ora anche in Europa, Giappone, Amazzonia, Australia, Siberia e Sud-est asiatico. I dati raccolti sono promettenti anche se è difficile l’estrapolazione dei risultati a livello regionale. I dati verranno correlati con i rilevamenti da satellite.
Science, 16 Oct 98, Vol. 282, pg. 386 - Jocelyn Kaiser - Non si è ancora in grado di comprendere il bilancio dell’anidride carbonica nell’atmosfera terrestre. Dei 7,1 petagrammi di carbone prodotti dall’attività umana circa 2 finiscono nell’oceano e fra 1,1 e 2,2 petagrammi sembra che svaniscano nella terra per fotosintesi. Se si comprendesse il meccanismo si potrebbe meglio estrapolare il futuro. Con i livelli di CO2 rilevati negli anni dal 1988 al 1992 in 63 stazioni oceaniche e dividendo la Terra in tre regioni: Eurasia, Nord America ed il resto, sono stati applicati due modelli matematici, uno per l’assorbimento da parte dell’oceano e l’altro per il trasporto della CO2 per effetto del vento. I risultati hanno mostrato che la concentrazione della CO2 diminuisce da ovest a est del Nord America nonostante le emissioni presenti nell’est; sembra quindi che ci sia un forte assorbimento nel Nord America. La cosa sembra incomprensibile, ma sarà elemento di dibattito nelle prossime riunioni sul clima a Buenos Aires.
Science, 12 Feb 99, Vol. 283, pg. 950 - Michael J. McPhaden - Il programma decennale (1985-94) di osservazione del Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA) ha permesso di seguire, misurare, descrivere e predire la variabilità dello El Niño Southern Oscillation (ENSO). Nel 1997 si è assistito all’anomalo aumento di temperatura sul Pacifico orientale ad est della linea del cambiamento di data, normalmente area di basse temperature, per l’emergere delle correnti sottomarine. I venti dall’ovest hanno indotto una corrente calda dal Pacifico occidentale verso quello orientale provocando l’aumento della sea-surface temperature (SST) fino a 29 °C. Solo a metà maggio 1998 i venti cessarono, la corrente ascendente fredda riprese il predominio e la SST scese a 8°C in 30 giorni ristabilendo, in un tempo 10 volte inferiore del normale, il ciclo freddo della Niña. Il fenomeno di El Niño del 1997-98 è stato il più intenso che si ricorda ed ha avuto un forte impatto climatico in tutto il mondo cogliendo la comunità scientifica di sorpresa. Vi sono diversi modelli di predizione di El Niño, ma tutti hanno mancato in questo caso di prevedere la sua rapidità di crescita.
Science, 2 Apr 99, Vol. 284, pg. 105 - D. Rind - Il sistema climatico è un tipico sistema complesso perché in esso si verificano interazioni multiple fra molte diverse componenti. Ad esempio la pioggia che cade contribuisce ad aumentare l’umidità della terra, il vapore acqueo forma le nuvole che assorbono il calore emesso dalla terra, si formano differenze di temperatura che generano venti e turbolenza. I sistemi complessi producono ordine nel caos e spontaneamente si autorganizzano portandosi in stati di quasi stabilità. I processi dei sistemi complessi sono governati da leggi non lineari cioè con variabili che compaiono a potenze maggiori di uno, ad esempio il vento che soffierà domani dipende dalla direzione del vento oggi moltiplicata per il gradiente di velocità del vento dalla località di provenienza. Questo fatto rende il sistema molto sensibile a minime differenze nello stato iniziale, il comportamento del sistema è imprevedibile e le fluttuazioni possono portare il sistema fuori dalla stabilità. Sappiamo tuttavia che negli ultimi 4 miliardi dia anni l’ambiente della Terra ha mantenuto le condizioni favorevoli alla vita, ad esempio la temperatura è rimasta in un campo compatibile con l’acqua allo stato liquido. Nonostante ciò è impossibile una esatta predizione di quello che accadrà nei prossimi 100 anni per effetto dei gas da effetto serra.
Science, 9 Apr 99, Vol. 284, pg. 241 - Richard A. Kerr - Secondo alcuni meteorologi un sistema di pressioni a dente di sega alternativamente passa dal polo all’Alaska e al nord Europa provocando variazioni di clima alle alte latitudini intorno ai 55 gradi. Quando la pressione si abbassa al polo e si alza più a sud, soffiano venti da ovest che alzano la temperatura in Europa. Quando si ha la fase opposta il clima si inverte. Anche le oscillazioni del Nord Atlantico (NAO) sono una manifestazione regionale di questa oscillazione artica (AO). Un uguale fenomeno dovrebbe verificarsi anche nell’emisfero sud. Queste oscillazioni si pensa che abbiano origine nella stratosfera ed infatti sono più grandi in inverno quando la circolazione stratosferica favorisce i legami fra stratosfera e troposfera.
Science, 11 Jun 99, Vol. 284, pg. 1743 - Richard A. Kerr - Nel passato le variazioni della concentrazione dell’anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera non è stata la sola causa delle variazioni climatiche. Usando gli antichi sedimenti marini ed il contenuto di carbonio 12 in rapporto al 13 dei depositi di fitoplancton il cui sviluppo era favorito dalla concentrazione dell’anidride carbonica nell’aria, si è trovato che 17 milioni di anni fa, quando le temperature dell’oceano erano 6 °C più alte di oggi, la concentrazione della CO2 era più bassa, circa 270 ppm, valore precedente a quello dell’inizio dell’era industriale. Quando poi, circa 14,5 milioni di anni fa, l’oceano si raffreddò ed il ghiaccio cominciò ad accumularsi in Antartide, la CO2 aumentò invece di diminuire; inoltre fra 25 e 10 milioni di anni fa, periodo in cui il clima era generalmente più caldo dell’attuale, la CO2 è variata fra 260 e 190 ppm. Anche un diverso metodo di monitoraggio della CO2 ha portato alle stesse conclusioni. Quindi, anche se la CO2 rimane sempre un potente fattore delle variazioni climatiche, altri fattori hanno agito nel lungo termine negli ultimi 50 milioni di anni. Uno di questi fattori sta nel cambiamento della circolazione dei mari dovuto agli spostamenti dei continenti: la formazione di una corrente circumpolare antartica ha isolato questo continente dalle zone tropicali raffreddando il globo, la chiusura del mare Tetide circa 15 milioni di anni fa o la formazione dell’istmo di Panama, che ha separato Atlantico e Pacifico fra 2 e 4 milioni di anni fa, hanno tutti provocato un raffreddamento.
Science, 10 Sep 99, Vol. 285, pg. 1647 - Kathryn S. Brown - Il National Institute of Water and Atmospheric Research (NIWA) della Nuova Zelanda ha comunicato che negli ultimi 10 anni il livello dei raggi ultravioletti dannosi alla pelle ed al DNA (290-315 nanometri) è andato gradualmente aumentando contemporaneamente alla riduzione dello strato protettivo di ozono. Nell’estate 1998 e 1999 il picco della radiazione ultravioletta è stata del 12% più alta di quella misurata all’inizio di questa decade. Gli scienziati hanno scoperto il buco dell’ozono sul polo sud 14 anni fa ed il fenomeno è stato relazionato alle reazioni chimiche causate dal clorofluorocarbonio e da altri gas. Si è inoltre constatato che lo strato dell’ozono si va assottigliando anche sopra le regioni più popolate delle medie latitudini, come Australia, nord Europa e Canada. L’aumento della radiazione ultravioletta aumenta il rischio degli abitanti al cancro della pelle ed alla cataratta e potrebbe distruggere importanti alghe e batteri. La restrizione nell’uso di composti del cloro e del bromo che distruggono l’ozono è stata stabilita nel Protocollo di Montreal del 1987, ma i benefici si potranno vedere fra qualche decade e per il recupero dei livelli dell’ozono si dovrà aspettare la metà del prossimo secolo.
Science, 7 Apr 2000, Vol. 288, pg. 68 - Thomas Blunier - Nel 1980 lo studio di campioni di ghiaccio di 100000 anni fa prelevati in Groenlandia hanno mostrato come un drastico cambiamento climatico sia stato accompagnato da un rapido aumento della concentrazione di gas metano nell’atmosfera. Inizialmente la presenza di metano era stata attribuita a processi batterici in zone umide, ma ora si pensa ad un massiccio rilascio del metano immagazzinato nel permafrost dei continenti sotto forma di idrati. Ad alta pressione e bassa temperatura le molecole dell’acqua formano degli idrati, dentro cui vengono intrappolate molecole di gas. Grandi quantità di metano vengono così immagazzinati nel permafrost delle regioni polari e nei sedimenti delle piattaforme continentali. Dalla composizione isotopica del carbonio si deduce che l’origine del gas è biologica. Questi idrati sono metastabili e possono essere destabilizzati da un aumento di temperatura o da una diminuzione di pressione. Oggi il metano atmosferico deriva in massima parte dalle decomposizioni batteriche. Durante l’ultimo periodo glaciale si sono avuti intervalli più caldi con durate di centinaia o migliaia di anni e contemporaneamente alte concentrazioni di metano nell’atmosfera. Il rilascio di metano dagli idrati è un fenomeno catastrofico, ma il metano permane nell’atmosfera solo per alcune decine di anni, essendo però un gas da effetto serra, può innescare un cambiamento climatico da glaciale a interglaciale.
Science, 26 May 2000, Vol. 288, pg. 1353 - Ray Bradley - Il caldo eccezionale del 1990 ha accresciuto il timore di un’influenza umana sul clima tuttavia le cause delle variazioni climatiche del XX secolo sono difficili da trovare perché le misure disponibili sono tutte nel periodo in cui l’atmosfera ha aumentato il suo contenuto di gas da effetto serra. Se si guarda al passato il XX secolo è stato preceduto dalla “Piccola era glaciale” e prima ancora dal “periodo caldo medievale” fra il 1000 ed il 1300. Ci sono però dei dubbi che questo periodo di riscaldamento abbia avuto carattere globale, mancano prove certe che lo stesso riscaldamento si sia avuto nell’emisfero australe; gli anelli degli alberi dell’emisfero australe, ad esempio, non danno le stesse indicazioni di quelli dell’emisfero boreale. Naturalmente l’assenza di prove non significa prova del fatto contrario e se nuovi dati porteranno prove a favore di un globale riscaldamento nei primi secoli del millennio ciò potrebbe indicare che vi sono state condizioni di aumenti di temperatura senza influenze antropogeniche. Alcuni dati isotopici (Be10 e C14) indicano un’alta attività solare (e quindi forse una maggiore radiazione) intorno all’anno 1000 mentre l’attività è stata ridotta per tutto il resto del millennio. La piccola era glaciale a metà del XVI secolo corrisponde invece ad un raffreddamento globale con un avanzamento generale dei ghiacciai che si protrae fino a quasi tutto il XIX secolo. Nell’ultimo secolo, invece, si assiste ad una riduzione generale delle masse di ghiaccio con accelerazione nell’ultimo decennio. Vi sono anche indicazioni che il ciclo a lungo periodo delle acque degli oceani, che influenza anche la corrente del golfo, abbia un ruolo importante sulle variazioni climatiche. Rimane però indiscutibile che alla fine del XX secolo si sono avute le temperature più alte di tutto il millennio, che la concentrazione della CO2 è la più alta degli ultimi 420000 anni e che una grande quantità ne è stata sequestrata dagli oceani durante questo secolo, questo fa pensare che maggior variazioni climatiche sono da aspettarsi nel prossimo futuro.
Science, 21 Jul 2000, Vol. 289, pg. 404 - Dorthe Dahl-Jensen - La calotta di ghiaccio della Groenlandia contiene una parte sostanziale dell’acqua dolce della Terra. Se venisse a sciogliersi tutta questa calotta, il livello del mare salirebbe di 7 m. Con un laser altimetrico da satellite è stata fatta una mappa della superficie e si è paragonato il ghiaccio che ogni anno passa nel contorno di 2000 m di quota con la quantità di ghiaccio che si deposita sulla superficie nel corso di un anno. Le misure però non sono sufficientemente precise per dare risultati affidabili inoltre, oltre a conoscere la variazione del volume del ghiaccio, sarebbe utile estrapolarne i futuri cambiamenti. Il flusso del ghiaccio dipende dalla temperatura, ma la scala dei tempi con cui la temperatura penetra nei ghiacci è dell’ordine dei millenni. Le variazioni di quota misurate con l’altimetro dipendono dalle fluttuazioni annuali o decennali di temperatura e si stima che siano 10 volte più elevate della fluttuazioni a lungo termine. Pochi anni caldi, come quelli dal 1993 al 1999, possono produrre un sollevamento misurabile del livello del mare, ma non si può estrapolare la componente a lungo termine. Le misure sono il risultato della sottrazione di due grandi numeri e l’incertezza è dello stesso ordine della misura. La Groenlandia inoltre contiene solo il 10% del ghiaccio totale della Terra, il resto si trova in Antartide ed un bilancio di questo non è stato ancora eseguito.
Science, 8 Sep 2000, Vol. 289, pg. 1655 - Stella Hurtley (Editors’ Choise) - Oggi la maggioranza ritiene che il rapido riscaldamento dell’atmosfera sia dovuta a cause umane ed ai gas da effetto serra, fra questi il più noto è l’anidride carbonica. Tuttavia un pari contributo al riscaldamento è dato dalla combinazione di altri quattro gas: metano, clorofluorocarbonio e derivati, ozono e ossido nitroso. Nei prossimi 50 anni, in attesa di sviluppare migliori tecnologie per la produzione di energia senza emissione di anidride carbonica, potrebbe essere più facile cercare di ridurre l’emissione di questi altri gas e dei particolati con più semplici interventi nei metodi di agricoltura, allevamento del bestiame, estrazione dei combustibili fossili solidi e liquidi e trattamento dei rifiuti. La riduzione dell’ozono e dei particolati sarebbe anche di beneficio alla salute umana e nessuno di questi provvedimenti costringe ad una economia dell’energia ricavata con i sistemi attuali.
Science, 22 Sep 2000, Vol. 289, pg. 2058 - Ernst-Detlef Schulze - Il ciclo del carbonio a livello globale è caratterizzato da enormi flussi assorbiti ed emessi dagli oceani e dalla vegetazione terrestre il cui bilancio netto in parte compensa le emissioni antropogeniche da combustibili fossili che oggi si vanno accumulando nell’atmosfera. Il protocollo di Kyoto suggerisce che l’afforestazione e la riforestazione può aumentare l’assorbimento della CO2, ma nel bilancio si devono considerare gli effetti degli incendi e del tagli di legname ed il confronto fra promozione di nuove foreste, favorita dal protocollo di Kyoto, e la preservazione delle vecchie foreste naturali. Dai bilanci fra assorbimento ed emissione emergono molte incertezze ed è necessario definire i tempi e le aree. Nel breve periodo (un anno) il Net Primary Production (NPP) di CO2 assorbita è pari al Gross Primary Production (GPP) di CO2 assimilata per fotosintesi meno la quota emessa nella respirazione delle piante (Ra). A più lungo periodo le biomasse prodotte in parte ritornano di nuovo per decomposizione nell’atmosfera come CO2 (Rh) pur persistendo anche per millenni e si definisce il Net Ecosystem Production NEP = GPP - Ra - Rh. Emissioni istantanee di CO2 (Rf) sono quelle prodotte dagli incendi che però producono anche del carbone di lunga conservazione. Il Net Budget Production (NBP) è il risultato di NEP - Rf. Nelle giovani foreste l’assorbimento di CO2 di NEP raggiunge rapidamente un equilibrio e solo dopo diversi decenni NPP eccede Rh quando la foresta ha raggiunto la sua maturità e si ha un continuo accumulo di carbone biologico nelle radici e nel materiale organico. Il preservare le vecchie foreste risulta quindi vantaggioso rispetto all’impianto di nuove foreste.
Science, 29 Sep 2000, Vol. 289, pg. 2287 - Paul Baer - Con il Protocollo di Kyoto le nazioni industrializzate hanno approvato l’impegno di ridurre i gas da effetto serra (greenhouse gas o GHG) allo scopo di mitigare le variazioni climatiche. Oggi l’emissione di carbone nell’atmosfera ammonta a 1 tonnellata metrica per anno e per uomo, negli USA l’emissione supera le 5 tC/anno, in Giappone a nell’Europa occidentale va da 2 a 5 tC/anno. In compenso nelle nazioni in corso di sviluppo è di 0,6 tC/anno e più di 50 di queste nazioni hanno 0,2 tC/anno. Si calcola che per prevenire l’aumento del GHG oltre il doppio del livello pre-industriale, in un mondo futuro con una popolazione stabilizzata a 10 miliardi di individui, le emissioni dovrebbero stabilizzarsi a 0,3 tC/anno per uomo. Il Protocollo di Kyoto ha assegnato un limite per le nazioni industrializzate basato sul loro livello del 1990, ma questo penalizzerebbe i paesi a minore emissione e quindi è più corretto un limite a lungo termine basato su un uguale consumo pro capite. I critici di un tale piano egualitario dicono che è politicamente irrealistico, implica un trasferimento di risorse verso i paesi a più bassa emissione ed incoraggia la crescita di popolazione, ma ciò potrebbe essere evitato assumendo da ora un basso grado di accrescimento per la popolazione. Gli USA hanno ratificato il Protocollo di Kyoto alla condizione di una espressa partecipazione dei paesi in via di sviluppo a limitare le emissioni e questo potrebbe bloccare l’applicazione del Protocollo.
Science, 26 Jan 2001, Vol. 291, pg. 566 - Richard A. Kerr - All’inizio di questa settimana l’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) delle Nazioni Unite ha dichiarato ufficialmente che la massima parte dal riscaldamento della Terra degli ultimi 50 anni è dovuto all’aumento dei gas da effetto serra, biossido di carbonio ed altri gas trappola per il calore solare. Il rapporto è rimasto vago circa le prospettive di fine secolo: al minimo il mondo si riscalderà di due volte, ma si potrebbe riscaldare di un fattore 10 (da 1,4 °C a 5,8 °C nel 2100). Non si può prevedere quali tecnologie l’umanità avrà a disposizione entro il 2100 e gli scenari rimangono aperti. I negoziati sui provvedimenti da adottare si sono interrotti a Le Hague in novembre e si attende la nuova sessione di maggio a Berlino.
Science, 13 Apr 2001, Vol. 292, pg. 192 - Richard A. Kerr - L’ultimo rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) dichiara che nel 2100 il mondo potrebbe essere più caldo di oggi di 5,8 °C mentre 5 anni fa era stato ipotizzato un limite massimo di 3,5 °C. Ormai la maggioranza concorda sul fatto che il mondo si è scaldato nell’ultimo secolo ed i primi responsabili sono i gas da effetto serra. Tre sono le principali domande a cui devono rispondere gli studiosi del clima: determinare l’attuale riscaldamento del globo, attribuire il riscaldamento all’aumentato livello dei gas da effetto serra, estrapolare il riscaldamento futuro. Alla prima domanda lo IPCC ha risposto valutando il riscaldamento subito nell’ultimo secolo a 0,6 °C +/-0,2 °C misurato vicino alla superficie delle terra con un livello di confidenza del 95%. Più difficile è l’attribuzione di questo riscaldamento; nel 1995 lo IPCC dichiarò che c’era un’evidente influenza umana sul clima mondiale, ora l’affermazione è più drastica: il riscaldamento degli ultimi 50 anni è dovuto con una probabilità fra il 66 ed il 90 % all’aumento di concentrazione dei gas serra. I modelli matematici del clima sono migliorati e le simulazioni sono state estese agli ultimi 100 anni con buoni risultati che hanno riprodotto anche il temporaneo aumento ed andamento stazionario attribuito all’effetto di raffreddamento degli aerosoli. L’incertezza è ancora grande, ma non come 20 anni fa; nel 1979 la proiezione fu il raddoppio della concentrazione dell’anidride carbonica per la fine del 2100 ed un aumento di temperatura da un minimo di 1,5 °C ad un massimo di 4,5 °C. L’ultima proiezione è più pessimista, ma non sappiamo come gli uomini reagiranno da qui a 30 anni.
Science, 27 Apr 2001, Vol. 292, pg. 658 - Erik Stokstad - La ricostruzione dei cambiamenti climatici del passato può avvenire ricorrendo a sistemi diversi che hanno registrato temperatura, umidità, aridità e periodi piovosi, accrescimento delle piante, tipo e velocità di sedimentazione ed ogni fenomeno in qualche modo correlato al clima terrestre. Misure dirette di temperatura si hanno solo per gli ultimi due secoli, registrazioni storiche delle variazioni climatiche si hanno per gli ultimi 1000 anni in Europa con la raccolta dell’uva ed in Giappone con la fioritura dei ciliegi, i geroglifici egiziani ci informano sull’andamento delle piene del Nilo per gli ultimi 4000 anni; le più antiche variazioni climatiche, come l’ultima grande glaciazione di 20000 anni fa, si ricavano da molti altri indicatori. Ci sono 6 importanti metodi di ricostruzione delle variazioni climatiche. 1) Anelli di accrescimento degli alberi: forniscono temperatura e piovosità con risoluzione annuale e ricostruiscono i cicli periodici di El Niño e delle oscillazioni decennali del Pacifico ed anche frequenza ed aree degli incendi; il metodo di datazione è il conteggio degli anelli ed il metodo è più usato nelle regioni temperate; si applica da 500-700 anni ad oggi e le aree maggiormente studiate sono Europa e Nord America. 2) Polline: può rivelare temperatura ed umidità, la risoluzione varia da 50 anni a subannuale in alcune zone; la datazione avviene con il metodo del radiocarbonio sui sedimenti dei laghi e delle zone umide, per i sedimenti marini si usa la correlazione con le ceneri vulcaniche e l’isotopo dell’ossigeno; il polline della Tilia è molto adatto a rivelare la temperatura e si applica al microclima di laghi fino a condizioni medie di interi continenti; copre un arco da oggi a parecchi milioni di anni fa e le aree studiate sono Europa e Nord America. 3) Geomorfologia: la forma della superficie terrestre ricostruisce molti aspetti del clima passato, estensione dei ghiacciai, forma arrotondata delle valli, massi erratici, e morene, anche il livello del mare può essere ricostruito dal terrazzamento delle coste e dal fondo dei mari; la risoluzione è molto varia e si usa ogni tipo di datazione, in particolare il radiocarbonio; si applica dalla glaciazione di 2,9 milioni di anni fa alla Piccola Era Glaciale del XIX secolo ed il metodo è stato esteso a tutto il globo. 4) Masse glaciali: forniscono informazioni con la composizione isotopica dell’ossigeno degli oceani, il livello di CO2 e metano nell’aria intrappolata nel ghiaccio, con le polveri, sali marini e polline, con i rapporti isotopici nel ghiaccio da cui si deduce la temperatura della superficie, con lo spessore degli strati annuali di neve e con i cicli solari mediante gli isotopi formati dalle radiazioni solari da cui si deduce la velocità di accumulazione; la risoluzione è sub-stagionale e decennale e molto accurata fino a 40000 anni; la datazione avviene con il conteggio degli strati annuali di ghiaccio, il metodo permette di ottenere campioni diretti dell’atmosfera del passato e campioni provenienti anche da deserti lontani; copre un periodo da 440000 anni fa fino ad oggi e le aree studiate sono la Groenlandia, le Ande, i ghiacciai africani e l’Antartide. 5) Coralli: forniscono informazioni della temperatura superficiale del mare con gli isotopi dell’ossigeno, della salinità, frequenza di El Niño e livello del mare; la risoluzione è tipicamente di mesi ed in qualche caso di settimane, la datazione è annuale dalla densità del corallo; è uno dei pochi metodi che forniscono informazioni stagionali negli oceani tropicali, ma è difficile avere campioni più lunghi di 400 anni quindi si hanno brevi intervalli, ma fino a 130000 anni fa; le zone studiate sono le barriere coralline tropicali del Mar Rosso, Australia, Pacifico. 6) Sedimenti marini: gli isotopi dei microfossili rivelano la temperatura, la salinità, la CO2 atmosferica, le sabbie rivelano le correnti oceaniche, le tempeste di sabbia e la nascita di iceberg; la risoluzione è tipicamente di centinaia o migliaia di anni, raramente stagionale; la datazione è radiometrica per i fossili fino a 40000 anni fa, poi si può correlare ai cambiamenti regolari dell’orbita terrestre fino a milioni di anni fa; i sedimenti marini coprono la maggior parte della Terra e forniscono registrazioni continue che contengono informazioni locali e globali e possono sincronizzare eventi diversi; si arriva fino a 180 milioni di anni fa in alcuni luoghi, le migliori risoluzioni si hanno per periodi più recenti negli ultimi 20000 anni; le aree studiate comprendono tutti gli oceani.
Science, 27 Apr 2001, Vol. 292, pg. 686 - James Zachos - Negli ultimi 65 milioni di anni il clima della Terra ha sperimentato continue variazioni fino a condizioni estreme, da temperature tropicali estese e calotte polari libere da ghiaccio ad estesi ghiacciai continentali e calotte polari ghiacciate. Le variazioni climatiche a più alta frequenza (periodo di 10000-100000 anni) sono state provocate dalle oscillazioni dell’orbita terrestre (eccentricità, obliquità e precessione) e quindi dall’incidenza dell’energia solare, ma le maggiori variazioni sono state controllate dai vasti movimenti tettonici e quindi dalla topografia continentale e dalla concentrazione dei gas serra; in particolare l’apertura dell’Atlantico settentrionale, l’isolamento dell’Antartide con l’apertura degli stretti di Tasmania e di Drake, la collisione dell’India con l’Asia e la formazione dell’istmo di Panama, infine la riduzione della concentrazione di CO2. La storia climatica della Terra è stata ricostruita attraverso l’analisi dei sedimenti marini e terrestri mediante il contenuto degli isotopi O-18 e C-13 per tutto il Cenozoico (Terziario). I campioni sono stati prelevati durante il Deep Sea Drilling Project (DSDP) e lo Ocean Drilling Project (ODP) ed i bassi contenuti di O-18 corrispondono alle più alte temperature. Per tutto il Paleocene ed Eocene fino a 33 milioni di anni fa la concentrazione di O-18 è stata inferiore allo 0,2%, un rapido innalzamento di questa concentrazione all’inizio dell’Oligocene (0,25%) portò alla espansione dei ghiacciai in Antartide ridottisi poi dal tardo Oligocene fino alla metà del Miocene, fra 27 e 15 milioni di anni fa (O-18: 0,16%); successivamente si assiste ad un progressivo aumento dello O-18 e nel Pliocene anche la calotta artica si copre di ghiacci. Indicative delle maggiori perturbazioni del clima sono le brusche variazioni nella concentrazione dell’isotopo C-13 (aberrazioni). La più evidente si ha 55 milioni di anni fa e corrisponde al Late Paleocene Termal Maximum (LPTM), è il momento dell’apertura del Nord Atlantico e del contatto fra India e Asia, un brusco salto dello 0,3% nel contenuto di C-13 indica un aumento dei gas serra forse provocato dalla emissione e successiva ossidazione di gas metano dai clatrati marini per riscaldamento delle acque profonde dovuto ad un cambiamento della circolazione marina. Nell’Oligocene si ha l’isolamento ed il raffreddamento dell’Antartide con l’apertura degli stretti di Tasmania e di Drake (33 e 29 milioni di anni fa). Una seconda aberrazione si ha al passaggio fra Oligocene e Miocene 23 milioni di anni fa con una serie di glaciazioni, estinzioni di coralli e la nascita delle moderne balene. L’ultimo evento tettonico importante si ha alla fine del Miocene, 5 milioni di anni fa, quando si uniscono America del Nord e del Sud con la formazione dell’istmo di Panama che blocca la circolazione fra Atlantico e Pacifico e da inizio all’interscambio di animali fra nord e sud dell’America.
Science, 8 Jun 2001, Vol. 292, pg. 1839 - David B. Sandalow - La pressante richiesta di intervenire sui fattori che influenzano i cambiamenti climatici iniziati a livello mondiale è fondata su dati scientifici e risultati di analisi. a) Lo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) prevede che in assenza di ogni intervento, entro il 2100 la temperatura mondiale aumenterà da 1,4 a 5,8 °C per l’effetto dei gas serra (GHG: Greenhouse Gas), aumento senza precedenti negli ultimi 10000 anni. L’impatto sull’ambiente sarebbe drammatico con inondazione di tutte le aree costiere e l’aumento generalizzato delle perturbazioni meteorologiche. Attualmente si assiste ad un completo scollamento fra richiesta di interventi e risposta politica. b) Un intervento richiede modifiche pesanti sulle infrastrutture della produzione di energia che attualmente impegnano enormi capitali e bisogna subito sbloccare le innovazioni tecnologiche che possano ridurre le emissioni di GHG. c) Le risposte politiche sono bloccate da fattori nazionali e di cultura che rendono inaccettabili le conseguenze economiche di questi interventi. d) Le nazioni industrializzate sono responsabili per la maggior parte dell’aumento dei GHG (ad esempio le emissioni USA sono 20 volte quelle dell’India) ed hanno anche le maggiori risorse per un intervento immediato; tuttavia alcune delle nazioni emergenti (la Cina per esempio) sono proiettate a sorpassare nei prossimi 20 anni le emissioni di molti paesi industrializzati e dovranno quindi essere coinvolte nel programma di controllo delle emissioni. Nel 1992 160 nazioni hanno adottato la Convention on Climate Change delle Nazioni Unite ed hanno fissato come obiettivo per le nazioni industrializzate di tornare entro il 2000 alle emissioni del 1990. In realtà ad oggi le emissioni di molte nazioni sono aumentate. Un trattato a breve e medio termine dovrebbe raggiungere tre obiettivi base: 1) creare forti incentivi per la riduzione dei GHG; 2) iniziare una cooperazione internazionale con criteri di costo/efficacia; 3) prevedere opzioni e flessibilità. Un trattato dovrà promuovere le seguenti azioni: Obiettivi di emissione dei GHG per ogni nazione in un tempo specificato lasciando la massima flessibilità su come e dove agire (sviluppi tecnologici e carbon tax). Impegno legale con incluse penalità per i partecipanti. Strategie sul tipo di GHG: oltre alla CO2 vi sono altre emissioni come metano ed ossidi di azoto su cui agire. Verifiche su periodi di molti anni per eliminare le variazioni annuali. Scambi di quote di emissioni e loro valorizzazione economica. Sequestrazione della CO2 mediante azioni sulla biosfera del territorio (afforestazione). Incentivi alle nazioni in via di sviluppo per adeguare lo sviluppo economico ai criteri di riduzione delle emissioni.
Science, 22 Jun 2001, Vol. 292, pg. 2261 - Steven C. Wofsy - L’emissione di CO2 per l’uso dei combustibili fossili è aumentata di circa il 40% negli ultimi 20 anni, ma il totale della CO2 accumulatasi nell’atmosfera è rimasta stazionaria o si è addirittura ridotta. La rimozione della CO2 è opera delle foreste e di altri componenti della biosfera, in particolare le foreste del Nord America e del nord Eurasia, nelle regioni a media latitudine. Molto importante è la funzione della materia organica distribuita nel suolo e conservata nei prodotti che non viene normalmente inventariata. In Cina, dagli anni ‘70, è stata perseguita una politica nazionale di riforestazione e afforestazione (piantagione di nuove foreste) e si è invertita la tendenza al declino delle foreste iniziata nel 1949. Negli USA, invece, l’uso delle terre è largamente privato e l’industria del legno è condizionata dal mercato. Una spinta a razionalizzare le politiche riguardanti le foreste potrà mitigare per molti decenni il bilancio della CO2.
Science, 27 Jul 2001, Vol. 293, pg. 583 - Richard A. Kerr - Lunedì scorso i rappresentanti di 178 nazioni si sono accordati su come combattere il riscaldamento globale della Terra e ci si aspetta che molte nazioni ratificheranno gli accordi per mettere in esecuzione il protocollo di Kyoto senza gli USA. Dopo che il Presidente Bush ha rigettato gli accordi di Kyoto le altre nazioni hanno deciso per un compromesso. Si è accettata una maggiore flessibilità, la possibilità di scambiare crediti fra le nazioni con progetti atti a ridurre le emissioni anche in paesi in via di sviluppo come la costruzione di dighe idroelettriche e l’uso appropriato del suolo e delle foreste per assorbire l’anidride carbonica. Sono state per il momento cancellate le penalità per chi non raggiunge gli obiettivi rimandandole a quando il protocollo diventerà operativo. Tutti hanno bisogno di fare prima esperienza su quali costi si dovranno affrontare. Non è stato un grande successo, ma neppure un disastro.
Science, 12 Oct 2001, Vol. 294, pg. 309 - Sallie W. Chisholm - Gli oceani hanno un ruolo chiave nella regolazione del clima e nell’assorbimento dell’anidride carbonica. Sulla superficie degli oceani il fitoplancton, formato da organismi fotosintetici unicellulari, converte la CO2 in carbonio organico ed è responsabile per circa metà di tutta la CO2 assorbita sulla Terra. Questo carbonio organico viene poi utilizzato dalle catene alimentari e rigenera CO2 con la respirazione, ma una parte finisce nelle profondità dell’oceano e quindi viene sequestrato. Questo processo rappresenta una pompa biologica per la riduzione dell’effetto serra come la riforestazione e l’immagazzinaggio di CO2 in formazioni geologiche o l’iniezione nelle profondità dell’oceano. Alcuni hanno speculato sulla possibilità di fertilizzare gli oceani per aumentare su larga scala la produzione di questo carbone organico ed il problema è stato studiato a fondo. Per molto tempo si è ritenuto che la produttività dell’oceano fosse limitata dalla quantità di azoto e fosforo presente nelle acque, ma si è visto che in vaste aree del Pacifico questi elementi sono sempre abbondanti e si è supposto che il limite fosse dovuto alla scarsità del ferro necessario alla clorofilla. Poiché molto ferro è trasportato dalle polveri dell’atmosfera si è costatato che negli ultimi 180000 anni maggiore era il contenuto di polveri minore era quello di CO2 nell’atmosfera. Così negli ultimi 10 anni si sono fatte 4 sperimentazioni su piccola scala (100 kmq) di fertilizzare con ferro le acque dell’oceano. Benché i risultati non siano stati conclusivi, la stampa ha dato credito alla validità dell’idea. Ci sono in realtà molte controindicazioni. La fertilizzazione non imita la natura perché gli effetti riscontrati sono avvenuti in tempi geologici mentre il sistema proposto provocherebbe in tempi brevi modifiche consistenti all’equilibrio dell’ecosistema. I modelli prevedono riduzione o totale assenza di ossigeno nelle acque profonde e aumento della fauna microbica anerobica con produzione di maggiori quantità di metano e ossidi di azoto che hanno un maggiore potenziale di effetto serra. Utilizzando tutta la disponibilità di azoto e fosforo degli oceani si potrebbe assorbire il 15% della CO2 prodotta dall’uomo, ma non sarebbe una soluzione permanente perché la ricircolazione delle acque dell’oceano nei prossimi 100 anni la riporterebbe nell’atmosfera. Il carbone organico viene sequestrato in cicli più o meno lunghi e l’uomo bruciando attualmente i combustibili fossili riporta nell’atmosfera carbone sequestrato in epoche geologiche. Ogni azione di sequestro attuabile ha un ciclo molto più breve e potrebbe solo mitigare l’effetto serra. Onde evitare potenziali problemi è opportuno escludere ogni incentivo di profitto a queste operazioni escludendole dal mercato dei crediti.
Science, 26 Oct 2001, Vol. 294, pg. 802 - John A. Church - Ci si aspetta che il livello del mare si alzi in conseguenza del riscaldamento globale dovuto all’effetto serra. Secondo l’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) la stima dell’innalzamento per il XX secolo è bassa rispetto alle osservazioni che variano da 1 a 2 mm/anno. Le proiezioni del modello per il XXI secolo sono quindi sottostimate. Diversi sono i fattori che contribuiscono all’innalzamento del livello. Il contributo più importante è quello dell’espansione termica, un altro è lo scioglimento dei ghiacci ed infine la variazione dell’immagazzinaggio di acqua nelle terre emerse. Le osservazioni sono basate sulle misure da satellite dei livelli del mare che però coprono un periodo minore di 10 anni. Per il periodo 1993-98 le misure degli altimetri dei satelliti hanno dato un innalzamento di 3,2 +/- 0,2 mm/anno e di questa l’espansione termica dovuta alla variazione termica dei primi 500 m di profondità degli oceani contribuisce per 3,1 +/- 0,4 mm/anno. Nel più lungo periodo del 1955-96 l’espansione termica per una profondità dei primi 3000 m è stata stimata pari a 0,5 +/- 0,05 mm/anno, ma altre stime variano fino a 1,6 e 1,8 mm/anno. I dati disponibili non sono però sufficienti e l’innalzamento del livello non è uniforme in tutti gli oceani; molto lavoro bisogna ancora fare per riconciliare i modelli con le osservazioni.
Science, 18 Jan 2002, Vol. 295, pg. 451 - Richard B. Alley - Le calotte di ghiaccio in Groenlandia ed Antartide hanno un’importanza fondamentale nel sistema climatico globale della Terra. Immagazzinando enormi volumi di ghiaccio hanno effetti, oltre che sul livello degli oceani, sulla circolazione globale e quindi sul clima. L’attenzione degli studiosi si è concentrata sulla calotta di ghiaccio dell’Antartide occidentale che è cambiata fortemente da quando si è formata pochi milioni di anni fa e non è rimasta statica durante l’osservazione sistematica dell’uomo iniziata pochi decenni fa. Difficile è predire il futuro e stabilire se cresce o diminuisce misurando il volume di neve che si aggiunge e la velocità con cui il ghiaccio fluisce in particolare verso il Mare di Ross. Dagli ultimi risultati che hanno sfruttato rilevamenti interferometrici con i radar a apertura sintetica, sembrerebbe che il bilancio sia positivo e che la calotta si stia accrescendo (circa 26,8 gigaton per anno) mentre le prime misure davano una diminuzione (-20,9 gigaton per anno).
Science, 3 May 2002, Vol. 296, pg. 825 - Richard A. Kerr - Un’enorme lastra di ghiaccio della Penisola Antartica si è recentemente staccata dalla terra e spezzata dopo aver subito un riscaldamento di 2,5 °C negli ultimi 50 anni. Tuttavia altri ghiacciai si stanno ispessendo ed avanzano dimostrando un maggiore raffreddamento. La variabilità del clima della regione antartica è dominata dalle fluttuazioni dei venti del vortice circumpolare. Per correlare le perdite di ozono sulla stratosfera con le variazioni climatiche si sono utilizzate le osservazioni dei palloni lanciati da luoghi diversi intorno al continente. Si sono tracciate le oscillazioni di pressione a dente di sega che si verificano fra il polo e l’anello dei venti intorno al continente e costituiscono ciò che viene chiamato Antarctic Oscillation (AAO). La perdita di ozono in primavera riduce l’assorbimento delle radiazioni ed il riscaldamento fino agli strati bassi dell’atmosfera. Questo raffreddamento rinforza il vortice e sembra contribuire al riscaldamento osservato sulla Penisola Antartica e sulla Patagonia ed al raffreddamento sul resto della piattaforma antartica.
Science, 31 May 2002, Vol. 296, pg. 1621 - Jelte Rozema - La riduzione dello strato di ozono sopra l’Antartide è stata osservata per la prima volta fra il 1979 ed il 1984 ed ha provocato molte preoccupazioni per l’aumento delle radiazioni ultraviolette pericolose fra 280 e 315 nm dette UV-B. La riduzione dell’ozono viene attribuita essenzialmente ad agenti chimici prodotti dall’uomo, specialmente i composti di clorofluorocarbonio (CFC). Tuttavia ozono e UV-B cambiano anche naturalmente e le ultime ricerche hanno mostrato come sono variate su scale di tempo di centinaia di anni. A lunghezze d’onda inferiori a 242 nm le radiazioni UV dissociano la molecola dell’ossigeno e lo ricombinano per produrre ozono; l’ozono assorbe le radiazioni UV fra 200 e 340 nm e quelle dello spettro visibile e trasferisce energia nella stratosfera. La concentrazione dell’ozono quindi modula la temperatura della stratosfera, influisce sulla sua circolazione e varia direttamente la radiazione UV-B ricevuta sulla superficie terrestre anche se è difficile relazionare i due dati. Misure sistematiche a terra e da satellite dell’ozono e del livello di UV-B a terra esistono solo dalle ultime due decadi. I dati mettono in relazione l’attività solare, la concentrazione dell’ozono ed il livello di radiazione UV-C (fra 10 e 280 nm). Quando l’attività solare è alta è alta anche la UV-C e la concentrazione dell’ozono e quindi si riduce il livello di UV-B al suolo. Durante il ciclo di 11 anni dell’attività solare c’è una variazione della colonna di ozono ai tropici del 6% ed è evidente l’anticorrelazione fra ozono totale e livello di UV-B al suolo. La ricostruzione storica ha mostrato che un minimo di attività solare si è avuto fra il 1645 ed il 1715 (3-4% meno di oggi) e quindi era più elevato il livello di UV-B al suolo. Le piante sottoposte ad un livello più alto di UV-B sviluppano pigmenti protettivi. Attualmente la maggiore attività solare rispetto a quella del secolo passato sovracompensa gli effetti sull’ozono prodotti dall’uomo.
Science, 14 Jun 2002, Vol. 296, pg. 1971 - Brian C. O’Neill - L’Articolo 2 della convenzione delle Nazioni Unite sul cambiamento climatico stabilisce come obiettivo a lungo termine la stabilizzazione della concentrazione dei gas serra ad un livello che impedisca una dannosa interferenza antropogenica con il sistema climatico. La dannosa interferenza può essere vista sotto diverse prospettive e coinvolge considerazioni scientifiche, economiche, politiche, etiche e culturali, inoltre i legami tra emissioni e concentrazioni dei gas serra e variazioni climatiche sono incerte. L’11 giugno 2001 il Presidente degli USA, George W. Bush ha affermato che i limiti delle emissioni stabilita dal Protocollo di Kyoto sono arbitrarie e non basate sulla scienza e nessuno sa dire con certezza quale sia il livello dannoso da evitare. Si possono proporre diverse interpretazioni plausibili di una interferenza dannosa. La pericolosità va vista rispetto a due criteri di preoccupazione identificati dallo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): l’allarme per una minaccia ad un sistema unico e l’allarme per il rischio di una discontinuità su larga scala del clima. Un potenziale indicatore di un rischio a lungo termine sono le barriere coralline che attualmente sono vicine al loro limite termico di esistenza. Il permanere di stagioni calde consecutive rischia la distruzione definitiva delle barriere coralline. Un esempio del primo caso è la disintegrazione del West Antarctic Ice Sheet (WAIS), un esempio del secondo caso è l’indebolimento o l’interruzione della circolazione su larga scala degli oceani prodotta dalle differenze di densità (thermohaline circulation o THC). La disintegrazione del WAIS produrrebbe l’aumento del livello del mare di 4-5 m che sarebbe catastrofico anche se avverrebbe gradualmente. La probabilità di questo evento si verifichi durante questo secolo è bassa; alcuni dati suggeriscono che questo evento si è già verificato nel passato per una modesta sopraelevazione di circa 2 °C medi globali, altre stime la danno per certa con 3°C medi globali o 10°C medi locali ed il processo potrebbe durare da 5 a 50 secoli. Anche la THC ha subito interruzioni nel passato e molti modelli indicano una correlazione fra indebolimento della THC ed aumento della concentrazione dei gas serra. Riguardo agli obiettivi di temperatura il limite di 1 °C sopra il livello medio globale del 1990 eviterebbe danni irreparabili al sistema delle barriere coralline, il limite di 2 °C è giustificato per proteggere il WAIS, il limite di 3 °C su 100 anni è per evitare l’interruzione della THC. La relazione fra valori stabilizzati delle concentrazioni di CO2 ed i limiti di temperatura su 100 anni (nel 2100) fanno corrispondere rispettivamente i 450, 550, e 650 ppm di CO2 agli intervalli di temperatura 1,2-2,3 °C, 1,5-2,9 °C e 1,7-3,2 °C. Probabilmente non sarà possibile assicurare protezione alle barriere coralline, ma i 450 ppm potrebbero bloccare la disintegrazione del WAIS, anche se non è sicuro, ed è probabile che sarebbe evitata l’interruzione della THC. Certo è preferibile prendere provvedimenti subito piuttosto che attendere, sia per tenere conto dell’inerzia del sistema che per stimolare lo sviluppo delle tecnologie, ma un ritardo può ridurre i costi anche se potrebbe poi richiedere riduzioni più elevate e irrealistiche. Se le raccomandazioni di Kyoto sulle emissioni vengono soddisfatte entro il 2010 dalle nazioni industrializzate i limiti prospettati potranno essere ottenuti con un rate di riduzione delle emissioni variabile dall’1% al 3% annui a causa della dipendenza critica dal ciclo del carbonio nell’atmosfera; invece con un ritardo di 10 anni nei provvedimenti (entro il 2020 invece che nel 2010) per raggiungere gli stessi obiettivi il rate di riduzione necessario potrebbe variare dal 2% all’8% annui.
Science, 21 Jun 2002, Vol. 296, pg. 2129 - Paul Webster - Per essere ratificato il Protocollo di Kyoto richiede l’adesione di un numero di nazioni industrializzate che contribuiscano almeno per il 55% dell’emissione totale di carbonio. Il ritiro degli USA con il loro 36% di emissione ha messo in crisi il trattato, ma la Russia con il suo 17% si è recentemente fatta avanti dichiarandosi pronta ad aderire e contribuire al salvataggio. In realtà la Russia si aspetta di scendere sotto del 20% rispetto ai livelli del 1990 quando il protocollo diventerà operativo nel 2008 grazie alla crisi economica ed alla crescita delle foreste. In questo modo la Russia ritiene di avere il monopolio del credito delle emissioni, credito che potrà essere venduto a nazioni come l’Europa ed il Giappone guadagnando decine di miliardi di dollari. Tuttavia vi sono molti dubbi sugli inventari delle emissioni; se la Russia non potrà dimostrare la riduzione delle sue emissioni rispetto al 1990 le sue speranze di incassare diventano improbabili. Nel 1997 un gruppo di scienziati incaricati dalle Nazioni Unite (UN) ha rivelato problemi metodologici nei dati dei Russi. I dati sulle emissioni di metano sono non affidabili e basati su assunzioni ipotetiche. Due anni dopo una nuova ispezione delle UN ha scoperto assenza di dati accettabili su industrie importanti come quelle dellacarta, asfalto, vetro, ferro, acciaio e metalli non ferrosi. Un altra osservazione riguarda l’uso diffuso da parte delle industrie di bruciare i sottoprodotti gassosi combustibili con grandi torce; si stima che 2,6 miliardi di mc di gas siano stati bruciati nel 2000 ed un’altra stima porta la cifra a 10,25. Inoltre il contributo delle foreste alla riduzione delle emissioni risulta molto incerto perché dipende dalla stima dell’età degli alberi.
Science, 30 Aug 2002, Vol. 297, pg. 1502 - Eric Rignot - I depositi di ghiaccio dell’Antartico e della Groenlandia contengono 33 milioni di kmc di ghiaccio corrispondenti a tanta acqua da aumentare il livello dei mari di 70 m. La caduta annuale di neve su queste regioni corrisponde a 6,5 mm di variazione del livello del mare e quindi uno sbilanciamento annuale fra caduta delle nevi e rilascio o scioglimento di ghiacci può dare un sostanziale contributo alle variazioni del livello del mare. Negli ultimi milioni di anni infatti le variazioni del livello del mare sono state controllate dai depositi di ghiaccio. Il ghiaccio dell’Antartico influenza il proprio clima e quello dell’oceano circostante, al contrario il clima della Groenlandia è fortemente influenzato dalle masse delle terre emerse del nord Atlantico e dalla Corrente del Golfo. L’accumulazione annuale di neve è di 30 cm/anno, il doppio dell’Antartico, lo scioglimento avviene sulla metà dei depositi e l’acqua finisce nell’oceano. Durante l’ultima glaciazione, 21000 anni fa, i ghiacci erano molto più estesi e si sono ridotti allo stato presente nelle ultime migliaia di anni. Tre sono i metodi usati per misurare il bilancio dei depositi di ghiaccio. Il primo è quello di comparare lo scioglimento e il rilascio dei ghiacci con il totale delle precipitazioni nevose, queste ultime hanno un errore del 5% su vaste aree; lo scioglimento si stima sulla base di modelli basati sulle temperature positive giornaliere mentre il rilascio dei ghiacci si misura sulla linea di costa e misurando la velocità dei ghiacciai su larghe superfici con il Global Positioning System e metodi interferometrici con i radar ad apertura sintetica (InSAR). Il secondo metodo si basa sulle variazioni di elevazione dei depositi di ghiaccio mediante i radar altimetri dei satelliti (Seasat, Geosat, ERS-1 e ERS-2). Queste misure sono state effettuate sulla Groenlandia e l’Antartico dal 1978 ed estensivamente in Groenlandia negli anni ‘90 mediante radaraltimetri da aerei. La NASA ha lanciato ultimamente il satellite ICESat con un altimetro laser e l’Europa il Cryosat che hanno aumentato l’accuratezza delle misure. Il terzo metodo è basato sulla misura della variazione del peso del ghiaccio mediante misure della variazione di gravità; per questo la NASA ha lanciato la missione GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). I risultati delle misure degli anni ‘90 sulla Groenlandia hanno mostrato che le zone più alte dei depositi di ghiaccio sono sostanzialmente stabili con una riduzione vicino le coste più pronunziata nel sud-est e nel nord-ovest. In modo conservativo si stima la perdita in 50 kmc/anno sufficiente ad alzare il livello dei mari di 0,13 mm. Le misure in Antartico sono più difficili perché il continente non è ben coperto dai satelliti attuali e misure accurate sono state fatte solo per regioni limitate. Le poche stime indicano che il budget risulta positivo fra 42 e 436 kmc/anno e quindi l’Antartico non dovrebbe contribuire all’innalzamento del livello del mare. Lungo le coste dell’Antartico occidentale vi sono estese zone di strati di ghiaccio marino poco stabili con i cambiamenti climatici. Ha preoccupato il recente distacco di un’enorme lastra di ghiaccio dalla Penisola Antartica che, pur non avendo effetti sul livello del mare, potrebbe accelerare la discesa dei ghiacciai verso il mare oltre a modificare la circolazione dell’oceano; c’è ora l’opportunità di verificare queste conseguenze. La Penisola Antartica ha subito negli ultimi 50 anni un aumento di temperature da 2 a 3 °C e, benché rappresenti solo il 7% dalla superficie dell’Antartico, i suoi ghiacci possono contribuire all’aumento del livello del mare di 1/3 di metro. Per l’Antartico dell’est, che rappresenta l’area più vasta, per il momento non si è in grado nemmeno di determinare il segno del bilancio di massa, l’Antartico occidentale potrebbe invece contribuire ad un innalzamento di 0,2 mm/anno che si sommerebbe allo 0,13 mm/anno prodotto dalla Groenlandia.
Science, 6 Sep 2002, Vol. 297, pg. 1623 - Richard A. Kerr - L’ultimo rapporto internazionale di 250 scienziati sullo stato dello strato protettivo di ozono trova che la riduzione della produzione degli agenti chimici che distruggono l’ozono, come il clorofluorocarbonio, ha avuto i suoi effetti positivi. La concentrazione di clorina ha raggiunto il suo picco sulla stratosfera; probabilmente in futuro l’ozono riprenderà ad aumentare ed entro la fine della decade il buco dell’ozono nell’Antartico dovrebbe iniziare a restringersi. Si assume naturalmente che gli accordi presi nel Protocollo di Kyoto del 1997 sulla limitazione delle emissioni delle sostanze dannose continuano ad essere mantenuti e che le rimanenti incertezze scientifiche non portino grosse sorprese. L’ultimo rapporto del 1998 lasciava molte incertezze. La grande eruzione del Monte Pinatubo del 1991 aveva sparso milioni di tonnellate di polveri nella stratosfera accelerando la perdita di ozono che aveva raggiunto un nuovo minimo. Negli ultimi 4 anni di osservazioni e ricerche si è visto che il buco dell’ozono nell’Antartico è aumentato solo di poco dalla metà degli anni ‘90 ed entro il 2010 dovrebbe iniziare a contrarsi. Novità incoraggianti vengono anche dall’Artico; le condizioni negative della prima metà degli anni ‘90 sono finite nel 1997 e 4 su 5 degli anni successivi hanno registrato basse perdite di ozono. Fuori dalle regioni polari, alle medie latitudini, la riduzione dell’ozono si è fermata, ma non si sa con certezza il motivo, forse i cambiamenti nella circolazione e la dinamica dell’atmosfera sono stati il fattore chiave. Incerti sono infatti gli effetti sull’ozono del cambiamento climatico nell’Artico e nella stratosfera.
Science, 1 Nov 2002, Vol. 298, pg. 981 - Martin I. Hoffert - Più di 100 anni fa Arrhenius avanzò l’idea che l’anidride carbonica prodotta dall’impiego dei combustibili fossili avrebbe aumentato l’assorbimento agli infrarossi dell’atmosfera riscaldando la Terra. Nel XX secolo la popolazione umana si è quadruplicata ed il consumo di potenza è aumentato di 16 volte; ora l’effetto serra è diventato più credibile. La CO2 atmosferica è aumentata da 275 a 370 ppm e passerà a 550 alla fine del secolo. I modelli climatici indicano che questo comporterà un aumento di temperatura pari, ma di segno opposto a quello dell’ultima era glaciale. La Commissione della Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici chiede di stabilizzatore la CO2 a 450 ppm per evitare la distruzione delle barriere coralline, la modifica della circolazione negli oceani e la disgregazione dei ghiacci dell’Antartico occidentale. Questa stabilizzazione richiede sforzi enormi; il Protocollo di Kyoto ha chiesto alle nazioni sviluppate di portare le emissioni 5% sotto i livelli del 1990 fra il 1008 e il 2012, ma ciò è stato visto come un freno allo sviluppo economico e gli USA si sono rifiutati, ma è anche insufficiente e mancano le tecnologie per raggiungere l’obiettivo. La seguente analisi vuole esplorare tutte le possibilità che si offrono per affrontare il problema.
Aumentare l’efficienza - Ci sono margini per aumentare i rendimenti nella generazione di potenza, nel trasporto, nelle fabbricazioni e nel condizionamento. Le tecnologie mature sono ben caratterizzate: i grandi generatori elettrici hanno rendimenti del 98-99%, i motori 90-97%, le turbine a vapore 35-50%, i motori diesel 30-35%, i motori a combustione interna 15-25%. Il rendimento delle fuel cells elettrochimiche è limitato dagli elettroliti e catalizzatori, ora è del 50-55% e si potrà arrivare al 70%; l’estrazione dell’idrogeno per le fuel cells con i reformers ha una resa del 75-80%. I convertitori di energia rinnovabile come le cellule fotovoltaiche (PV) hanno un rendimento del 15-20% con un picco del 24% per le singole celle cristalline, è più alto per quelle multibanda e più basso per i film amorfi a basso costo. Le turbine eoliche hanno un rendimento di 30-40% (teorico 59%). I sistemi di illuminazione producono più calore che luce: rendimento delle lampade a vapore di sodio 15-20%, fluorescenti 10-12%, a incandescenza 2-5%. La fotosintesi da luce solare a energia chimica ha un’efficienza molto bassa (1-2%) con un picco teorico dell’8%.
Decarbonizzazione e sequestrazione - La riduzione delle emissioni di CO2 per unità di energia prodotta viene chiamata decarbonizzazione. L’uso dell’idrogeno porterebbe ad una completa decarbonizzazione, ma l’idrogeno non esiste in natura e la sua produzione richiede l’uso di gas naturale (CH4) con efficienza 72% o petrolio (76%) o carbone (55-60%), ma in questo modo si produrrebbe più CO2 per unità di calore generato che con l’uso diretto dei combustibili fossili. Le risorse di combustibili fossili sono in ordine di abbondanza: il carbone, il petrolio ed i gas. Una soluzione per l’uso di queste risorse è di sequestrare la CO2 prodotta in apposite riserve che includono gli oceani, gli alberi,, il suolo, i campi di estrazione di gas e petrolio, le acque saline profonde, le miniere ed i carbonati. Il recupero della CO2 prodotta da sorgenti mobili come le automobili può essere fatta tramite la forestazione, ma questa capacità è limitata anche nel tempo perché la CO2 viene restituita con la decomposizione. Per una sequestrazione biologica a lungo periodo si devono sotterrare gli alberi o affondare nelle profondità degli oceani i residui agricoli. Si sta studiando la sequestrazione della CO2 nelle profondità del mare garantendo lunghi periodi, ma per sorgenti di potenza di 10-20 Tw le quantità in gioco sono enormi e sono necessari sostanziali investimenti in ricerca.
Fonti rinnovabili - Le tecnologie rinnovabili includono le biomasse, il solare (termico e fotovoltaico), il vento, l’energia idroelettrica (già vicina alla saturazione), le fonti geotermiche e l’oceano come fonte termica e delle maree. Tutte queste fonti rinnovabili soffrono di una bassa densità di potenza per unità di area e, a parte quella prodotta dalla combustione del legno e dai sistemi idroelettrici, ammontano a meno dell’1% della potenza globale. La fotosintesi ha una densità di potenza di circa 0,6 w/mq. 10 Tw di potenza dalle biomasse richiedono il 10% della superficie terrestre confrontabile con tutta l’agricoltura umana. 10 Tw elettrici da array fotovoltaici richiedono una superficie di 220000 kmq (quadrato di 470 km) mentre tutte le celle PV prodotte dal 1982 al 1998 possono coprire solo 3 kmq. Ci si aspettano molti progressi nelle celle PV e nelle centrali eoliche, ma si tratta di sorgenti intermittenti e disperse e devono essere integrate con altre infrastrutture con generatori a idrogeno da elettrolisi e fuel cells per assicurare la continuità. Le fuel cells a loro volta richiedono oggi membrane catalitiche al platino e per 10 Tw di potenza la richiesta di platino sarebbe 30 volte la produzione mondiale. Un’altra opzione e la realizzazione di centrali solari spaziali. Nello spazio il flusso solare è 8 volte quello medio sulla Terra e, supposta una efficienza del 60% nella trasmissione a microonde si possono ottenere 75-100 w/mq da celle PV nello spazio, 1/4 della superficie necessaria a terra a parità di potenza. La centrale potrebbe essere localizzata in orbita geostazionaria o su una costellazione di satelliti a 200-10000 km di altezza o sulla Luna o sul punto di Lagrange esterno L2. C’è la possibilità di usare specchi nello spazio per convogliare l’energia a microonde nelle aree di impiego.
Fissione e Fusione - Le centrali nucleari sono alimentate oggi dall’uranio 235 che quando viene bombardato con neutroni di pochi eV si divide in diversi elementi emettendo in media 2,43 neutroni e 202 MeV. L’uranio normale contiene lo 0,72% di uranio 235 e deve essere arricchito al 2-3% per formare le barre necessarie ai reattori. Le circa 500 centrali nucleari esistenti sono di tipi diversi: light water reactor (LWR) (ad acqua pressurizzata o no), ad acqua pesante, moderati a grafite e reattori a grafite raffreddati a gas. Queste centrali non emettono CO2, ma hanno i ben noti problemi dei rifiuti radioattivi e di proliferazione delle armi atomiche. Le disponibilità di uranio dalle miniere per installare una potenza di 10 Tw sarà sufficiente per 6-30 anni. Esiste poi l’uranio dissolto nelle acque del mare che ricercatori giapponesi pensano di estrarre mediante assorbenti organici, ma è un’impresa complessa. Nonostante i problemi ancora aperti la fusione sembra la soluzione valida a lungo termine. Il confinamento magnetico con il tokamak (camera toroidale per confinare il plasma) orientato alla reazione deuterio-trizio che produce He + n + 17,7 eV ha permesso di raggiungere il punto critico (Q = 1) cioè l’equilibrio fra potenza fornita e potenza prodotta dalla reazione, ma per una centrale sono necessari valori di Q maggiori (circa 10). Il trizio sarebbe prodotto dall’assorbimento dei neutroni da uno schermo di litio fuso ed il deuterio si estrae dall’acqua senza limitazioni. Altri esperimenti sono in corso con un più semplice confinamento magnetico detto levitated dipole experiment (LDX), un magnete a superconduttori in levitazione in una camera a vuoto. Per raggiungere una fattibilità pratica sono necessari dimensioni maggiori o maggiori campi magnetici, il progetto principale è l’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), ma il costo previsto di 10 miliardi di US$ ha bloccato gli USA nel 1998; ora c’è un rinnovato interesse ed il DOE svilupperà un piano per un magnetic fusion burning plasma experiment per approfondire i problemi del plasma. Non si è ancora vicini all’uso della fusione e non si può sperare su di essa per stabilizzare la CO2 entro la metà del secolo. Nel frattempo la fissione è ancora attuale fino al 2050 e si può ricorrere alla tecnica dei reattori a rigenerazione (breeder reactors) che sfruttano la fissione del plutonio 239 e uranio 233 che si produce nei reattori dal normale uranio 238 o dal torio 232 che è 3 volte più abbondante dell’uranio. Attualmente questi reattori sono illegali negli USA per il timore dei rifiuti radioattivi e della proliferazione nucleare ed anche Francia, Germania e Giappone hanno abbandonato i loro programmi. Un’altra idea è di usare un tokamak ibrido che sfrutta la fusione D-T e i neutroni emessi per produrre uranio 233 fissile dal torio e trizio autoalimentando le due reazioni di fissione, ricca di energia e povera di neutroni, e di fusione povera di energia e ricca di neutroni. Queste idee richiedono però forti programmi di ricerca e volontà politica.
Geoingegneria - Si chiama Geoingegneria l’ingegneria planetaria sulla Terra e gli altri pianeti per controllarne il clima. Per la Terra significa alterare il bilancio della radiazione solare per compensare l’effetto serra. La prima idea è quella di disporre un aerosol di solfato riflettivo nell’alta atmosfera o polvere submicroscopica che aumenta la nuvolosità introducendo nuclei di condensazione oppure si pensa di fare ombra sulla Terra con oggetti nello spazio. La proposta più ambiziosa è stata quella di disporre uno specchio di 2000 km di diametro e 19 micrometri di spessore, fabbricato con materiale lunare, nel punto interno di Lagrange L1. Questo specchio, che apparirà come un punto luminoso permanente, rifletterà il 2% del flusso solare compensando l’effetto di un raddoppio della CO2. L’uso di aerosol nella stratosfera potrebbe produrre invece una grande varietà di effetti climatici. Tuttavia tutti gli interventi geofisici sono inerentemente rischiosi e devono essere affrontati con prudenza.
Conclusioni - L’energia è critica per la prosperità e l’equità globale, ma la disparità fra quello che è necessario fare e quello che può essere fatto senza grandi compromessi può diventare sempre più grande man mano che aumenta l’economia globale e la necessità di una sempre più grande riduzione delle emissioni di CO2. Con le tecnologie elencate ci si deve allontanare sempre più dalla presente economia dei combustibili fossili perché l’effetto serra dipende da essi ed è un problema di energia. Stabilizzare il clima non è facile e richiede volontà politica, ricerca e sviluppo mirato e cooperazione internazionale.
Science, 22 Nov 2002, Vol. 298, pg. 1537 - Andrew Lawler - Un consorzio internazionale intende investire nei prossimi 10 anni 225 milioni di US$ su un progetto sul cambiamento climatico guidato dalla Stanford University di Palo Alto in California. Il progetto studierà i modi di ridurre il riscaldamento globale esaminando tutte le possibilità, dalla sequestrazione del carbonio all’economia basata sulla sostituzione dell’idrogeno al petrolio, carbone e gas naturali. I dati derivati dallo studio saranno resi pubblici. La ExxonMobil contribuirà con 100 milioni di US$, General Electric e EON, un fornitore di energia di Düsseldorf, Germania, contribuiranno con 50 milioni di US$ ciascuno, la Schlumberger, una compagnia di impianti per trivellazioni petrolifere, investirà 25 milioni di US$. L’università di Stanford e la Schlumberger hanno affrontato il problema della sequestrazione geologica del carbonio iniettandolo sottoterra invece di disperderlo nell’atmosfera. Nell’agenda degli argomenti sono inclusi i modi di ridurre le emissioni da effetto serra, l’uso di combustibili meno inquinanti, i metodi più economici per produrre idrogeno e le fonti alternative dal solare alla fusione nucleare. Si spera che i risultati siano utili alle nazioni sviluppate ed a quelle in via di sviluppo e di trovare modi di usare il petrolio in modo meno inquinante.
Science, 13 Dec 2002, Vol. 298, pg. 2110 - Erik Stokstad - Alcuni dei più grandi fiumi del mondo stanno riversando un 7% di acqua in eccesso nell’Oceano Artico rispetto a quanto avveniva negli anni ‘30, un aumento pari a 128 kmc all’anno. Questo risultato è coerente con le predizioni del modello climatico che indicano come le precipitazioni alle alte latitudini aumentano con l’aumentare delle temperature del pianeta. Se continua il riscaldamento, l’influenza di questa massa di acqua dolce può modificare la circolazione dell’oceano ed il clima nell’emisfero nord. Gli esperti però avvertono che troppo poco si sa per fare delle previsioni affidabili. I rilievi sui maggiori fiumi eurasiatici dell’Artico coprono 64 anni. Con l’aumento della temperatura aumenta l’evaporazione specie nelle zone subtropicali, l’aria calda porta più umidità e quindi maggiori precipitazioni quando le masse d’aria si portano alle alte latitudini. Si stima che per ogni grado di aumento globale della temperatura i sei fiumi eurasiatici verseranno nell’Oceano Artico 212 kmc in eccesso. Se la temperatura globale aumenterà di 5,6 °C entro il 2100 (la stima più alta del rapporto 2001 dell’Intergovernmental Panel on Climate Change) i fiumi porteranno ad un aumento del flusso di acqua dolce nell’Oceano Artico a 1260 kmc per anno. Questo aumento è preoccupante perché potrebbe mettere un freno alla corrente del Nord Atlantico detta Thermohaline Circulation (THC). Oggi le acque superficiali salate e fredde si immergono a grandi profondità e muovono verso sud mentre le acque superficiali più calde si spostano verso nord. Ogni aggiunta di acqua dolce nel Nord Atlantico riduce la densità dell’acqua di mare e rallenta la THC. L’interruzione della THC ha avuto serie conseguenze nel passato: 11000 anni fa un improvviso e massiccio afflusso di acqua dolce nel Nord Atlantico raffreddò l’Europa. Si stanno ora provando i sei maggiori modelli climatici includendo un maggior afflusso di acqua dolce nell’Artico ed i risultati sono attesi per la prossima primavera.
Science, 14 Mar 2003, Vol. 299, pg. 1645 - Richard A. Kerr - L’era glaciale di 20000 anni fa iniziò la sua fine quando un flusso di acque più calde arrivarono nel nord Atlantico. Esperti di modelli climatici delle università della British Columbia, di Seattle, Washington, e di Toronto in Canada propongono che l’oceano che circonda l’Antartico abbia giocato un ruolo fondamentale nella deglaciazione: 14700 anni fa un flusso di acqua proveniente da ghiacci disciolti ha influenzato il clima 10000 km a nord innescando il più grande spostamento climatico degli ultimi 25000 anni. Come ci raccontano i carotaggi di ghiaccio della Groenlandia, la storia della deglaciazione ha due fasi uguali che si ripetono: un primo riscaldamento seguito da un ritorno al clima glaciale ed un improvviso massiccio riscaldamento seguito da un altro ritorno al freddo prima del progressivo riscaldamento finale. Vicino al punto di svolta del massiccio riscaldamento, un intenso flusso di acqua dallo scioglimento dei ghiacci del Nord America entrò nel Nord Atlantico: mezzo milione di metri cubi di acqua al secondo per diverse centinaia di anni, come 5 fiumi degli Amazzoni, che alzarono il livello dei mari di 20 m. Questo picco si verificò 14700 anni fa. Tuttavia esaminando il modo con cui si è avuto l’innalzamento del livello del mare nelle diverse parti del globo, si è trovato che forse il contributo dominante al flusso di acque provenisse da un collasso dei ghiacci dell’Antartide. Così la storia della deglaciazione può essere stata diversa: sono state le acque disciolte dell’Antartico che hanno provocato il riscaldamento del Nord Atlantico. Il modello di circolazione della British Columbia ha mostrato che questo in realtà avviene.
Science, 4 Apr 2003, Vol. 300, pg. 67 - Ken O. Buesseler and Philip W. Boyd - La fertilizzazione degli oceani per rimuovere l’anidride carbonica dall’atmosfera ha provocato molti dibattiti fra i climatologi. Il metodo è stato visto con favore dai geoingegneri perché con l’aggiunta di quantità relativamente modeste di ferro in certe regioni dell’oceano si potrebbe aumentare molto il sequestro del carbonio. Per verificare il potenziale di fertilizzazione del ferro bisogna misurare il rapporto fra ferro aggiunto e l’ammontare del carbonio sequestrato sotto forma di particolato organico (POC: particulate organic carbon) nelle profondità dell’oceano in certe aree sperimentali e quindi, con opportuni fattori di scala, determinare se le quantità siano globalmente significative. Gli oceani meridionali sono le regioni più adatte alla fertilizzazione essendo ricche di nitrati e povere di clorofilla; aggiungendo ferro si arricchirebbe la biomassa di fitoplancton aumentando l’assorbimento di CO2. Sono stati eseguiti 3 esperimenti indicati come SOIREE (13 giorni), EisenEx-1 (21 giorni) e SOFeX (28 giorni). Tutti e tre gli esperimenti hanno mostrato un aumento delle biomasse, ma è stata limitata l’evidenza della formazione di POC. Nelle valutazioni finali si è stabilito che sarebbero necessarie un milione di aree come quelle occupate dagli esperimenti SOIREE o SOFeX per ottenere un flusso di POC equivalente al 30% del carbonio rilasciato annualmente dalle attività umane, ciò occuperebbe però un’area di 10E9 kmq più di 10 volte dell’intera area degli oceani meridionali. La fertilizzazione non sembra un’opzione economica ed attraente e bisognerà anche indagare sulle conseguenze ecologiche e sugli effetti collaterali che ne possano derivare.
Science, 23 May 2003, Vol. 300, pg. 1242 - Christian Körner - Le biomasse terrestri e l’humus del suolo immagazzinano tre volte il carbonio contenuto nella CO2 dell’atmosfera terrestre, ma parte di esso è molto dinamico nel senso che viene riciclato ogni 15 anni l’equivalente del carbonio contenuto nell’atmosfera terrestre. Le foreste hanno un ruolo importante perché circa il 90% di tutta la biomassa di carbone è immagazzinata negli alberi ed il 50% del carbone organico terrestre si trova nelle foreste, il bilancio fra rilascio e sequestro di carbonio dalle foreste può avere un forte impatto sulla concentrazione della CO2 nell’atmosfera. Un bilancio degli scambi di carbonio delle foreste può essere determinato con buona precisione misurando il flusso della CO2 mediante sensori disposti su pali al di sopra della volta delle foreste. Si determina così il Net Ecosystem Exchange (NEE) rate per unità di area. Durante la vita degli alberi (50-300 anni) circa il 98,0-99,7% delle foreste è nella fase di sequestro del carbone, ma integrando emissioni ed assorbimenti di carbonio su lunghi periodi e vaste aree essi si bilanciano. La riemissione di carbonio dipende dalla naturale morte degli alberi inoltre il fuoco ed il disboscamento può distruggere in poco tempo ciò che è stato accumulato in periodi di 50-300 anni, nel caso del disboscamento l’emissione avviene altrove, ma è sempre più rapida dei tempi di assorbimento. Anche se questi sistemi di rivelazione permettono di comprendere meglio i meccanismi di scambio della CO2 non si potrà però ottenere un quadro realistico a livello globale del contributo del territorio al sequestro del carbonio.
Science, 13 Jun 2003, Vol. 300, pg. 1677 - Klaus S. Lackner - Per una drastica riduzione delle emissioni di CO2 mantenendo contemporaneamente l’uso dei combustibili fossili è necessario la cattura ed il sequestro della CO2 almeno in attesa che siano disponibili tecnologie pulite in modo più economico. Le risorse di combustibili fossili eccedono oggi le 5000 gigatonnellate di carbone (GtC) e con un consumo mondiale di 6 GtC/anno si assicura un sufficiente tempo di transizione. Stabilizzare entro il 2050 la concentrazione della CO2 nell’atmosfera mantenendo lo sviluppo economico significa introdurre una produzione di energia senza emissione di CO2 e ridurre l’emissione a 2 GtC/anno e, per una popolazione che si proietta a 10 miliardi, corrisponde ad un’emissione per persona del 3% di quella attuale negli USA. Il sequestro deve avvenire su scala di multiterawatt su quasi tutta la CO2 prodotta ed il totale del carbone sequestrato nel 21mo secolo deve superare le 600 GtC. I tempi di conservazione e le capacità disponibili rendono molti metodi di sequestro irrilevanti e marginali. La capacità dell’oceano di assorbire acido carbonico è limitata anche se il suo periodo di mantenimento è di secoli. Probabilmente il miglior modo di sequestro su larga scala è quello di iniettare la CO2 sottoterra. L’uso delle riserve che immobilizzano petrolio o gas ha anche una capacità limitata. Nel Texas questo sistema assorbe circa 20 ton/anno di CO2 al prezzo d 10-15 US$/ton, ma in questo caso si tratta di CO2 estratta dai pozzi sotterranei. In generale caso per caso deve essere stabilito il tempo di vita di immagazzinaggio, l’instabilità sismica, le possibili migrazioni e l’integrità a lungo termine. Un metodo più costoso, ma più sicuro e permanente è di neutralizzare l’acido carbonico per produrre carbonati e bicarbonati, il metodo meno costoso è di neutralizzare la CO2 iniettandola dentro strati di minerali alcalini dove la CO2 gradualmente si dissolve. Neutralizzare acido carbonico con i carbonati produce soluzioni di bicarbonato che, se non iniettati sottoterra troveranno la loro strada verso l’oceano che fortunatamente può accettare molto più bicarbonato che acido carbonico. La produzione di carbonati insolubili è l’opzione migliore e per questo si tratta di estrarre rocce di serpentina ed olivina ricche di silicati di magnesio che possono reagire con la CO2. Questo porterebbe ad un costo di 10 US$/ton di CO2 che aggiungerebbe un costo di 0,5-1 cent/kWh di elettricità. Sono necessari però metodi migliori per accelerare la carbonatazione. Il retrofittaggio delle centrali esistenti sembra troppo costoso. Si apre la via a nuove centrali progettate per la cattura della CO2 ben concentrata e che eliminano anche l’emissione di tutti gli altri gas. Il nuovo sistema partirà dalla gassificazione del carbone i cui prodotti insieme a vapore verranno inviati attraverso un letto fluido di calce; l’ossigeno dell’acqua passerà al carbone, la CO2 verrà catturata dalla calce e si produrrà idrogeno ed il calore necessario. Una parte dell’idrogeno sarà utilizzata per la gassificazione del carbone un’altra parte sarà ossidata in una fuel-cell ad alta temperatura che produrrà elettricità e rigenererà il carbonato di calcio prodotto dalla calce. Si otterrà così una CO2 molto concentrata adatta al sequestro. Con un progetto accurato di una centrale come questa si potrà ottenere un’efficienza del 70% contro i 30-35% delle normali centrali a carbone. La CO2 emessa dalle automobili e dagli aerei non potrà essere assorbita perché il suo peso è tre volte quello del carburante e quindi questa deve essere recuperata dall’atmosfera usando la fotosintesi e disaccoppiando la generazione dal sequestro. Una predizione dei costi di sequestro è ancora incerta: nel lungo termine sono ottenibili 30 US$ per ton di carbone o 13 US$ per barile di petrolio o 25 cent per gallone di gas. Oggi il sequestro della CO2 è ottenibile più facilmente con le tecnologie disponibili di quanto non lo sia un passaggio immediato all’energia solare o eolica.
Science, 13 Jun 2003, Vol. 300, pg. 1740 - Tracey K. Tromp - Le fuel cells che possono produrre energia elettrica mediante ossidazione controllata di idrogeno molecolare sono un’alternativa ai combustibili fossili e porteranno ad una sostanziale riduzione dell’inquinamento urbano da ossidi di azoto e solfati, ma potrebbero avere un impatto sull’ambiente per dispersione di idrogeno nell’atmosfera. L’idrogeno costituisce solo lo 0,5 parti per milione per volume (ppmv) dell’atmosfera ed il suo budget è influenzato da emissioni antropogeniche, ma dominato da reazioni fotochimiche nell’atmosfera e nel suolo. Un’economia basata sulle fuel cell potrebbe incrementare molto la quantità di idrogeno rilasciata nell’atmosfera. Le perdite potrebbero essere dell’ordine del 10% ed arrivare al 20% e quindi di 60-120 Tg/anno, circa 4-8 volte l’attuale emissione antropogenica che è valutata a 5-25 Tg/anno. L’idrogeno disperso nell’atmosfera si muove liberamente fino alla stratosfera e la sua ossidazione produce umidità che raffredda la bassa atmosfera e disturba la chimica dell’ozono. Si è fatta un’indagine con un modello dell’atmosfera considerando diverse emissioni di idrogeno e le temperature e concentrazioni dell’acqua e dell’ozono. Si è usato il modello in due casi: con le attuali concentrazioni di idrogeno e metano e poi portando la concentrazione dell’idrogeno a 2,3 ppmv, circa 4 volte l’attuale valore. Gli effetti sono un aumento del vapore d’acqua nella stratosfera, una più bassa temperatura e la formazione di nuvole polari stratosferiche che provocano un aumento del buco nell’ozono. Questo significa che un aumento dell’emissione di idrogeno rallenterebbe il recupero dell’ozono atteso dopo il bando del clorofluorocarbonio e naturalmente ciò dipenderà dal tempo che impiegherà a svilupparsi l’economia dell’idrogeno, se in 20 anni, quando ancora il livello del clorofluorocarbonio è alto, o più di 50 anni, quando questo livello si sarà sostanzialmente abbassato. Anche l’andamento della crescita della concentrazione dell’idrogeno nell’atmosfera dipenderà dalle tecnologie impiegate e da un possibile assorbimento dal suolo il cui meccanismo è poco compreso. Vi sono inoltre altri tre potenziali impatti. Nel modello si ha una diminuzione della concentrazione di OH nella troposfera del 7% ed un aumento del 10% nella stratosfera e questo potrebbe cambiare il tempo di vita di altri gas come CH4 e CO. Il secondo effetto è la formazione di nuvole luminescenti nella mesosfera con aumento dell’albedo della Terra. Il terzo effetto è che l’idrogeno è un nutriente microbico e l’aumento della sua pressione parziale potrebbe avere effetti sulla comunità dei microbi.
Science, 1 Aug 2003, Vol. 301, pg. 575 - David Malakoff - Dopo il piano di ricerca emesso dall’Amministrazione Bush lo scorso anno, una versione rivista è stata rilasciata lo scorso 24 luglio. Il documento di 360 pagine per alcuni rappresenta un notevole miglioramento del programma governativo da 1,7 miliardi di US$, ma i critici ritengono che è stato preparato per ritardare gli interventi volti alla riduzione delle emissioni dei gas serra. L’Amministrazione Bush attualmente spinge per una maggiore ricerca di base come tattica di attesa. Il nuovo piano conferma la controversa decisione del 2001 di distaccarsi dall’accordo internazionale per la limitazione delle emissioni di carbone e riorganizza e da forza ai programmi scientifici per sviluppare tecnologie, come le automobili alimentate ad idrogeno, che possono ridurre a lungo termine le emissioni ma, come anche ha criticato il National Research Council, manca degli elementi base di un piano strategico, come obiettivi precisi, prodotti e scadenze. Il documento di revisione è rivolto alle 13 agenzie governative coinvolte nelle ricerche sul clima e definiscono 5 obiettivi con molti dettagli. - a) Migliorare la conoscenza sul clima passato e recente, la sua variabilità naturale, le cause di variabilità e cambiamenti. b) Migliorare la quantificazione delle forze che causano il cambiamenti climatici. c) Ridurre le incertezze nella proiezione dei futuri cambiamenti climatici. d) Comprendere la sensibilità e l’adattabilità degli uomini e dell’ecosistema naturale ai cambiamenti climatici. e) Esplorare l’uso ed i limiti delle nostre conoscenze a gestire i rischi. - Non si chiede agli scienziati di raccomandare scelte politiche, ma solo di spiegare ciò che si sa. La Casa Bianca si muove per orientare i finanziamenti allo scopo di accelerare quattro aree di ricerca di alta priorità. Nei prossimi 2 anni 100 milioni di US$ vengono aggiunti agli sforzi per quantificare gli effetti degli aerosoli sul clima, disporre boe per monitorare le condizioni dell’oceano, migliorare i modelli climatici e le stime di emissione ed assorbimento dell’anidride carbonica. Almeno 250 milioni di US$ all’anno saranno destinati alla costruzione di computer più veloci ritenuti necessari per ridurre l’incertezza dei modelli climatici. I critici notano che il piano insiste sulle incertezze della scienza del clima e sulla naturale variabilità. Bisognerà aspettare ancora 2 anni per avere chiare le prospettive di volontà politica.
Science, 31 Oct 2003, Vol. 302, pg. 759 - Jocelyn Kaiser - Quando nel 1995 e nel 2002 si staccarono le due enormi superfici di ghiaccio di Larsen, nella Penisola Antartica gli esperti ritennero che fosse troppo semplice attribuirlo ad un effetto del riscaldamento globale del pianeta. Il collasso della superficie ghiacciata e l’aumento di temperatura lungo la penisola (0,5 °C per decade durante l’ultimo mezzo secolo) non sembrano legati al riscaldamento generale che è 10 volte più lento ed inoltre alcune parti dell’Antartico si stanno raffreddando. I dati dei satelliti sulla riduzione di spessore del Larsen Ice Shelf dal 1992 è stata troppo rapida per essere dovuta al solo riscaldamento dell’atmosfera e la causa si fa risalire al riscaldamento dell’acqua al di sotto. La superficie di ghiaccio delle dimensioni del Lussemburgo si è frantumata in poche settimane. Lo spessore del ghiaccio si è ridotto di 18 m dal 1992 al 2001, ma il ghiaccio non riceve abbastanza energia solare per provocare questa riduzione. Anche se non ci sono sufficienti dati sulle temperature delle acque profonde del Mare di Weddell, queste si sono scaldate negli ultimi 30 anni. Tuttavia i dati dei satelliti sono imprecisi e quelli della temperatura dell’acqua pure e l’ipotesi vale solo come allarme soprattutto perché molti altri banchi di ghiaccio lungo le coste possono essere vulnerabili ed inoltre perché questi trattengono i ghiacciai sulla terra dallo scivolare verso il mare cosa che potrebbe fare alzare drammaticamente il livello del mare.
Science, 12 Dec 2003, Vol. 302, pg. 1925 - Robert T. Watson - La maggioranza degli esperti scientifici e dei governi riconosce che ci sono forti prove scientifiche che dimostrano come le attività umane stanno cambiando il clima della Terra. I cambiamenti del clima avranno effetti socioeconomici negativi ed i paesi in via di sviluppo ed i poveri saranno i più vulnerabili. La grandezza ed i tempi del cambiamento climatico dipenderanno dalla futura domanda di energia e dal modo con cui sarà prodotta ed usata ed anche dall’uso della terra che provoca a sua volta emissioni di gas da effetto serra ed aerosoli. Un ambizioso tentativo di negoziare dei limiti sull’emissione dei gas da effetto serra è contenuto nel Protocollo di Kyoto del 1997 preparato in una riunione di 160 nazioni in cui molti dei paesi industrializzati hanno accettato di ridurre le loro emissioni del 5-10% relativamente al livello emesso nel 1990. L’obiettivo a lungo termine è però di stabilizzare la concentrazione dell’anidride carbonica riducendo l’emissione al 5-10% del valore attuale. Il Protocollo di Kyoto è stato ratificato da tutte le maggiori nazioni industrializzate ad esclusione degli USA, Federazione Russa ed Australia. USA ed Australia hanno dichiarato che non lo ratificheranno per una serie di motivi mentre la dichiarazione della Federazione Russa è contraddittoria, ma la sua ratifica è essenziale perché il Protocollo entri in vigore. I motivi per cui gli USA hanno invalidato il Protocollo sono quattro. a) C’è ancora una notevole incertezza scientifica. b) Gli alti costi per la sua applicazione mettono in crisi l’economia americana. c) Non è equo perché una larga parte delle nazioni in via di sviluppo come l’India e la Cina non sono obbligate a ridurre le loro emissioni. d) Non sarà efficace perché le nazioni in via di sviluppo non sono obbligate a ridurre le loro emissioni nel lungo periodo. A questi motivi si può controbattere perché: a) se è possibile che i cambiamenti sul clima indotti dall’uomo siano stati sovrastimati è anche possibile che siano stati sottovalutati e l’incertezza scientifica non è una ragione per l’inazione in base al principio di precauzione; b) l’Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC) ha stimato che i costi per soddisfare al piano da parte degli USA sono compresi fra 14 e 135 US$ per tonnellata di carbone risparmiata ed una tassa di 5 centesimi per gallone di benzina equivale a 20 US$ per tonnellata di carbone; questi costi possono essere ulteriormente ridotti con il sequestro dell’anidride carbonica e con la riduzione di altre emissioni di gas da effetto serra; c) per ragioni di equità le parti hanno riconosciuto che le nazioni sviluppate hanno l’obbligo di fare il primo passo per ridurre le loro emissioni di gas serra perché l’80% di tutte le emissioni provengono da loro (gli USA da soli emettono il 25% del totale) mentre le nazioni in via di sviluppo non hanno i mezzi finanziari, tecnologici ed istituzionali per affrontare il problema; d) anche se è vero che la stabilizzazione dei gas serra a lungo termine richiede una loro riduzione globale e l’aumento previsto per i prossimi 100 anni deriverà soprattutto dai paesi in via di sviluppo, perché questi facciano la loro parte le nazioni industrializzate devono assumerne la guida. Si riconosce che il Protocollo di Kyoto è solo il primo passo di un lungo percorso per proteggere il clima ma, se gli USA non partecipano al progetto, è estremamente improbabile che i maggiori paesi in via di sviluppo accetteranno di limitare le loro emissioni. Uno sviluppo positivo nella situazione sta nel fatto che circa la metà degli Stati USA ha intrapreso delle azioni per la protezione del clima, c’è un certo numero di iniziative del Congresso USA per ridurre le emissioni di gas serra e nel Senato aumentano i sostenitori di un’azione a favore dei problemi del clima. Inoltre più di 40 compagnie multinazionali si sono accordati volontariamente per ridurre le emissioni e migliorare l’efficienza nell’uso dell’energia; hanno superato i loro obiettivi ed hanno ottenuto dei consistenti risparmi. Esistono o possono essere sviluppate le tecnologie per limitare la concentrazione dell’anidride carbonica a 450-550 parti per milione (ppm), ma è necessaria una volontà politica. Ci sono anche negli USA delle iniziative per sviluppare queste tecnologie, ma gli investimenti sono ancora insufficienti. Esistono anche degli obiettivi intermedi per coinvolgere le nazioni in via di sviluppo ed il problema offre l’opportunità per modernizzare i sistemi di energia e migliorare la competitività.
Science, 11 Jun 2004, Vol. 304, pg. 1618 - Erik Stokstad - Da un anno all’altro il suolo gelato dell’Artico, il permafrost, si va trasformando in un terreno inzuppato ed in un acquitrino di muschio. Nel Manitoba, al confine sud del Canada, la velocità di disgelo è triplicata in quattro decadi, il permafrost si ritira di 13 cm all’anno e si pensa che si perderà la maggior parte del permafrost in un secolo. Uno scioglimento generalizzato del permafrost può avere gravi conseguenze; nessuno sa quanto carbone sia congelato nei permafrost alpini e boreali, ma una stima va da 350 a 450 gigatonnellate, un quarto o un terzo di tutto il carbone della superficie e ci si domanda che cosa succederà se anche una frazione di questa quantità verrà liberata. Molte parti dell’Artico oggi si vanno riscaldando di più di ogni altra regione della terra, l’attuale modello climatico prevede che questo continuerà e si sospetta che lo scongelamento del permafrost spingerà in alto la temperatura globale nel prossimo secolo. Un suolo che rimane congelato per più di 2 anni viene considerato permafrost ed il suolo gelato costituisce un ottimo accumulatore di carbone perché le piante artiche ed i muschi vi si decompongono lentamente e come risultato la vegetazione assorbe più anidride carbonica dall’atmosfera. Per decine di migliaia di anni l’estremo nord ha accumulato carbone in questo modo ed in Siberia i depositi di torba si estendono per migliaia di chilometri e sono spessi centinaia di metri. Oggi il permafrost copre circa un quarto della terra dell’emisfero nord. Quando negli anni ’60 lo US Geological Survey ha cominciato a misurare l’aumento della temperatura nelle regioni artiche, i ricercatori hanno notato il progressivo scongelamento del terreno e ci sono voluti altre due decadi per iniziare a studiare la sua influenza sul rilascio di gas serra. Agli inizi degli anni ’80 esperimenti condotti in Alaska, misurando i gas scambiati sulla tipica vegetazione artica, trovarono con sorpresa che la tundra dell’Alaska stava rilasciando più anidride carbonica di quanta non ne assorbisse. La spiegazione era che, scongelandosi il permafrost ed evaporando l’acqua, il terreno diveniva più ossigenato ed i microbi decomponevano la materia organica rilasciando anidride carbonica. Entro il 2000 però il rilascio di anidride carbonica è cominciato a diminuire perché stavano diventando più abbondanti gli arbusti legnosi che attecchivano sul terreno più asciutto e questa vegetazione era avanzata verso il nord nelle ultime tre decadi. Il fenomeno è complesso perché i depositi freddi impiegano molto a scalarsi e la vegetazione riflette meno l’energia solare delle distese di neve ed isola meglio il permafrost sottostante. Un altro fattore è la topografia; se l’acqua di scongelamento del permafrost viene drenata più facilmente il suolo più ossigenato rilascia più anidride carbonica mentre, se rimane stagnante favorisce i microbi che producono metano che è un gas serra più potente. Questo sta succedendo nella tundra della Svezia del nord dove dal permafrost si è passati ad una palude dove prevalgono i batteri produttori di metano essendo passata la temperatura media sopra il punto di congelamento. Tutti questi meccanismi rendono difficile stabilire se l’Artico sia ancora una sorgente o un accumulatore di anidride carbonica. Nel prossimo futuro però è probabile che l’Artico avrà un effetto positivo sull’aumento del riscaldamento globale e solo a lungo termine l’aumento della vegetazione ritornerà ad assorbire l’anidride carbonica.
Science, 16 Jul 2004, Vol. 305, pg. 352 - Taro Takahashi - La concentrazione della CO2 nell’atmosfera è aumentata da 280 parti per milione (ppm) nel 1800, all’inizio dell’era industriale, a 380 ppm oggi. In tutto questo tempo l’aumento annuale osservato è stato di circa il 50% di quello atteso sulla base dell’emissione stimata della CO2 industriale. Ciò significa che la metà di quanto emesso viene assorbito in qualche modo. Questo assorbimento è operato dagli oceani che dissolvono la CO2 antropogenica aumentando l’acidità delle acque ed accumulando CaCO3 biogenico. Le acque dell’oceano sono stratificate secondo la loro densità e le acque fluiscono dalle regioni polari a quelle a più bassa latitudine senza mescolarsi; l’acqua che si trova oggi in profondità si trovava prima vicino alla superficie dove aveva assorbito CO2 ed ossigeno. In profondità l’acqua aggiunge CO2 proveniente dall’ossidazione di resti organici e dalla dissoluzione del carbonato di calcio degli scheletri dei microrganismi. In complesso l’oceano è il maggior deposito di CO2 assorbendone circa il 48% di quanto rilasciato nell’atmosfera. L’assorbimento avviene in prevalenza vicino alla superficie con la formazione biogenica di CaCO3 nel plancton e nei coralli.
Science, 30 Jul 2004, Vol. 305, pg. 616 - Spencer Abraham - Come firmatario della United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), gli USA si associano con molte altre nazioni all’obiettivo di stabilizzare la concentrazione dei gas serra nell’atmosfera ad un livello che prevenga dannose interferenze con il clima. Il raggiungimento di questo obiettivo richiede impegno a lungo termine e collaborazione internazionale. La politica del Presidente Bush sul cambiamento climatico sfrutta la potenza del mercato e l’innovazione tecnologica, mantiene lo sviluppo economico ed incoraggia la partecipazione globale. Benché il cambiamento climatico sia una sfida complessa ed a lungo termine l’Amministrazione Bush riconosce che ci sono dei passi costo-efficaci da intraprendere. Fra le politiche e misure a breve termine il Presidente Bush pone come obiettivo nazionale una riduzione dei gas serra del 18% entro il 2012; questo obiettivo apre la strada a bloccare ed invertire l’aumento dei gas serra sostenendo nel contempo lo sviluppo economico necessario a finanziare gli investimenti delle tecnologie per l’energia rinnovabile. Questo impegno permetterà di ottenere una riduzione di emissioni equivalente a 100 milioni di tonnellate metriche equivalenti di carbone nel 2012 e 500 milioni cumulativi in questa decade. Nello stesso periodo vengono sviluppati incentivi finanziari e programmi volontari con l’industria per la riduzione delle emissioni. Il Dipartimento dell’Agricoltura provvederà incentivi per il sequestro dell’anidride carbonica e si incrementeranno le tecnologie con emissioni basse o nulle di CO2, solare, eolico, geotermico, biomasse e generazione combinata di potenza e calore. Il Presidente ha proposto 4 miliardi di credito nella tassazione per i prossimi 5 anni come incentivo alle tecnologie per l’efficienza energetica. Per la conoscenza del cambiamento climatico nel 2001 il Presidente Bush ha commissionato al National Research Council (NRC) un rapporto per esaminare lo stato della nostra conoscenza. Il rapporto indica che ci sono importanti incertezze nella nostra capacità di misurare l’influenza sul clima dei gas serra. Il Climate Change Science Program (CCSP) la scorsa estate ha emesso un piano strategico in 5 punti: 1) migliorare la nostra conoscenza sulla storia della variabilità del clima; 2) migliorare la nostra capacità di quantificare gli effetti dei vari fattori; 3) ridurre le incertezze nelle proiezioni; 4) migliorare la nostra comprensione sulla sensibilità e l’adattabilità degli ecosistemi; 5) indagare sulle opzioni per gestire i rischi. Vengono spesi annualmente 2 miliardi di US$ per le ricerche sul cambiamento climatico. Per accelerare lo sviluppo tecnologico contro il cambiamento climatico l’Amministrazione Bush si muove su tutte le opzioni. Circa l’80% delle emissioni di gas serra sono collegate alla produzione di energia e si prevede il triplicarsi della domanda di energia entro il 2100. Entro il 2100 la metà di tutta la produzione di energia del mondo deve provenire da tecnologie ad emissione bassa o nulla, ma le complesse relazioni fra incremento della popolazione, sviluppo economico e richieste di energia rende impossibile un’accurata previsione del futuro livello di emissione in un periodo di 100 anni. La visione strategica del CCSP ha 6 obiettivi fondamentali: 1) ridurre le emissioni nell’uso dell’energia e delle sue infrastrutture; 2) ridurre le emissioni nella fornitura di energia; 3) catturare e sequestrare la CO2; 4) ridurre le emissioni di altri gas serra; 5) misurare e monitorare le emissioni; 6) sostenere il contributo della scienza di base. Nel suo indirizzo sullo Stato dell’Unione del 2003, il Presidente Bush si è impegnato a sviluppare l’economia dell’idrogeno dedicando 1,7 miliardi di US$ in 5 anni per la Hydrogen Fuel Initiative e la Freedom CAR Partenership per sviluppare veicoli azionati da fuel cells a idrogeno. La transizione all’idrogeno come maggiore sorgente di energia nelle prossime poche decadi trasformerà il sistema energetico nazionale e, qualora l’idrogeno venga prodotto da combustibili fossili, si dovrà ricorrere alla cattura e sequestro dell’anidride carbonica prodotta. L’Amministrazione si orienta anche alla generazione con energia nucleare lavorando con altre nazioni al progetto di reattori affidabili, sicuri ed economici atti a produrre idrogeno e sono state scelte sei promettenti tecnologie che potranno essere pronte entro il 2015. Gli USA si associano anche al progetto ITER per sviluppare una sorgente a fusione nucleare. La principale strategia del CCTP è quella della cattura e del sequestro della CO2 perché nel prossimo futuro non è realistico pensare che paesi in via di sviluppo, specie quelli con ampie riserve fossili di carbone, possano rinunziare ad usarle. Il Department of Energy sta attualmente lavorando a 65 progetti per il sequestro della CO2 e negli ultimi 2 anni il suo budget è aumentato del 23% fino a 49 milioni di US$ estendendo l’iniziativa a 16 partner internazionali. Queste iniziative ed altre tecnologie rivoluzioneranno il sistema di produzione dell’energia promuovendo la collaborazione internazionale per sostenere gli obiettivi dello UNFCCC.
Science, 13 Aug 2004, Vol. 305, pg. 934 - Richard A. Kerr - Decenni di studi sul clima hanno portato a qualche progresso. I ricercatori sono ora convinti che la terra si sia riscaldata di 0,6 °C nell’ultimo secolo e hanno concluso che le attività umane, soprattutto l’emissione di gas serra come la CO2, abbiano causato la maggior parte di questo riscaldamento. Per 25 anni le fonti ufficiali si sono mantenute sul vago riguardo al riscaldamento futuro. Le stime del riscaldamento per un raddoppio della concentrazione della CO2 valutate nel 1979 andavano da un modesto 1,5 °C o anche meno ad un massimo di 4,5 °C e più per le incertezze. Al tempo del secondo rapporto emesso dallo Intergovernmental Panel on Climate Changing (IPCC) nel 1995, quando vennero dibattuti questi valori, il numero dei modelli climatici disponibili era cresciuto a 13 e la sensibilità era ancora fra 1,5 °C a 4,5 °C. Al terzo e più recente rapporto dello IPCC del 2001 il campo dei valori non è stato ancora cambiato. Ora la sensibilità dei 14 modelli disponibili varia da 2,0 °C a 5,1 °C, ma quella degli 8 modelli che ci si aspetta che siano inclusi nel prossimo rapporto del 2007 varia da 2,6 °C a 4,0 °C. Questa riduzione dipende dall’uso di computer più potenti e da una migliore comprensione dei processi dell’atmosfera. Tuttavia se i modelli danno numeri più vicini fra di loro essi differiscono molto per i processi che li producono e quindi i numeri non si avvicinano per le stesse ragioni; questo dipende dalle controreazioni che amplificano o smorzano gli effetti di riscaldamento dei gas serra. Le maggiori incertezze derivano dagli effetti delle nuvole. Due modelli (NCAR e GFDL) concordano sull’effetto complessivo delle nuvole al raddoppio della concentrazione della CO2, ma i risultati si hanno assumendo diverse proprietà per un insieme diverso di nuvole. A volte la varietà dei parametri scelti ha un grande effetto sulla sensibilità, altre volte nessuna. Le simulazioni hanno applicato i diversi modelli al recente andamento del clima alterando la versione del modello e raddoppiando la concentrazione della CO2. Una delle recenti variazioni climatiche prese ad esempio è stata quella prodotta dall’eruzione del 1991 del Pinatubo nelle Filippine. Le polveri lanciate nella stratosfera sono rimaste per 2 anni ed hanno prodotto un raffreddamento di circa 0,6 °C. I modelli hanno mostrato che il sistema climatico terrestre non distingue fra la variazione del budget di energia che proviene da una variazione dei gas serra e quella di un cambiamento dell’energia solare entrante. Dalla durata del raffreddamento prodotto dal Pinatubo si è stimata la sensibilità al raddoppio della CO2 a 3,0 °C, ma gli shock di breve durata delle eruzioni non fanno intervenire effetti di controreazione che hanno bisogno i centinaia di anni ed all’università di Durban, nel North Carolina, si sono considerati i cambiamenti climatici avvenuti fra il 1270 ed il 1850 prodotti da più cause: la variazione dell’emissione solare calcolata dal numero delle macchie, la variazione dei gas serra, le distese di ghiaccio e l’effetto dei vulcani documentato dalle polvere raccolte sui ghiacci. Le temperature calcolate durante questo periodo sono state poi confrontate con quelle dedotte dai cerchi degli alberi. Fu confermata così una sensibilità fra 1,5 °C e 3,0 °C anche se risultò possibile un campo più largo di 1,5 °C - 5,5 °C. La maggiore variazione nella concentrazione della CO2 è quella verificatasi durante l’ultima era glaciale, 20000 anni fa, come misurata nei campioni di ghiaccio. La sensibilità fornita dai modelli è stata da 2,1 °C a 3,6 °C con un campo massimo da 1,5 °C a 4,7 °C. Dalla prossima riunione dello IPCC non ci si aspetta una formale conclusione sulle stime della sensibilità; trattandosi di un processo fortemente non lineare saranno necessari un maggior numero di simulazioni e confronti. Tuttavia sembra che per la sensibilità il limite inferiore di 1,5 °C sia un valore non riducibile ed il valore più probabile si aggira intorno a 3,0 °C con un 0,5 °C di tolleranza.
Science, 13 Aug 2004, Vol. 305, pg. 968 - S. Pascala and R. Socolow - Il dibattito nella recente letteratura su come stabilizzare la concentrazione della CO2 nell’atmosfera al di sotto di un raddoppio di quella preindustriale ha portato a contrasti evidenti fra le opinioni relative alle opzioni da adottare. Da un lato lo Intergovernmental Panel on Climate Changing (IPCC) ha affermato che le tecnologie esistenti attualmente sono sufficienti a seguire una traiettoria al di sotto del raddoppio nei prossimi 100 anni e più; dall’altro lato un recente rapporto nella rivista Science asserisce che lo IPCC dimostra un’errata percezione della disponibilità tecnologica e parla di cambiamenti rivoluzionari come la fusione, la generazione nello spazio di elettricità dal Sole e la fotosintesi artificiale. Pur sostenendo la ricerca fondamentale per sviluppare nuove strategie è importante non farsi incantare dalle possibilità di tecnologie rivoluzionarie: l’umanità può risolvere per la prima metà di questo secolo il problema dei gas serra e del clima semplicemente utilizzando ciò che già conosciamo. La proposta di limitazione della concentrazione di CO2 ha per obiettivo 500 +/- 50 parti per milioni (ppm), cioè meno del doppio della concentrazione preindustriale di 280 ppm, mentre l’attuale concentrazione è di circa 375 ppm. La riduzione di emissione necessaria viene riferita alla curva di emissione detta business-as-usual (BAU) senza focalizzarsi sul carbone e tiene conto dei processi di stabilizzazione, e del naturale assorbimento della CO2 da parte degli oceani e della biosfera. Si prende in considerazione solo la CO2 come gas serra dominante, ma ci sono varianti anche per altri gas serra come il metano e N2O. La stabilizzazione a 500 ppm richiede che l’emissione sia mantenuta vicino al presente livello di 7 miliardi di tonnellate di carbone per anno (GtC/anno) per i prossimi 50 anni anche se questo porta a più di un raddoppio. I prossimi 50 anni sono un periodo critico: è il tempo di vita delle centrali di potenza ed è il ciclo temporale di revisione delle tecnologie. La curva di riduzione delle emissioni viene idealizzata con un perfetto triangolo e la stabilizzazione è rappresentata da una curva piatta di emissioni a 7 GtC/anno mentre la BAU è rappresentata da una rampa con 14 GtC/anno passante per il 2054. Il triangolo differenza fra la BAU e la curva di stabilizzazione rimuove esattamente 1/3 dell’emissione BAU. Per focalizzarci sulle tecnologie che possono ridurre le emissioni si divide questo triangolo in 7 sottotriangoli uguali ed ognuna rappresenterà un’attività che partendo da zero ridurrà le emissioni di 1 GtC/anno per 50 anni cioè cumulativamente 25 GtC in 50 anni. Una stabilizzazione a qualsiasi livello richiede che alla fine le emissioni si riducano a zero e dopo i primi 50 anni la riduzione deve aumentare sempre più per compensare il naturale incremento della BAU, ciò significa che lo sviluppo delle tecnologie alternative deve iniziare immediatamente per essere pronte fra 50 anni. In questi primi 50 anni l’aumento di emissioni corrisponde ad un 2% di aumento nel consumo di energia e ad un 3% di aumento del prodotto mondiale lordo (GWP). I 7 sottotriangoli per la riduzione delle emissioni si possono ottenere da 7 metodologie o strategie di riduzione ciascuna comprendente una serie di opzioni. Sono nell’ordine: 1) aumento dell’efficienza nell’uso dell’energia; 2) utilizzo preferenziale di combustibili a bassa emissione; 3) cattura e sequestro della CO2 (CCS); 4) creazione di depositi geologici della CO2; 5) uso dell’energia nucleare; 6) uso dell’energia rinnovabile; 7) accumulo nelle foreste e nel suolo agricolo. Ciascuna di queste strategie ha delle opzioni proporzionate ciascuna per ottenere la riduzione di un sottotriangolo come indicato nel seguito:
1a) migliorare l’efficienza dei due miliardi di veicoli attuali passando da 30 a 60 miglia per gallone (mpg) di benzina;
1b) riduzione nell’uso dei due miliardi di veicoli circolanti passando da 10000 a 5000 miglia per anno;
1c) maggiore efficienza energetica degli edifici nell’illuminazione e nell’isolamento termico;
1d) maggiore efficienza delle centrali di potenza portando il loro rendimento al 60%;
2a) sostituzione del gas come combustibile nelle centrali a carbone aumentando di 4 volte le attuali centrali a gas;
3a) introdurre la CCS nelle centrali a gas, tecnologia già usata nella produzione dell’idrogeno;
3b) introdurre la CCS in impianti che producono 250 MtH2/anno di idrogeno dal carbone o 500 MtH2/anno dal gas rispetto agli attuali 40MtH2/anno;
3c) introdurre la CCS negli impianti di produzione di combustibile sintetico dal carbone;
4a) creare se possibile 3500 depositi geologici permanenti di CO2;
5a) aggiungere 700 GW di potenza con il nucleare (due volte l’attuale) sostituendo il carbone;
6a) aumentare gli impianti eolici attuali di 50 volte (2 milioni da 1 MW) in sostituzione del carbone;
6b) aggiungere 2000 GW di potenza fotovoltaica (PV) in sostituzione del carbone (700 volte l’attuale capacità);
6c) aggiungere 4 milioni di impianti eolici da 1 MW (100 volte l’attuale capacità) per produrre idrogeno per le auto con fuel cells;
6d) aumentare di 100 volte la produzione di etanolo dalle biomasse in sostituzione del petrolio;
7a) ridurre la deforestazione a zero, riforestare ed afforestare per 300 Mha di nuovi alberi;
7b) incremento delle aree coltivabili e metodi di conservazione.
Le opzioni sono in alternativa o concomitanti, ma alcune possono interagire fra di loro ed inoltre hanno costi diversi o possono essere più facilmente introdotte in aree diverse. La cattura ed il sequestro della CO2 (CCS) permette di eliminare il 90% delle emissioni di CO2 e la cattura è più facile negli impianti di produzione dell’idrogeno da usare poi nella produzione termica dell’elettricità; l’immagazzinaggio viene fatto dentro riserve geologiche che sono spesso le trivellazioni del petrolio o dei gas naturali. L’aumento della produzione di energia con il nucleare richiede di ristabilire fiducia nel pubblico e risolvere i problemi di sicurezza internazionale per il trattamento dei prodotti nucleari. L’aumento proposto degli impianti eolici occuperà 30 milioni di ettari in parte sulla terra ferma in parte sul mare (circa il 3% delle superficie degli Stati Uniti) ma, essendo gli impianti distanziati, il terreno può avere usi molteplici. L’installazione di 2000 GW di potenza dal fotovoltaico (PV) richiede 2 milioni di ettari, in confronto attualmente sono installati solo 3 GW ed il PV sta crescendo al ritmo del 30% l’anno, per confronto il consumo di un persona equivale a 2-3 mq di cellule. I combustibili sintetici che possono sostituire la benzina, come l’etanolo, richiedono 250 milioni di ettari di coltivazione intensiva, circa 1/6 della superficie oggi coltivata ed è evidente che questo potrebbe compromettere la produzione di cibo. La protezione delle foreste primarie con la riduzione a zero del taglio entro 50 anni corrisponderebbe alla metà di un subtriangolo, l’altra seconda metà si otterrebbe riforestando e afforestando circa 250 milioni di ettari nei tropici o 400 milioni di ettari nelle zone temperate (le attuali aree coperte da foreste nelle zone tropicali e temperate sono rispettivamente 1500 e 700 milioni di ettari). Un altro mezzo sottotriangolo può essere ottenuto con la coltivazione di 300 milioni di ettari di terra. Nel suolo coltivato circa la metà del carbone sequestrato è perduto a causa della normale decomposizione e può essere ridotto con pratiche di conservazione dei prodotti.
Le proposte fatte sono tutte basate su tecniche già provate ed il numero delle opzioni presentate è abbastanza vario e flessibile, ma la decisione è urgente e va affrontata concretamente nei prossimi 50 anni.
Science, 29 Oct 2004, Vol. 306, pg. 803 - Yang Jianxiang - La catena di Gamburtsev nell’Antartide lunga 60 km è forse l’area meno esplorata e meno conosciuta del mondo. Secondo i modelli climatici la catena di Gamburtsev è coperta da uno strato di ghiaccio che si è formato circa 30 milioni di anni fa e conserva importanti informazioni sui cambiamenti geologici e climatici che hanno plasmato la regione nel corso delle ere. Tuttavia la sua inaccessibilità, dovuta allo spessore di circa 1000 m di ghiaccio combinata al suo rigido clima, ha trattenuto i suoi segreti geologici come età, composizione e topografia. Il suo maggiore mistero è la sua formazione con 3600 m di altezza lontana dai margini di ogni placca tettonica. Questa settimana un team di scienziati polari cinesi ha dato inizio ad un programma per scoprire questo mistero. Il piano è di costruire una stazione permanente sul Dome A, il più alto, secco e freddo luogo del continente. Una volta costruita la stazione nel 2008 gli scienziati vi porteranno strumenti che sfrutteranno le condizioni inospitali per osservare nel remoto universo, monitorare l’alta atmosfera polare, estrarre campioni di ghiaccio e trivellare lo strato di ghiaccio fino al letto di roccia. La stazione cinese Zhongshan sulla costa est del continente è una parte dell’impegno sulle ricerche polari che include una nuova stazione artica, l’espansione delle due stazioni antartiche esistenti, una migliorata nave di ricerca, nuove attrezzature di supporto ed infine una nuova sede per il Polar Research Institute of China (PRIC) in Shanghai. Le autorità cinesi sperano che altri 64 milioni di US$ nei prossimi 3 anni, raddoppiando l’attuale budget della ricerca polare di circa 20 milioni di US$, porteranno la nazione fra le maggiori nella ricerca polare in tempo per il prossimo International Polar Year (IPY) del 2007. Il valore della ricerca polare è visto in Cina in termini geopolitici e scientifici per aprirsi agli scambi scientifici con altre nazioni. Gli interessi sono ampi e tre sono i temi principali. Uno coinvolge il continente antartico con la costruzione della stazione Dome A e l’installazione di sistemi di monitoraggio ambientale esplorando la variabilità del sistema climatico aria-mare-ghiaccio lungo l’Amery Ice Shelf e nell’oceano meridionale. Il secondo tema è orientato all’esplorazione di fenomeni dell’alta atmosfera combinando le osservazioni della stazioni di Zhongshan, del Dome A e di Yellow River delle Svalbard nell’Artico. Il terzo tema esaminerà i contributi al rapido cambiamento climatico dell’artico facendo uso della stazione delle Svalbard, ma il progetto di trivellazione del Gamburtsev è probabilmente la migliore scommessa della Cina per crearsi una propria nicchia nelle regioni polari; il Gamburtsev è un territorio vergine, ma ci sono formidabili difficoltà nel supporto logistico per mantenere una stazione in modo continuativo. Mentre la stazione USA di Scott-Amundsen ha un supporto aereo, il team cinese deve basarsi sulle vie terrestri e, mantenere in funzione i sistemi idraulici ed elettronici nel brutale inverno antartico, non sarà facile. Un altro mezzo per condurre studi climatici è la nave Snow Dragon (Xue Long in cinese) comprata dalla Russia nel 1993 che sarà la prima nave cinese con capacità rompighiaccio. La nave, lunga 167 m, serve sia come veicolo da trasporto che come piattaforma di ricerca per misure di salinità e temperatura nell’oceano meridionale. Le sue attrezzature che datavano dagli anni ’80 saranno migliorate con 20 milioni di US$ per ottenere maggiore spazio per i laboratori e per sistemare due elicotteri. C’è anche uno sforzo per una seconda nave di ricerca costruita in Cina, più piccola, ma più adatta a lavorare in mare aperto. Con questi programmi sarà necessario anche più personale, ma se la ricerca polare diventa una priorità si troveranno le risorse.
Science, 3 Dec 2004, Vol. 306, pg. 1686 - Naomi Oreskes - I politici ed i media, negli Stati Uniti in particolare, affermano con frequenza che la scienza del clima è molto incerta ed alcuni hanno utilizzato questo argomento per opporsi all’adozione di misure per ridurre l’emissione dei gas serra. Ad esempio discutendo un rapporto dell’Environmental Protection Agency (EPA) sul rischio di un cambiamento climatico lo stesso amministratore dell’Agenzia, Christine Whitman, ha osservato che c’era poco consenso sui dati e sulle conclusioni di questo cambiamento. Inoltre alcune società, i cui guadagni potrebbero essere ridotti da un controllo sull’emissione di anidride carbonica, adducono presunte incertezze della scienza. Se da questo si deve dedurre che non c’è consenso nella comunità scientifica riguardo ai cambiamenti climatici provocati dall’uomo, ciò non è affatto vero. Il consenso scientifico è chiaramente espresso nel rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) creato nel 1988 dalla World Meteorological Organization. Nelle sue più recenti conclusioni l’IPCC ha affermato che c’è consenso sul fatto che il clima della Terra sia affetto dalle attività umane e che la maggior parte del riscaldamento osservato negli ultimi 50 anni è dovuto verosimilmente all’aumento della concentrazione dei gas serra. Accanto all’opinione dell’IPCC ci sono anche le prese di posizione della National Academy of Sciences, dell’American Meteorological Society, dell’American Geophysical Union e dell’American Association for the Advancement of Sciences. Nei relativi rapporti si sono analizzate anche le opinioni dissenzienti e si sono raccolti 928 abstract di pubblicazioni poi divisi in 6 categorie: appoggio al consenso, valutazione degli impatti, proposte per la riduzione degli effetti, metodi, analisi del paleoclima e rifiuto della posizione di consenso. Di tutte queste pubblicazioni il 75% cadeva nelle prime tre categorie ed il 25% riguardava metodi e paleoclima. Nessuna era in disaccordo con la tesi di consenso. Quelli del 25% potrebbero anche pensare che il cambiamento climatico sia naturale, ma nessuno lo afferma esplicitamente. Deve considerarsi quindi non corretta l’impressione di confusione e disaccordo fra la comunità scientifica che viene diffusa da politici, economisti e giornalisti. Il consenso fra gli scienziati potrebbe essere sbagliato e bisogna accettare con umiltà di aver sbagliato su problemi non noti, ma i nostri nipoti potrebbero biasimarci per aver compreso la realtà del cambiamento climatico prodotto dall’uomo e di non aver fatto nulla per evitarlo. Molte interazioni del clima non sono ancora ben comprese ed il problema di cosa fare è ancora aperto, ma non ci sono dubbi sul consenso degli esperti.
Science, 3 Jun 2005, Vol. 308, pg. 1431 - James Hansen - Il sistema climatico terrestre possiede una considerevole inerzia termica e questa ha l’effetto di ritardare la risposta ad ogni azione che tende a forzare il clima cioè i cambiamenti del bilancio dell’energia. Questo ritardo fornisce la possibilità, con opportune azioni, di ridurre gli effetti antropogenici del cambiamento, ma se si attende troppo la stessa inerzia può accumulare variazioni maggiori difficili o impossibili da contrastare. Il primo sintomo dell’inerzia termica della Terra è lo sbilanciamento fra energia assorbita e quella emessa dal pianeta che misura l’azione di forzatura sul clima. Nell’ultima decade le misure della temperatura degli oceani e della loro altimetria mediante satelliti ha permesso una misura indiretta, ma precisa di questo sbilanciamento. Si confronta poi l’accumulo di calore nell’oceano con le simulazioni dei cambiamenti climatici globali per verificare il modello climatico. Il ritardo nella risposta del clima varia circa con il quadrato della sensibilità e dipende dalla rapidità con cui il calore si diffonde sulla superficie dell’oceano e nelle sue profondità. Il ritardo può essere di una decade se la sensibilità è di 0,25 °C per W/mq, ma può essere di 100 anni o più se la sensibilità è di 1 °C per W/mq. Dalla storia della Terra e dai modelli climatici si deduce che la sensibilità del clima è di 0,75 +/-0,25 °C per W/mq e quindi che siano necessari 25-50 anni per raggiungere il 60% della sua condizione di equilibrio. Al raddoppio dell’anidride carbonica l’aumento di temperatura all’equilibrio è di 2,7 °C. Le azioni modificanti il clima sono in massima parte dovuti ai gas serra: CO2, CH4, N2O, CFC (Clorofluorocarbonio) che totalizzano 2,75 W/mq nel 2003 rispetto al 1880. Gli aerosoli hanno poi l’effetto di assorbire la radiazione, ma anche un effetto indiretto sull’albedo delle nuvole e complessivamente nello stesso periodo è stato valutato a -1,39 W/mq con un’incertezza del 50%. Gli aerosoli stratosferici dovuti a emissioni vulcaniche sporadiche hanno forti effetti negativi, ma limitati nel tempo. L’effetto dei terreni agricoli e della neve hanno valori limitati con un’incertezza di un fattore 2. L’irradiazione solare ha subito un incremento di 0,22 W/mq fra il 1880 ed il 2003 con un’incertezza di un fattore 2. L’effetto totale di tutti i fattori nello stesso periodo viene valutato pari a 1,8 +/-0,85 W/mq. Il modello climatico globale della NASA GISS (Goddard Institute for Space Studies) mostra un buon accordo con le osservazioni. La distribuzione spaziale del riscaldamento è un po’ in eccesso nei tropici e di pochi decimi di °C inferiore alle medie latitudini e nell’emisfero nord. Su queste differenze agiscono le incertezze sulla distribuzione degli aerosoli distinguendo quelli dovuti ai combustibili fossili e quelli per la combustione delle biomasse. Il modello pero non è capace di simulare le variazioni climatiche associate alle oscillazioni di El Niño nell’Oceano Pacifico. La conferma dello sbilanciamento di energia nel pianeta viene dalla misura del contenuto di calore dell’oceano dove esso si accumula. Oggi la Terra assorbe 0,85 +/- 0,15 W/mq più di quanto non ne irradi nello spazio e l’aumento di energia termica che si è accumulato nell’ultima decade nei primi 750 m di spessore dell’oceano è stato fra 5 e 6,6 W anno /mq. La variazione del livello del mare è dovuta ai due effetti di espansione termica (sterico) ed alla variazione dei ghiacci continentali (eustatico); il primo è stato di 1,4-1,6 cm su uno spessore di 750m. L’effetto termico è ora predominante perché quello dovuto ai ghiacci continentali ha tempi di risposta di migliaia di anni. Allo stato attuale osservazioni e modelli possono corrispondere ad una piccola azione modificante e ad un’alta sensibilità o viceversa. Nel primo caso la rapidità nell’accumulo di calore e del riscaldamento dell’oceano sarà più grande ed il contrario nel caso opposto. Si dovrà continuare nelle misure di altimetria e temperatura dell’oceano per confermare lo sbilanciamento dell’energia e quantificare il rate di variazione.
Science, 21 Oct 2005, Vol. 310, pg. 432 - Richard A. Kerr - Per un quarto di secolo gli scienziati ci hanno avvertito che il sistema climatico potrebbe riservare delle sorprese. Negli anni ’90 i climatologi hanno scoperto una brusca variazione nella storia recente del clima. Mentre la Terra emergeva dall’ultima era glaciale, più di 8000 anni fa, il flusso di acqua calda verso le alte latitudini dell’Atlantico si interruppe in pochi decenni. Il collasso di questa circolazione portò il freddo e l’aridità nelle terre di queste latitudini riportandole a condizioni quasi glaciali per alcuni secoli. Una rapida variazione climatica potrebbe accadere di nuovo e questo è stato oggetto di discussione nella riunione tenuta dal 9 al 15 luglio in Aspen, Colorado. Tuttavia un numero crescente di scienziati vede nel Nord Atlantico una minaccia più per l’aumento del livello del mare, dell’aridità e dei monsoni, mentre un rapido collasso delle temperature sembra poco probabile nelle attuali condizioni di riscaldamento globale. I campioni di ghiaccio estratti dalla calotta di ghiaccio della Groenlandia e gli studi isotopici di questi hanno indicato variazioni di temperatura di 10 °C in pochi anni, 50 al più, e quindi quasi istantanee. Sembra che lo scioglimento degli strati di ghiaccio alla fine della glaciazione abbiano riversato acqua fresca in abbondanza nel Nord Atlantico formando uno strato più freddo e meno denso. Questo strato impedì alle acque di superficie di scendere in profondità convogliando le acque profonde verso il sud. Interrompendo il flusso di acqua calda dal sud le regioni del Nord Atlantico si sarebbero raffreddate. Negli anni recenti i ricercatori hanno costatato che molta acqua fresca è stata riversata dai fiumi nell’Oceano Artico e le acque superficiali dell’Atlantico si sono raffreddate; questo ha messo in moto la drammatica domanda se il riscaldamento globale avrebbe fatto congelare le Isole Britanniche. I ricercatori però cominciano a dubitare che ciò possa succedere. Le correnti oceaniche sono una cosa complicata ed il fatto di parlare di Thermohaline Circulation (THC) fa pensare erroneamente che solo temperatura e salinità siano la causa delle correnti mentre un fattore determinante è il vento. Finché soffia il vento la Corrente del Golfo continuerà a scorrere e le acque fredde riversate nel Nord Atlantico dovrebbero essere 10 volte più intense delle attuali per provocare un collasso. Simmetricamente a sud c’è la Meridional Overturnig Circulation (MOC), anche questa influenzata dal riscaldamento globale, ed anche questa non è vicina al collasso. La conclusione è che prevale l’effetto del riscaldamento da effetto serra. Altre minacce come una deriva delle regioni climatiche sembrano più realistiche. Nell’area centrale degli Stati Uniti si sono avuti nei secoli intervalli di siccità separati da altri meno pronunziati e ci sono segni che la siccità vada aumentando con il riscaldamento delle acque tropicali, così altre variazioni si avranno nel regime dei monsoni.
Science, 28 Oct 2005, Vol. 310, pg. 611 - Mason Inman - Sotto uno strato di ghiaccio di 4 km si trova il lago più isolato della Terra: l’immenso lago Vostok nell’Antartico Orientale. Si crede che il lago sia rimasto isolato per 10 milioni di anni, ma un team di ricercatori russi, diretti da Valerii Lukin, un oceanografo a capo della spedizione antartica russa, riprenderà il prossimo mese la trivellazione della cappa di ghiaccio dopo averla interrotta nel 1999 perché gli esperti discutevano su come procedere. Nonostante le lunghe revisioni del progetto però, alcuni temono ancora che la trivellazione possa inquinare il lago e rendere impossibile la raccolta di campioni non corrotti. Vostok è il più grande degli oltre 100 laghi subglaciali dell’Antartico e nessuno di essi è stato ancora raggiunto per prendere campioni. Ciò che si sa oggi deriva da osservazioni del ghiaccio che li copre e delle misure radar e di gravità. Geologi e glaciologi vogliono analizzare gli isotopi dei campioni per capire come i laghi si sono formati ed evoluti. I ricercatori del clima vogliono vedere se i sedimenti hanno memoria del passato dell’Antartico ed i biologi vogliono verificare l’ipotesi che il lago Vostok sostenga la vita nonostante l’oscurità, la temperatura vicina al punto di congelamento e la scarsità di nutrienti, ma i ricercatori dell’Antartico sono preoccupati per la contaminazione. La sonda russa è piena ora di 60 tonnellate di fluido formato da una miscela di kerosene e Freon che abbonda di batteri estranei. I critici temono che possa filtrare ed inquinare permanentemente l’ecosistema. L’indagine ha identificato circa 145 laghi subglaciali in Antartide, ma il numero non è esaustivo e potrebbero essere anche 1000. Per gli scienziati Vostok rimane il principale, lungo 250 km e largo 50, è probabilmente il più vecchio. Si trova in una depressione fra due placche tettoniche e si crede si sia formato fra 15 e 30 milioni di anni fa prima che l’Antartide si coprisse di ghiacci. I campioni di ghiaccio non ci danno ancora informazioni su questo periodo, ma i sedimenti del lago ci potranno dare una testimonianza del passaggio dell’Antartide da una serra a un continente di ghiaccio. Studi sugli isotopi dei campioni di ghiaccio più profondi e la struttura dei cristalli indicano che il ghiaccio alla base della calotta si è sciolto e ricongelato lentamente inglobando acqua del lago in un processo di accrescimento e sembra che le rocce sottostanti siano piuttosto vecchie e parte della crosta terrestre. Il calore che emana dalle profondità della Terra e l’immensa pressione del ghiaccio che lo copre mantiene liquido il lago. C’è disaccordo fra gli scienziati se il lago può sostenere la vita. I batteri nel ghiaccio di accrescimento possono tollerare temperature di -10 °C e si stima che il ghiaccio di accrescimento abbia 100 batteri per millilitro mentre le acque superficiali ne possono avere 10000 per millilitro, circa 1/100 della densità che si trova in un oceano, ma molti sono scettici su questi dati. Il problema è di raccogliere campioni con procedure ben controllate. Fino ad ora i Russi hanno raccolto il più lungo campione di ghiaccio sopra il lago, trivellando fino al 97% dello spessore, e si sono fermati nel 1999 a 130 m sopra la superficie del lago. Il governo russo ha dato il permesso di trivellare ancora 50 m nella stagione 2005-06 e altri 30 m in quella 2007-08. Raggiungendo la base, l’acqua si dovrebbe sollevare lungo il foro e congelare permettendo di prelevare il campione, ma i critici temono che l’acqua potrebbe mescolarsi al liquido di trivellazione e contaminarsi e si ricorda il progetto 2004 di trivellazione in Groenlandia quando, arrivando vicino al fondo per raccogliere dell’acqua, questa si è mescolata con il fluido e fu contaminata rendendo i campioni inutilizzabili. Molti sono scettici perché l’apparecchiatura di trivellazione dei Russi non è stata mai testata e non è stata progettata per essere a prova di contaminazione. Lukin ritiene che le preoccupazioni siano esagerate. Il lago è sottoposto ad una pressione di 375 atmosfere ed il peso del fluido di trivellazione quasi la controbilancia, si assicura che il sistema è progettato per evitare perdite. Nel frattempo ricercatori di altri paesi stanno preparando piani per esplorare altri laghi subglaciali. Alcuni dicono che prima di provare con un gioiello come il Vostok, i metodi di trivellazione dovrebbero essere provati altrove. L’opzione preferita è quella ad acqua calda, metodo veloce e pulito ad alta energia che però molti ritengono non praticabile per Vostok dove si arriva a -86 °C. I ricercatori UK propongono il lago Ellsworth, un lago subglaciale relativamente piccolo dell’Antartico Occidentale e gli Italiani il lago Concordia vicino al Vostok. I piani sono però agli inizi ed è difficile che i ricercatori possano prelevare campioni prima del 2007 quando i Russi contano di entrare nel Vostok. Secondo il Trattato di Consultazione per l’Antartico, i Russi hanno già sottoposto il programma per i prossimi 2 anni, il Trattato prevede poi che si sottoponga un programma più dettagliato 60 giorni prima della trivellazione. Le nazioni non sono obbligate, ma normalmente si attengono a queste norme e Vostok potrà diventare un test su come il continente viene effettivamente protetto. L’ultima decisione spetta però al Governo russo.
Science, 17 Feb 2006, Vol. 311, pg. 963 - Julian A. Dowdeswell - La conoscenza delle variazioni delle grandi masse di ghiaccio sulla Groenlandia e l’Antartide rappresenta la base per la predizione dell’aumento del livello del mare nelle prossime decadi. Il ghiaccio della Groenlandia, che occupa 1,7 milioni di kmq con 3 km di spessore, potrebbe alzare il livello del mare di circa 7 m se si sciogliesse completamente. Questo richiederebbe da un millennio a poche migliaia di anni in funzione dell’entità del riscaldamento futuro. Preoccupano maggiormente le osservazioni dei satelliti sulla velocità di spostamento di diversi grandi ghiacciai verso il mare, che è raddoppiata negli ultimi 5 anni raggiungendo i 12 km/anno, e l’aumento dello scioglimento superficiale, verificatosi nell’ultimo anno e monitorato dai satelliti, che hanno raccolto dati sistematici dal 1979. Questi cambiamenti indicano che sia sottostimato il recente tasso di incremento di 0,5+/-0,4 m del livello del mare nel prossimo secolo. Il bilancio di guadagni e perdite è dato dall’incremento di massa dovuto alle nevicate e dallo scioglimento diffuso più la discesa sul mare delle lingue dei ghiacciai e la formazione di iceberg. La valutazione attuale del deficit di massa va da un minimo di 50 ad un massimo di 150 kmc/anno. Questo porta ad un aumento del livello del mare di 0,15 mm/anno. L’aumento di velocità dei ghiacciai è provocato dall’effetto di lubrificazione alla base ed alla frattura e disintegrazione delle lingue di ghiaccio che si protendono sul mare. Satelliti e radar a bordo di aerei, con i loro altimetri laser, hanno completato un quadro delle variazioni della coltre di ghiaccio. A quote superiori di 2000 m, un contorno che rappresenta il 70% del deposito di ghiaccio, lo spessore medio aumenta di 5-6 cm all’anno per le precipitazioni nevose secondo quanto acquisito dai radar altimetri dei satelliti fra il 1992 d il 2003, ma la variabilità è grande passando ad un aumento di 10-20 cm/anno, nel sud-ovest e parti dell’est della Groenlandia, a valori negativi di 25-30 cm in certe aree occidentali di bassa elevazione. Le prove di un’accelerazione del deficit di massa potrebbero portare l’aumento del livello del mare a 0,5 mm/anno e sarà necessario migliorare le nostre conoscenze sulla distribuzione delle precipitazioni su tutta la Groenlandia e sulla velocità di spostamento dei ghiacciai specie sopra i 70° di latitudine nord.
Science, 24 Mar 2006, Vol. 311, pg. 1698 - Richard A. Kerr - Discorrendo sullo scioglimento dei ghiacci si parla delle nevi del Kilimangiaro che presto scompariranno, dell’Oceano Artico che alla fine del secolo potrebbe essere libero dai ghiacci durante l’estate, dei banchi di ghiaccio dell’Antartico, vecchi di 11000 anni che si frantumano nel corso di settimane e dei ghiacciai della Groenlandia che hanno cominciato a scivolare rapidamente verso il mare. Gli scienziati tuttavia non capiscono completamente che cosa stia succedendo, quali saranno gli effetti del riscaldamento e cosa succederà al livello del mare in uno o due secoli. I climatologi sanno che il mondo si è scaldato nel passato e che per qualche motivo i ghiacci si sono ridotti, ma non si conosce il processo; si pensa che ciò sta succedendo ora e non è un fenomeno graduale. I tempi di una riduzione dei ghiacci nel prossimo futuro non saranno dell’ordine di millenni, come suggeriscono i modelli, ma di secoli. I gas serra che riversiamo oggi nell’atmosfera potrebbero garantire un riscaldamento sufficiente a distruggere i ghiacci dell’Antartico Occidentale e della Groenlandia in alcuni secoli e questo solleverà il livello del mare di 5-10 m con una rapidità che non si è vista dalla fine dell’ultima era glaciale. New Orleans verrà sommersa per sempre e così la maggior parte della Florida del sud e gran parte dell’Olanda. Dal 2000 al 2005 il ghiacciaio Kangerdlugssuaq della Groenlandia centro-orientale ha raddoppiato la sua velocità da 6 a 13 km/anno, a sud il ghiacciaio Helheim ha accelerato del 60%. I ghiacci hanno perso massa sciogliendosi e le nevicate hanno compensato di poco. Dal 1996 al 2005 la perdita di massa annuale dei ghiacci in Groenlandia è raddoppiata raggiungendo i 224+/-41 kmc/anno. In un’altra indagine i glaciologi hanno usato i radar dei satelliti, per misurare l’altezza dei ghiacciai nell’altopiano centrale, e gli altimetri laser su aereo per i ghiacciai lungo la coste ed hanno avuto prove che nel decennio 1992-2002 si è avuto un guadagno di 11 kmc/anno. Altri hanno misurato l’accelerazione dei ghiacciai negli ultimi 5 anni e valutano l’attuale perdita a 30-40 kmc/anno. Il Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) che sfrutta sensori gravitazionali ha trovato una perdita di 82 kmc/anno fra il 2002 ed il 2004. Sembra evidente che negli ultimi pochi anni il bilancio di massa è diventato negativo per la Groenlandia. Per l’Antartico orientale il ghiaccio ha guadagnato per le precipitazioni nevose, ma questo non ha compensato le perdite dell’Antartide occidentale e la causa è l’accelerazione nello spostamento dei ghiacciai verso il mare. I modelli non prevedevano questa rapida accelerazione dei ghiacciai; i tempi di risposta dei ghiacciai sono di mille anni o più ed allora si è cercato di capire. L’acqua di scioglimento superficiale scende attraverso i crepacci nel fondo del ghiacciaio e lo lubrifica accelerandone il moto, ma c’è anche l’esposizione della testa del ghiacciaio all’acqua più calda dell’oceano che, consumandola rapidamente fa mancare il sostegno alla massa che scivola. In realtà non si sa esattamente che cosa provoca questa velocità crescente. Al momento la perdita di massa della Groenlandia e dell’Antartide occidentale contribuiscono per meno della metà dei 2 mm/anno dell’attuale aumento del livello del mare, il resto dipende dallo scioglimento dei ghiacciai montani e dalla semplice espansione termica degli oceani. Se continua l’attuale scivolamento del ghiaccio nel mare, il livello del mare potrà alzarsi di mezzo metro entro il 2100. Ciò non sarebbe catastrofico. Per produrre un sollevamento più rapido e pericoloso (un metro o più per secolo) l’acqua e l’aria dovrebbe continuare a scaldarsi nelle regioni artiche. Date le incertezze del presente, i paleoclimatologi hanno guardato al passato. Circa 130000 anni fa, fra le due ultime ere glaciali, i poli si dovrebbero essere scaldati come per una coppia di gradi del riscaldamento globale. Il mare era però allora più alto di 3-4 m e, simulando il clima di 130000 anni fa, l’asse della Terra era più inclinato e c’era più radiazione solare alle latitudini nord. La Groenlandia aveva 3 °C di più durante il periodo interglaciale. Ponendo questo dato nel modello, il ghiaccio si è sciolto lentamente perché non c’era nessun meccanismo di accelerazione e si era ridotto alla metà. Questo aveva prodotto abbastanza acqua da sollevare il livello del mare di 2-3 m. Si può supporre che, se anche l’Antartide avesse contribuito, il mare si sarebbe alzato di un’altra coppia di metri. Simulando i prossimi 140 anni con l’aumento dei gas serra, la Groenlandia si scalderebbe entro il 2100 come nel precedente periodo interglaciale e verrebbe superata la soglia di diversi metri del livello del mare prima della fine del secolo. Anche il calcolo del paleoclima ha delle incertezze, ma la simulazione da un segno di allarme. Oggi il problema del ghiaccio assomiglia a quello dell’ozono degli anni ’80 prima di scoprire il buco dell’ozono sull’Antartide. I chimici avevano dimostrato che il cloro in teoria distrugge l’ozono, ma non si era dimostrata questa distruzione nell’atmosfera. Nell’incertezza solo poche nazioni hanno ristretto l’uso dei clorofluorocarboni anche negli aerosoli spray. Quando si scoprì il buco nell’ozono gli scienziati presto scoprirono un altro meccanismo più potente nelle nubi di ghiaccio che acceleravano la distruzione dell’ozono da parte del cloro. Ora i glaciologi hanno scoperto che l’accelerazione nel flusso dei ghiacciai aumenta il processo del loro scioglimento.
Science, 9 Jun 2006, Vol. 312, pg. 1485 - A. V. Fedorov - Il Pliocene antico, fra 5 e 3 milioni di anni fa, è stato simile, ma anche molto diverso dal mondo di oggi. L’intensità della luce solare che incideva sulla Terra, la geografia globale e la concentrazione atmosferica dell’anidride carbonica era vicina a quella che abbiamo oggi, ma le temperature superficiali nelle regioni polari erano così alte che i ghiacciai continentali erano assenti dall’emisfero nord ed il livello del mare era circa 25 m più alto di oggi. Si tratta di un apparente paradosso perché fra l’antico Pliocene ed oggi, due diversi stati climatici corrispondono allo stesso complesso di fattori che dovrebbe determinarli. Negli ultimi 65 milioni di anni, dall’inizio del Cenozoico, quando la temperatura delle regioni polari era di 10 °C, la Terra ha sperimentato un raffreddamento globale che è stato conseguenza dello spostamento dei continenti accompagnato dal cambiamento della geometria dei bacini oceanici, dalla formazione di montagne e da eruzioni vulcaniche che hanno influenzato i due fattori che determinano globalmente le temperature della superficie terrestre, cioè l’albedo e la concentrazione dei gas serra nell’atmosfera. Sovrapposto a questo raffreddamento globale ci sono stati i cicli climatici di Milankovitch prodotti dalle periodiche variazioni dei parametri orbitali della Terra, precessione degli equinozi, ed inclinazione dell’asse terrestre. I cicli di Milankovitch provocano non solo la comparsa e la sparizione di ghiacciai, ma anche le variazioni della temperatura superficiale del mare (SST) nei tropici. Benché questi cicli siano stati relativamente costanti negli ultimi milioni di anni, l’ampiezza della risposta climatica ha subito nel lungo termine notevoli cambiamenti perché il raffreddamento globale ha introdotto diversi effetti di reazione. Interessa specialmente il Pliocene perché intorno a 3 milioni di anni fa è iniziato un effetto di amplificazione della risposta ai cicli di Milankovitch. Nell’ultimo milione di anni si sono avute prolungate glaciazioni e brevi caldi periodi interglaciali, incluso quello attuale che è cominciato circa 10000 anni fa con condizioni che si avvicinano al Pliocene antico. Non si sa se questo periodo caldo sarà seguito da un’altra era glaciale o se questa sarà inibita dall’aumento di temperatura provocato dai gas serra introdotti dagli uomini che potrebbero riprodurre il caldo clima de Pliocene antico. Recentemente si è scoperto che fino a 3 milioni di anni fa il fenomeno di El Niño nei tropici è stato un fenomeno continuo e non intermittente. Il raffreddamento globale del cenozoico ha provocato l’apparizione del ghiaccio nell’Antartico circa 35 milioni di anni fa e nei continenti nordici 3 milioni di anni fa. Nei sedimenti nel nord del Pacifico compaiono depositi dei ghiacciai verso i 2,7 milioni di anni indicando che il clima caldo del Pliocene era finito, ma non si sa se questo era successo per l’aumento dell’albedo sull’emisfero nord. Quest’ipotesi è stata controllata con il modello di circolazione generale (GCM) dell’atmosfera ed i risultati indicano che rimuovendo gli strati di ghiaccio nel nord si alza la temperatura solo nelle zone prima coperte dal ghiaccio. Maggiore effetto ha invece la temperatura superficiale dell’oceano (SST) che più dell’albedo aiuta a mantenere caldo il clima. Una forte influenza ha avuto la chiusura dell’istmo di Panama all’inizio del Pliocene che ha modificato la circolazione oceanica specie nell’Atlantico, ma più che il trasporto di calore verso il nord, è stato importante il trasporto dell’umidità che ha favorito le precipitazioni nevose e la crescita dei ghiacciai. Un problema è che la chiusura dell’istmo di Panama è avvenuta fra 4,5 e 4 milioni di anni fa, molto prima dell’inizio del raffreddamento, ed inoltre non trova anche spiegazione l’amplificazione dei cicli di Milankovich iniziata intorno a 3 milioni di anni fa. Recenti dati sembrano mostrare che la distribuzione di SST con acque fredde sulle coste occidentali dell’Africa e dell’America era assente fino a 3 milioni di anni fa ed il fenomeno di El Niño con la riduzione del gradiente est-ovest del Pacifico lungo l’equatore non era intermittente come oggi, ma permanente. La presenza di El Niño ha come effetto di ridurre lo strato di nuvole diminuendo l’albedo ed aumentando contemporaneamente la concentrazione del vapore acqueo che è un potente gas serra e questo giustifica il clima più caldo del Pliocene antico. L’interazione oceano-atmosfera e quella ghiaccio-albedo ha inoltre esaltato gli effetti delle variazioni periodiche dell’obliquità dell’asse terrestre. Anche se oggi la concentrazione dell’anidride carbonica è come quella del primo Pliocene, il clima del pianeta non ha ancora raggiunto l’equilibrio, ma si può ritenere che nel futuro si avrà un aumento di temperatura.
Science, 24 Nov 2006, Vol. 314, pg. 1224 - Richard Stone and John Bohannon - Negli ultimi 6 anni il lago Vittoria ha subito un intenso degrado ecologico a causa di continue piogge torrenziali che hanno trascinato migliaia di tonnellate di sedimenti di depositi fosforici dal fiume Nyando che hanno trasformato il lago da una condizione di scarso contenuto di nutrienti ad un eccesso ed ha fatto esplodere la flora di alghe. Louis Verchot, uno specialista del suolo dello World Agroforestry Centre di Nairobi, cerca di mitigare i danni con un progetto di riforestazione con acacie ed altri alberi indigeni delle aree denudate. Il lago Vittoria è un tipico esempio di come i cambiamenti climatici e le scarse risorse cospirino a creare un incubo ecologico. Le nazioni più vulnerabili sono quelle che hanno minori possibilità ad adattarsi. Moltissime comunità africane hanno sofferto dei disastri climatici e per essi l’adattamento è una questione di sopravvivenza. Il messaggio che viene da Nairobi è l’esigenza di adattarsi ai cambiamenti climatici che vanno presi seriamente. Anche se si interrompono immediatamente le emissioni di gas serra, un maggiore riscaldamento è inevitabile. Nella Conferenza annuale delle U.N. che ha ratificato il Protocollo di Kyoto 1990, i delegati hanno accresciuto il fondo di assistenza per l’adattamento. La World Health Organization (WHO) stima che i cambiamenti climatici siano la causa di un aumento di almeno 150000 morti all’anno. Uno dei maggiori responsabili è la malaria. Nel Kenya circa 20 milioni di persone sono a rischio perché le temperature più calde favoriscono le zanzare. Il WHO ed il Development Program delle U.N. hanno lanciato un progetto pilota per 7 nazioni con diverse vulnerabilità: Barbados, Butan, Cina, Figi, Giordania, Kenya e Uzbekistan. I Cinesi si preoccupano dei decessi per attacchi di cuore dovuti alle ondate di calore che causano da 225000 a 890000 morti l’anno. La Banca Mondiale sta spendendo 50 milioni di US$ per i progetti di adattamento ed anche gli USA, che non hanno ratificato il Trattato di Kyoto, hanno intrapreso azioni per l’adattamento. Vi sono anche priorità immediate su scala locale, come ad esempio nel Pacifico l’isola di Niue, la più piccola del mondo, dove l’intensificazione dei cicloni tropicali e l’innalzamento del livello del mare, rischiano di spazzarla via e con questo di perdere una cultura ed un linguaggio unico. Semplici adattamenti possono fare la differenza; ad esempio ricollocare la popolazione in zone più elevate e questo richiederebbe solo 60 milioni di US$.
Science, 24 Nov 2006, Vol. 314, pg. 1250 - Anny Cazenave - Se le calotte di ghiaccio che coprono Groenlandia ed Antartico si sciogliessero completamente, il livello del mare salirebbe di 65 m. Tuttavia anche una modesta perdita della massa di ghiaccio avrebbe un grande impatto sul livello del mare. Le nuove osservazioni da satellite permettono di stimare ora il bilancio delle masse di ghiaccio e la loro evoluzione nel tempo. Nei precedenti 3000 anni, il livello globale del mare è rimasto stabile, ma dalla fine del XIX secolo la misura delle maree ha rivelato un aumento medio del livello di 1,8 mm/anno negli ultimi 50 anni. I dati dei satelliti altimetrici documentano un aumento di 3 mm/anno circa dal 1993, ma non è chiaro se riflettono un’accelerazione della rapidità di aumento o se questo rientra nelle naturali fluttuazioni. L’aumento di livello attuale ha diverse cause. Nell’ultima decade il riscaldamento dell’oceano ha contribuito per circa la metà all’aumento osservato, lasciando l’altra metà all’aumento della massa causata dallo scambio fra gli oceani e lo scioglimento di ghiacciai e calotte di ghiaccio. Il contributo dei ghiacciai delle montagne è stimato a 0,8 mm/anno per gli ultimi 10 anni. Negli anni ’90 i dati dei laser altimetri degli aerei e quelli dei radar altimetri e del Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) dei satelliti hanno permesso le prime osservazioni di bilancio delle masse sulle calotte di ghiaccio. Queste osservazioni hanno indicato negli ultimi anni un’accelerazione sulla perdita di massa nelle regioni costiere della Groenlandia del sud; in contrasto c’è un piccolo aumento di massa sulle regioni centrali montagnose. Per l’Antartico i sensori indicano un’accelerazione della perdita di massa nella parte occidentale del continente, mentre nella parte orientale le masse aumentano per l’incremento delle precipitazioni. In complesso la perdita di massa eccede l’aumento, anche se di poco, e quindi sembra che lo scioglimento dei ghiacci contribuisca poco all’aumento del livello del mare. Rimangono però molte incertezze per l’incompletezza della copertura dei sensori, sia nello spazio che nel tempo e per gli errori di misura e calibrazione. I radar altimetri hanno una bassa risoluzione spaziale e le misure di quota sono poco affidabili in presenza di superfici ondulate, c’è inoltre la necessità di fare assunzioni sulla densità della neve o del ghiaccio. Dal 2002 è entrata in funzione la missione NASA Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) che ha un nuovo strumento di precisione per le misure di bilancio delle masse ed una copertura completa nelle regioni ad alta latitudine fino ad 89° N e S. GRACE misura le variazioni del campo di gravitazione terrestre nello spazio e nel tempo. I risultati confermano quelli degli altri sensori remote: perdita netta di massa nella Groenlandia e nell’Antartide dell’Ovest e piccolo aumento in quella dell’Est. Si conferma anche l’accelerazione delle perdite in Groenlandia in accordo con l’InSAR. Tuttavia le stime del GRACE sono molto variabili a causa del breve tempo di funzionamento del sistema (2-4 anni) e si sa che sulla Groenlandia le masse di ghiaccio variano molto da anno ad anno. Un’altra causa delle fluttuazioni è l’influenza dei processi geodinamici in risposta all’ultima deglaciazione i cui parametri sono poco noti e tratti solo da modelli. Nell’Antartico questi effetti sono oggi dello stesso ordine di grandezza dei cambiamenti delle masse di ghiaccio. La terza sorgente di incertezza è la poca risoluzione del GRACE (400-600 km) e quindi l’influenza di effetti gravitazionali diversi, dai ghiacciai lungo le coste alle maree. Tutte queste perturbazioni sono difficili da correggere. Un nuovo approccio di elaborazione che determina le concentrazioni di massa su scala locale permette ora una maggiore risoluzione. Sono state sempre confermate le tendenze e, in 2 anni di tempo, il contributo della Groenlandia all’aumento del livello marino è stato stabilito a 0,3 mm/anno. La maggiore incertezza rimane sul comportamento futuro perché l’aumento di velocità dei ghiacciai negli ultimi anni in Groenlandia ed nell’Antartico potranno provocare instabilità dinamiche e rapidi aumenti delle perdite.
Science, 23 Feb 2007, Vol. 315, pg. 1084 - Charles H. Greene and Andrew J. Pershing - Gli ecosistemi possono variare rapidamente per effetto della variabilità naturale o delle attività umane o di ambedue i fattori. Recentemente si è notato che nell’Atlantico del nord-ovest il regime climatico si è modificato e, per capirne le cause si sono analizzati i cambiamenti avvenuti nello stesso periodo. I cambiamenti si sono verificati verso la fine del decennio 1980 con l’emissione di acque a bassa salinità dall’Artico ed un generale addolcimento delle acque dal Mare del Labrador nel medio Atlantico. Questo addolcimento ha alterato la circolazione e la stratificazione ed è stato collegato ai cambiamenti dei cicli del fitoplancton, dello zooplancton e della pescosità. Nelle ultime decadi l’Artico ha sperimentato cambiamenti senza precedenti. Nel 1987 la pressione atmosferica sulla superficie del mare al centro dell’Artico è cominciata a diminuire; due anni dopo questa pressione è scesa rapidamente e si è creato un regime ciclonico che ha aumentato lo spostamenti di acqua più calda e salata dall’Atlantico all’Oceano Artico attraverso il Mare di Barents. Associato a questo cambiamento, si è modificata sostanzialmente la circolazione degli strati superiori dell’Oceano Artico fra la fine del decennio 1980 ed i primi anni del successivo. Invece di entrare nel nord-Atlantico attraverso lo stretto di Fram, la corrente è uscita dal bacino canadese verso il Mare di Labrador attraverso l’Arcipelago Canadese. La criosfera ha reagito a questi cambiamenti. Nelle ultime tre decadi si sono andati sciogliendo il permafrost continentale, la neve ed il ghiaccio e, insieme all’aumento delle precipitazioni, è aumentato il flusso dei fiumi verso l’Artico, la banchisa si è andata riducendo in spessore ed estensione e durante l’estate sono aumentate le zone libere da ghiaccio sia a nord del Canada che della Russia. Il meccanismo dell’albedo che si andava pure riducendo ha accelerato ancora lo scioglimento. Il primo flusso di acqua a bassa salinità ha raggiunto il medio Atlantico nel 1991. Diversi anni dopo è sceso un secondo flusso di acqua a più bassa salinità, probabilmente originato dallo stretto di Fram. Nel decennio 1990 l’Atlantico del nord-ovest è diventato più dolce rispetto al decennio 1980 aumentando la produzione di fitoplancton e conseguentemente dello zooplancton e della popolazione dei pesci e crostacei. Nel decennio 1990 si è avuto un collasso nella pesca dei merluzzi provocato dall’eccesso di pesca, ma il recupero durante la moratoria della pesca è stato rallentato dalle acque fredde dell’Artico.
Science, 9 Mar 2007, Vol. 315, pg. 1371 - Wallace S. Broecker - La maggior parte delle politiche che intendono limitare il contenuto della CO2 nell’atmosfera, inclusi i sistemi di limitazioni e contrattazioni previsti nel Trattato di Kyoto, affrontano il problema in termini di riduzione incrementale delle emissioni. Questi sistemi, tuttavia, non possono stabilizzare i livelli di CO2, ma solo rallentare la velocità di incremento. Bisogna sviluppare il concetto di quello che si può chiamare la “torta del carbone”. Attualmente per ogni 4 gigatonnellate (Gt) di carbone fossile bruciato, l’aumento di CO2 nell’atmosfera è di 1 ppm (parte per milione). Inclusa la deforestazione, oggi si emettono 8 Gt di carbone all’anno e questi rapporti cambieranno poco nelle prossime decadi. Quindi se si fissa un desiderabile limite superiore al contenuto della CO2 ammessa, questo fisserà le dimensioni della torta di carbone. Se per esempio questo limite dovrà essere il doppio dell’ammontare della CO2 preindustriale (cioè 560 ppm), essendo l’attuale 380, la dimensione della torta di carbone sarà di 4*(560 - 380) = 720 Gt. Se invece si pone il limite a 450 ppm, l’ammontare della torta è di solo 280 Gt. Una volta fissate le dimensioni della torta, ogni nazione ne avrà una fetta e, idealmente, questa sarà proporzionale alla sua popolazione. In questo caso le nazioni più ricche ne avranno complessivamente il 20%. Con il limite di 560 ppm le nazioni ricche avrebbero a disposizione solo circa 150 Gt e, poiché esse consumano attualmente 6 Gt all’anno, finiranno la loro quota entro 25 anni e quindi saranno forzate ad azzerare le loro emissioni entro questo periodo. Con questo scenario è estremamente improbabile che una qualsiasi combinazione di aumento di efficienza, uso di sorgenti di energia non fossile e cattura di CO2 dalla gassificazione del carbone, possa raggiungere questo obbiettivo. Ciò che manca dovrà essere compensato, o dall’acquisto di CO2 dai paesi più poveri, o dalla cattura di CO2 dall’atmosfera e dal suo immagazzinaggio sotterraneo. Contrastare l’aumento della CO2 richiede la partecipazione delle nazioni in rapida industrializzazione come la Cina e l’India che sarebbero incentivate dal potere allungare il loro periodo per aggiustare le emissioni. Senza un accordo rapido fra le nazioni le dimensioni della torta del carbone andrà a ridursi con una velocità di 70-80 Gt per decade. Poiché poi la vendita della CO2 fra le nazioni può essere solo limitata nel tempo, sarà necessario ricorrere alla cattura della CO2 dall’atmosfera che tuttavia presenta molte sfide tecnologiche. Se si volesse usare ad esempio per questo processo l’energia del vento, questa potrebbe solo estrarre l’1% della CO trasportata dalla massa d’aria. Avrebbe però il vantaggio di poter essere fatto in qualsiasi luogo, ad esempio vicino ai luoghi di immagazzinaggio. Inoltre, una volta che sia stato stabilizzato il contenuto di CO2 nell’atmosfera, questo potrà essere ridotto ulteriormente fino a stabilizzare le calotte di ghiaccio dei poli. Anche se si è certi della fattibilità della cattura della CO2, il suo costo è ancora sconosciuto. La cattura sarà conveniente se il prezzo dell’energia necessaria prodotta dai combustibili fossili aumenterà del 10-30%. Se fosse maggiore risulterebbe impraticabile. La maggior parte del costo è associata all’uso del materiale necessario per assorbirla ed al suo riciclaggio, tale materiale deve essere capace do assorbire e rilasciare rapidamente la CO2,evitando l’idrato di sodio che possiede un’elevata affinità con la CO2 ed è difficile quindi da riciclare. Nell’attuale clima politico ogni accordo sembra difficile, ma bisogna subito cominciare a trattare in termini di torta del carbone se si vuole bloccare l’aumento della CO2 nell’atmosfera.
Science, 16 Mar 2007, Vol. 315, pg. 1480 - Richard A. Kerr - Sembra che la foschia che riflette la luce del sole raffreddando la Terra sia diminuita nell’ultima decade. Se vero, questo potrebbe spiegare l’inaspettato aumento del riscaldamento globale, l’accelerazione della perdita dei ghiacci polari e molto dell’aumento del livello del mare. Tuttavia altri ricercatori rimangono dubbiosi per la mancanza di dati quantitativi. L’osservazione viene dalla Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) che si trova a bordo di un satellite meteorologico. Progettato per misurare le nubi per le previsioni meteorologiche, misura anche la riflessione della luce del sole provocata dalle particelle di aerosol della foschia. Fin dall’inizio del decennio 1990 il contenuto globale di aerosoli si è andato riducendo drasticamente e questo potrebbe spiegare il maggiore riscaldamento nel decennio 1990 ed inizio 2000 e l’accelerazione della riduzione dei ghiacci nell’oceano Artico. Vi sono però dei dubbi sulla calibrazione di AVHRR e nel correlare i dati fra 5 diversi strumenti di 5 diversi satelliti. Senza dati quantitativi certi non si può dire se la riduzione sia reale.
Science, 16 Mar 2007, Vol. 315, pg. 1514 - Jeffrey Mervis - In passato per molti anni gli elevati diritti di transito nella Exclusive Economic Zone (EEZ) della Russia hanno condizionato i ricercatori dell’Artico. Quest’anno gli oceanografi sperano di poter navigare attraverso la EEZ perché con l’International Polar Year (IPY) la Russia ha deciso di tagliare le tariffe per i partecipanti stranieri. L’IPY è iniziato questo mese e durerà 2 anni fino a marzo 2009 ed è il quarto della serie che è iniziata nel 1882. Il precedente è stato nel 1957-58 con l’Anno Geofisico Internazionale (IGY) ed ha portato al regime che governa l’Antartico. Quest’anno ci sono state 1200 proposte, circa 200 progetti approvati e 6 temi di ricerca per comprendere i cambiamenti dell’ambiente polare e le loro conseguenze. Nel programma dell’Artico Canadese ci sono problemi per assicurarsi un sufficiente numero di navi dato il loro impiego da parte delle compagnie petrolifere e dell’ecoturismo e c’è anche penuria di piloti di elicotteri e aerei che abbiano esperienza di atterraggi sul ghiaccio. L’ufficio IPY del Canada ha investito 128 milioni di US$ per la ricerca e l’80% sarà speso durante i due anni. Fra i progetti dell’IPY c’è il SEARCH (Study of Environmental Arctic Change), il DAMOCLES (Developing Arctic Modeling and Observing Capabilities for Long-Term Environmental Studies) e l’IASOA (International Arctic Systems for Observing the Atmosphere). Un altro progetto legato all’IPY è il THORPEX che vuole quantificare l’impatto del riscaldamento polare sulla stabilità della corrente del golfo e sul clima globale rilevando con maggiore precisione le correnti nell’Artico. Fra le navi che saranno impegnate nelle ricerche dell’Artico sono l’Oden, un rompighiaccio svedese, il Polarstern tedesco che sarà impiegato nella EEZ russa e lo Healy della Guardia Costiera USA. L’Oden viene affittato a 25000 US$ al giorno, più il costo del combustibile ed è libero perché il governo svedese non ha previsto fondi per l’IPY e quest’estate un team USA lo affitterà per esplorare il bacino centrale dell’Artico. Al punto opposto del globo, in Antartide, sono previste diverse traversate del continente durante l’IPY con scopi diversi: dalla glaciologia alla geofisica ed alle scienze climatiche. Ogni team si impegna a mettere in comune i dati per completare il quadro del continente. L’insieme delle spedizioni costituiscono l’International Trans-Antarctic Scientific Expedition (ITASE); si raccoglieranno carote di ghiaccio per informazioni climatiche fino a 1000 anni fa e si useranno radar di subsuperficie per confrontare i dati con quelli dei satelliti. Quando l’ITASE è iniziato negli anni ’90, si pensava che il clima dell’Antartide fosse semplice, ma l’area è molto vasta e solo dopo 15 anni si comincia a capire dove sono i punti più sensibili. In gennaio il team dell’università del Maine ha completato i primi 500 km di una traversata di 6000 km su tre stagioni che lo porterà dalla base della McMurdo Bay , passando dal Polo Sud alla base Dome A, il punto più alto del continente, e di nuovo al Polo. Una volta raggiunto il Dome A, si confronteranno i dati con quelli raccolti dai Cinesi che arrivano dal punto opposto al Polo, la stazione Zhongshan (sulla costa a sud dell’Australia), e con quelli degli Europei la cui traversata inizierà nell’autunno 2007 nel tratto meno conosciuto dell’Antartico orientale. La traversata di Norvegesi ed Americani inizierà pure questo autunno ed arriverà al Polo Sud dalla Troll Station sulla costa dell’Antartide a sud dell’Africa e quindi tornerà a Troll nella stagione 2008-09. L’IPY rappresenta una grande opportunità per le nazioni nuove alle ricerche dell’Antartide per creare le loro infrastrutture: oltre alla Cina, la Corea del Sud che lo scorso anno ha impegnato 183 milioni di US$ nei progetti polari con l’obiettivo di avere la sua prima stazione antartica nel 2011. Una nave rompighiaccio coreana servirà la loro stazione nell’artico e quella di King George’s Island nelle South Shetland al largo della Penisola Antartica. I Cinesi hanno iniziato nel 1985 con la Stazione Grande Muraglia nella King George’s Island, poi hanno installato la Zhongshan Station nel 1989 ed hanno fatto una dura esperienza. Dopo diverse prove hanno raggiunto il Dome A, il punto più alto della calotta di ghiaccio nel gennaio 2005 e sono tornati alla base con un percorso totale di 2500 km in 10 settimane. Attualmente, tuttavia, la maggiore sfida delle scienze polari non è un progetto dell’IPY, ma la costruzione del South Pole Telescope (SPT) da 10 m di diametro e l’installazione dell’Ice Cube neutrino array nella stazione USA Amundsen Scott, ora nelle ultime fasi.
Science, 11 May 2007, Vol. 316, pg. 812 - John Bohannon - Durante l’ultima riunione di tre giorni a Bangkok il Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ha concluso che il cambiamento climatico non comporterà la bancarotta dell’economia mondiale. Il risultato è stato un documento di 35 pagine che definisce gli obiettivi per la riduzione delle emissioni dei gas serra sotto i 535 ppm e stima una riduzione del 3% del prodotto interno lordo (GDP) globale entro il 2030. Un obiettivo meno ambizioso con una riduzione a 710 ppm (solo il 50% più alto dell’attuale concentrazione di CO2 di 460 ppm) potrebbe consentire ancora un piccolo guadagno nel GDP. Il rapporto scritto da 33 delle diverse centinaia di partecipanti che hanno contribuito agli studi sarà liberato il prossimo settembre ed afferma che gli obiettivi sono raggiungibili con i mezzi attuali, come l’utilizzo di sorgenti alternative di energia, aumento dell’efficienza energetica, riduzione della deforestazione ed un insieme di provvedimenti come limitazioni, tasse ed incentivi economici. Tuttavia altri scienziati avvertono che la realtà si presenterà più dura di quanto suggeriscano i modelli presentati. Il raggiungimento del consenso ai risultati della riunione è stato più semplice del previsto e le dispute fra le nazioni membre dell’IPCC non sono state aspre. Si pensava ad esempio che la Cina dovesse insistere per ammorbidire le limitazioni ad un’economia basata sui combustibili fossili e che gli Stati Uniti avessero imposto limitazioni all’uso dell’energia nucleare, ma in realtà l’atmosfera della discussione si è mantenuta civile. Solo due passaggi del rapporto non hanno avuto un’approvazione unanime. Uno è stato il prezzo di 50 US$ per tonnellata di CO2 emessa per cui l’energia nucleare risulterebbe conveniente per la produzione fino ad 1/5 dell’elettricità con l’unica condizione della sicurezza nei riguardi della proliferazione delle armi nucleari. Il secondo passo è stato di carattere tecnico sulle foreste da parte di un delegato di Tuvalu. Il documento risultante è stato ottimista, ma nascosti nel testo del rapporto, abbondano le incertezze e gli avvertimenti. Molti scienziati osservano che il rapporto è buono come i suoi modelli. Quelli analitici (bottom-up) dividono l’economia in settori e stabiliscono l’insieme delle tecnologie che potranno ridurre le emissioni in ciascuno di essi. I modelli globali (top-down) paragonano l’efficacia di diverse strategie globali tenendo conto delle forze del mercato. Ambedue hanno il loro lato negativo. Quelli analitici ignorano l’economia e quelli globali tengono poco conto delle differenze fra regioni e settori. Nel 2001 i due modelli erano in netto contrasto. La buona notizia è che ora per la prima volta i due modelli cominciano a convergere. Un problema è che i modelli analitici non tengono conto degli stili di vita ed ignorano i costi che derivano dal costringere le persone a fare ciò che non vogliono. Dal 2001 i ricercatori hanno lavorato a rendere i modelli più realistici incorporando le reazioni del mercato ed i modelli ora tengono conto delle differenze nelle economie regionali. Nei modelli si sono inclusi anche i gas serra diversi dalla CO2 come il metano che è più facile da trattare. I modelli globali tengono conto anche dei condizionamenti politici. Ad esempio una rosea predizione veniva dall’imporre una tassa di 100 US$ per tonnellata di CO2, equivalente ad 1 US$ extra per gallone alla pompa, il che avrebbe portato ad una riduzione da 17 a 26 GT della CO2 entro il 2030, circa il 38% delle emissioni stimate. Questo però assumeva il consenso di tutto il mercato mondiale del carbone e che il mercato fosse libero e trasparente, cosa evidentemente irrealizzabile politicamente. Ora che il rapporto è stato emesso, molti scienziati dell’IPCC si sentono a disagio per il suo spirito ottimistico. Con il limitare a circa 2 °C il riscaldamento globale, secondo la proposta dell’Unione Europea, l’emissione globale dovrebbe avere il suo massimo entro la prossima decade o la successiva ed avere una riduzione del 50-80% entro il 2050. La sensibilità della Terra ai gas serra potrebbe però essere maggiore. L’insistenza nel mitigare le strategie è controproducente allo sviluppo delle nuove tecnologie che saranno critiche per il futuro e verrebbero demotivate. I politici dovrebbero gradualmente aumentare la carbon tax nel caso che si trovassero ad essere non competitivi.
Science, 15 Jun 2007, Vol. 316, pg. 1576 - Mark P. Baldwin - Le proiezioni dei cambiamenti climatici prodotte dall’Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC), che si focalizzano sulla troposfera (fino a 10 km di altezza), sono basate su un modello climatico che trascura largamente gli effetti della stratosfera (per altezze fra 10 e 50 km) sui cambiamenti climatici. La stratosfera contiene lo strato protettivo dell’ozono che ha influenza sul bilancio di energia della bassa atmosfera. Inoltre i cambiamenti di circolazione nella bassa atmosfera, fino a 20 km di quota, influenzano la meteorologia ed il clima specie alle alte latitudini. Negli ultimi 25 anni la composizione della stratosfera è cambiata sostanzialmente per l’introduzione di gas serra antropogenici e sostanze che distruggono l’ozono e per conseguenza lo strato di ozono si è ridotto. Dopo il Protocollo di Montreal, che ha regolato la produzione delle sostanze dannose all’ozono, il livello di queste si è stabilizzato e ci si aspetta che il buco dell’ozono si ridurrà nelle prossime decadi. Tuttavia la concentrazione della maggior parte dei gas serra continuerà ad aumentare. L’ozono riscalda la stratosfera assorbendo le radiazioni ultraviolette. I gas serra (che includono ozono e gas nocivi all’ozono) assorbono ed emettono radiazioni infrarosse e riscaldano o raffreddano l’atmosfera in funzione del loro bilancio. Nel caso dell’anidride carbonica si ha un netto riscaldamento della troposfera ed un netto raffreddamento della stratosfera. L’osservazione dai satelliti conferma che la stratosfera si è raffreddata dal 1979 per la combinazione dell’aumento di CO2 e della riduzione di ozono. Nella bassa stratosfera il raffreddamento è attribuito maggiormente alla riduzione dell’ozono. Nella bassa stratosfera i cambiamenti radiativi dipendono anche dalla latitudine. La riduzione dell’ozono raffredda specialmente nelle regioni polari e sostanzialmente riscalda i tropici. In conclusione il raffreddamento della stratosfera per l’aumento dei gas serra accelererà il recupero dell’ozono e si presume che il livello dell’ozono prima del 1980 verrà ripristinato entro metà di questo secolo perché l’azione distruttiva dell’ozono da parte delle sostanze chimiche diminuirà. Oltre il 2050 lo strato dell’ozono diventerà sempre più spesso. I nuovi modelli climatici che tengono conto della stratosfera indicano che la circolazione equatore-poli andrà accelerandosi con il cambiamento climatico ed avrà un effetto specialmente in Europa e nell’Artico. L’inclusione della stratosfera non cambierà significativamente il riscaldamento globale medio, ma cambieranno le stime della piovosità e dei temporali nelle medie latitudini nord. Per una predizione degli effetti della stratosfera sul clima di superficie i modelli devono combinare l’accoppiamento con gli oceani e gli effetti delle radiazioni e della chimica della stratosfera. Questa modellistica era ancora impraticabile nel rapporto 2007 dell’IPCC e se ne terrà conto nel prossimo.
Science, 22 Jun 2007, Vol. 316, pg. 1708 - David F. Baker - Circa 10 petagrammi (Pg) di carbonio vengono rilasciati nell’atmosfera ogni anno come anidride carbonica proveniente dalla combustione di combustibili fossili o dalla deforestazione. Meno della metà di questo carbone rimane nell’atmosfera ed il resto viene assorbito dagli oceani e dalla biosfera terrestre. I gas antropogenici si sono quasi triplicati negli ultimi 50 anni e l’assorbimento è cresciuto in proporzione, ma ci si chiede dove si verifica e se continuerà ad aumentare. Il riassorbimento dall’atmosfera si può dividere regionalmente in zone con bilancio positivo e negativo. Si suppone che negli oceani meridionali l’assorbimento è finito di aumentare e che nelle regioni tropicali c’è un sostanziale assorbimento. Si è supposto a lungo che gli oceani meridionali (a sud dei 45°S) siano stati sempre un vasto e crescente serbatoio della CO2 fossile. I forti venti circumpolari rimescolano gli oceani a grandi profondità portando la concentrazione di CO2 di superficie vicino a quella di profondità. Con l’aumento della CO2 atmosferica, mentre quella della superficie degli oceani è quasi costante, l’assorbimento negli oceani deve aumentare. Tuttavia rilevando questo assorbimento non si sono trovati variazioni significative dal 1981. Probabilmente le variazioni della corrente circumpolare sono responsabili di questo andamento stagnante. I forti venti aumentano l’assorbimento per il maggior scambio di gas fra aria e mare e mescolando la CO2 in profondità nell’oceano come una pompa biologica, ma c’è anche l’effetto opposto delle acque profonde ricche di CO2 che vanno in superficie, soprassaturano l’acqua e la rilasciano nell’atmosfera e questo cancella l’aumento di assorbimento. In tempi preindustriali gli oceani meridionali a sud dei 45°S erano una sorgente di 0,4 Pg di C per anno, ma nelle recenti decadi sono diventati ricettori per 0,34 Pg per anno, tuttavia l’assorbimento è finito di aumentare dal 1981, ma è sempre positivo. C’è il pericolo che questa riduzione di assorbimento si trasformi in rilascio di CO2, ma con la richiusura del buco dell’ozono l’assorbimento dovrebbe di nuovo aumentare. In ogni caso l’assorbimento degli oceani meridionali sarà inferiore a quello precedentemente stimato. Nelle terre emerse, le regioni del nord oltre i tropici hanno un alto assorbimento, bilanciato dalla maggiore emissione delle regioni tropicali. Con i profili della CO2, misurati dagli aerei in 12 siti intorno al globo si valutano a circa 1 Pg/anno il maggiore assorbimento fra le regioni del nord e quelle tropicali, ma ci sono molte incertezze per le poche misure e per la deforestazione. Prossimamente l’Orbital Carbon Observatory della NASA ed il Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT) dell’Agenzia giapponese saranno di aiuto. Non aiuteranno invece per l’assorbimento degli oceani meridionali, causa la persistente presenza di nuvole.
Science, 17 Aug 2007, Vol. 317, pg. 902 - Renton Righelato and Dominick V. Spracklen - Per ridurre l’emissione antropogenica di carbonio nell’atmosfera vi sono due strategie. La prima è di spingere sull’uso estensivo dei biocarburanti per i trasporti, in particolare l’etanolo, prodotto dalla fermentazione di vegetali carboidrati, come sostituto del petrolio, e gli oli vegetali come carburanti diesel, oppure incrementare l’estensione delle foreste e dei terreni erbosi. La scelta non è facile perché vi sono priorità sociali e fattori economici. La prima strategia richiede di dedicare grandi aree coltivabili ai vegetali interessati ed avrebbe un’influenza negativa sulle foreste e le aree erbose. Per stabilire l’efficacia dell’uso di biocarburanti nella riduzione delle emissioni di carbonio si deve confrontarla con le strategie alternative dell’assorbimento del carbonio nella biosfera, a parità di area usata in termini di mega-grammi di C per ettaro e per anno. Si è considerata una base di 30 anni per il paragone delle strategie, per tenere conto dei tempi di sviluppo delle tecnologie. Il risparmio nelle emissioni dipende dal tipo di vegetali coltivati, dal tipo di combustibile ottenuto e dalle tecnologie di conversione. In ogni caso l’afforestazione di una uguale area impiegata sequestrerebbe da due a nove volte più carbone, in 30 anni di tempo, delle emissioni evitate con il biocombustibile e, per ottenere un quantitativo significativo di combustibile è necessario impiegare un’area notevole. Una sostituzione del 10% di petrolio e diesel richiederebbe il 43% ed il 38% di area coltivabile negli Stati Uniti ed in Europa rispettivamente. Anche una sostituzione così modesta non potrebbe essere ottenuta senza intaccare aree adibite a foreste ed a terreni erbosi con conseguente rapida ossidazione del carbonio contenuto nella vegetazione dei suoli da convertire. Solo la conversione delle biomasse legnose in biocombustibile sarebbe compatibile con il mantenimento delle foreste. Nel breve termine di 30 anni è preferibile aumentare l’efficienza nell’uso dei combustibili fossili e conservare le foreste e le savane esistenti o fare crescere foreste ed aree erbose nelle aree non usate per la produzione del cibo. Si avrebbe anche il vantaggio di prevenire la desertificazione, mantenere la diversità biologica e la regolazione del clima. Una estesa produzione di vegetali per i biocombustibili sottoporrebbe l’ambiente ad eccessivo sfruttamento.
Science, 23 Nov 2007, Vol. 318, pg. 1230 - Richard A. Kerr - L’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), vincitore del premio Nobel 2007 per la pace, ha emesso il suo ultimo rapporto (www.ipcc.ch). Si tratta ora di decidere quanto urgente è il problema del riscaldamento globale. L’IPCC non è stato chiaro su questo punto, almeno nel sommario, mentre i ricercatori preferiscono che la scienza si pronunzi su quanto imminente sia la crisi. Molti scienziati sono convinti che sia necessaria un’azione immediata. L’allarme potrebbe arrivare a metà del secolo con l’aumento della siccità in aree vulnerabili fino ad un aumento del livello del mare di parecchi metri. Il ghiaccio richiede secoli per sciogliersi dopo il riscaldamento, l’atmosfera richiede decenni per riscaldarsi a seguito dell’emissione dei gas serra e ci sono i ritardi di decenni per agire sui sistemi politici e cambiare l’economia mondiale dell’energia. Se si vogliono evitare tra qualche decennio danni per alcuni trilioni di US$ all’anno, bisogna partire subito. L’IPCC ha mandato il suo messaggio sui tempi delle conseguenze del riscaldamento globale nei capitoli dei sommari tecnici dei tre gruppi di lavoro, pubblicizzati come Summary for Policymakers (SPM) e, all’inizio di quest’anno, solo questi SPM sono stati esaminati con i governi. Il materiale dei rapporti chiarisce che ci si deve aspettare un impatto sostanziale a breve termine. Per decenni i modelli non concordavano sull’ammontare del riscaldamento per una certa concentrazione di gas serra, ma suggerivano che, continuando così (business as-usual), si avrebbe un riscaldamento di 2 °C a metà del secolo. Con questo riscaldamento si prevede una sequela di terrificanti calamità, come siccità alle medie latitudini, semiaridità alle basse latitudini, penuria di acqua per altri 1-2 miliardi di persone, mortalità diffusa dei coralli, ridotta produttività alle basse latitudini, come grano e mais in India e riso in Cina. Alla fine c’è un elenco di effetti indicati come “eventi singolari” fra cui l’innalzamento del livello del mare. L’aumento di parecchi metri dovuto allo scioglimento dei ghiacci si verificherebbe fra i 2 ed i 3 °C di riscaldamento e, senza drastiche riduzioni delle emissioni, verso la fine del secolo. Benché le temperature, per sciogliere la maggior parte dei ghiacci della Groenlandia, si raggiungeranno nei prossimi 50-100 anni, c’è una lunga inerzia termica che può durare diversi secoli prima di provocare l’inondazione della Florida del sud, del Bangladesh e delle maggiori città costiere. L’atmosfera è lenta a riscaldarsi perché l’oceano assorbe parte del calore intrappolato dall’effetto serra. Per ridurre le emissioni di gas serra bisognerà cambiare le infrastrutture tecnologiche, auto a benzina e centrali a carbone, ed anche questo richiederà tempo dipendente dall’urgenza percepita. Il passaggio da una sorgente di energia ad un’altra, ha richiesto nel passato da 50 a 100 anni, come quella fra il legno ed il carbone, anche con progetti di grande priorità passeranno decenni e non anni. Il ritardo più lungo è quello dei sistemi politici e già due decenni sono passati in discussioni e ci vorranno altri 20 anni prima che un programma mondiale sia messo in marcia. I politici chiedono ricerche per ridurre le incertezze della scienza del clima. Nel decennio 1980 le maggiori incertezze stavano nell’effetto delle nubi che ancora sono poco comprese, come pure l’effetto delle polveri. I ricercatori sono poi preoccupati sui pericoli ancora latenti. Nel decennio 1970 i chimici erano allarmati dalla clorina che poteva distruggere l’ozono nella stratosfera e, dopo che la clorina fu ridotta, scoprirono l’effetto sull’ozono delle nubi di ghiaccio. Un’altra sorpresa si è avuta con i ghiacciai che, nel sud della Groenlandia e nell’Antartide occidentale, accelerano la loro discesa verso il mare ed i teorici ricordano che non si può escludere la piccola ma reale possibilità che il clima sia ipersensibile ai gas serra. Per tutti questi motivi non c’è molto tempo a perdere.
Science, 11 Jan 2008, Vol. 319, pg. 169 - Yadvinder Malhi - Le foreste dell’Amazzonia nel 2001 occupavano circa 5,4 milioni di kmq, l’87% della loro estensione originale. Esse ospitano un quarto di tutte le specie terrestri, producono il 15% della fotosintesi globale e, con l’evaporazione e la condensazione, sono un motore della circolazione globale dell’atmosfera influenzando le precipitazioni nel Sud America e fino all’emisfero nord. Le foreste dell’Amazzonia hanno condizionato il clima della Terra dal Cretaceo. Fino al 2001 in Amazzonia sono stati cancellati 837000 kmq foreste con una velocità di 25000 kmq/anno nel decennio 1990 e le aree di deforestazione si sono espanse dai margini meridionali ed orientali e dai piedi delle Ande per favorire l’allevamento del bestiame e la produzione della soia. L’Amazzonia si trova nei confini di nove nazioni, ma l’80% della deforestazione è avvenuta in Brasile ed il 70% è stata dovuta all’allevamento del bestiame. Gli effetti dell’uomo si vedono anche nel taglio degli alberi, nella caccia e negli incendi. Nelle ultime decadi l’aumento di temperatura in Amazzonia è stato di 0,25 °C/decade e, con l’aumento dei gas serra, si estrapola a 3,3 °C (con una dispersione da 1,8 a 5,1 °C) l’aumento di temperatura per la fine del secolo. Alla fine dell’ultimo periodo glaciale l’Amazzonia si è riscaldata con un gradiente 0,1 °C/secolo. I modelli climatici prevedono un aumento della siccità nel corso del XXI secolo. La deforestazione ha avuto influenza sul clima globale con l’emissione di 0,5 Pg di biomassa di C/anno su un totale immagazzinato di 120 +/- 30 Pg. Un ammontare simile è immagazzinato nel suolo. La foresta inoltre assorbe carbonio per 0,6 Pg/anno, specie nella zona occidentale più fertile. L’acqua estratta dal suolo dalle radici ritorna all’atmosfera e ricicla il 20-50% della pioggia; la riduzione della foresta riduce quindi la piovosità e tende a rendere il clima più arido riducendo la nuvolosità e l’azione frenante sul vento. I modelli climatici del 2007 indicano una tendenza a maggiore siccità nell’est e più pioggia nell’ovest, ma tenendo conto dell’aumento di temperatura, si avrà un deficit di acqua nelle regioni dell’est ed il maggiore rischio di siccità nelle regioni deforestate. Meno minacciate sono le regioni del nord-ovest dove converge l’umidità delle Ande. I fianchi delle Ande, dove è maggiore la biodiversità, hanno una loro vulnerabilità se con il riscaldamento si solleva il livello delle nubi fra i 1500 e 3000 m dove si trova la foresta pluviale. Le capacità di recupero della foresta amazzonica sono affidate al sistema delle radici che hanno accesso alle acque profonde, alla capacità di acclimatarsi degli alberi ed all’aumento di efficienza della funzione clorofilliana con l’aumento della CO2. L’azione umana è negativa per gli incendi prodotti con il taglio degli alberi che aumenta l’infiammabilità e la rende sempre più vulnerabile frammentando la foresta. L’espansione delle infrastrutture, delle coltivazioni di soia, l’allevamento del bestiame e le nuove richieste di biofuel potrebbero ridurre la foresta dai 5,4 milioni di kmq del 2001 a 3,2 milioni nel 2050, conseguenza dell’inevitabile sviluppo economico delle regioni. Un piano per preservare le capacità di assorbimento della CO2 e la biodiversità prevede di ridurre la deforestazione al livello del 30-40% lasciando vaste aree protette con limitata frammentazione e corridoi di connessione per la migrazione delle specie anche fra stati diversi, di assicurare il controllo degli incendi e proteggere particolarmente il nord-ovest che è il cuore della biodiversità ed il meno vulnerabile dalla siccità. Le difficoltà all’attuazione di un tale piano stanno nelle insufficienti risorse e nelle capacità dei governi di gestire le pressioni economiche della deforestazione. Il Protocollo di Kyoto oltre il 2012 firmato a Bali include provvedimenti per aiuti alle nazioni delle foreste pluviali affinché riducano deforestazione e degrado utilizzando il “forest carbon credit”, ma questo richiederà una pianificazione accurata ed interventi a lungo termine coinvolgendo con incentivi e benefici le popolazioni locali.
Science, 8 Feb 2008, Vol. 319, pg. 730 - Ning Zeng - Nel 2006 l’emissione di anidride carbonica in Cina ha raggiunto 1,6 GtC (10E15 g di carbone). Lo sviluppo economico prevede di aumentare del 7% all’anno e quindi il prodotto nazionale lordo (GDP) quadruplicherà in 20 anni. L’insieme delle due cose porterà gravi conseguenze al clima e la Cina sarà una delle regioni del mondo più danneggiate da questo fenomeno globale. I centri industriali della Cina si trovano nel golfo di Bohai, nel delta dello Yangtze, area di Shanghai, e nel delta del Fiume delle Perle (Hong Kong e Guangzhou) che verranno inondate per 92000 kmq se il livello del mare aumenta di 1 m. I ghiacciai delle montagne si sono ridotti del 21% negli ultimi 50 anni, le temperature nelle regioni dl Tibet aumenteranno di 3-6 °C entro il 2100 e lo scioglimento del permafrost metterà in crisi la nuova ferrovia Qinghai-Tibet. I grandi fiumi dell’Asia che si originano dall’Himalaya soffriranno una penuria di acqua. La climatologia prevede l’aumento di eventi estremi con uragani estivi ed alternanze di siccità ed inondazioni. Metà della terra in Cina è arida o semiarida. La mancanza di acqua nel nord della Cina ha indotto la costruzione del South-North Water Diversion Project che devia le acque dal bacino dello Yangtze verso nord. L’aridità aumenterà con il riscaldamento globale e l’agricoltura ne soffrirà. La Cina ha oggi il 20% della popolazione mondiale e solo il 7% di terra arabile. Il GDP è aumentato del 9,5% negli ultimi 27 anni, mentre le emissioni di CO2 lo sono solo del 5,4% all’anno, quindi in termini per unità di GDP sono diminuite e sono ĵ di quelle degli Stati Uniti. Nel frattempo l’aumento della richiesta di energia e l’aumento del prezzo del petrolio costringe la Cina a ricorrere alle risorse nazionali di combustibile e quindi al carbone di cui possiede vaste riserve. Attualmente si costruiscono in Cina due centrali elettriche a carbone per settimana. Il governo cinese ha fissato l’obiettivo di una riduzione del 20% di intensità di energia consumata (per unità di GDP) nel periodo di 5 anni (2006-10) mediante risparmio ed efficienza sui nuovi impianti che possono essere costruiti con criteri moderni: uso di energie rinnovabili, tecniche di efficienza e sequestro della CO2. Lo sviluppo dell’agricoltura deve evitare strade che portano ad elevato inquinamento ed alti consumi energetici. Nella pianificazione delle città si deve ricorrere a sistemi di trasporto pubblico efficienti, incoraggiare mezzi elettrici (biciclette, autobus ed auto). In Cina lo sviluppo delle energie rinnovabili è stato anche più rapido di quello delle centrali a carbone. L’obiettivo per il 2020 di energia idroelettrica, nucleare, biomassa, vento e solare sono rispettivamente di 300, 40, 30, 30 e 1,8 GW. La Cina è al primo posto nella costruzione di riscaldatori solari, pannelli solari e turbine eoliche anche se le tecnologie non sono nazionali. La Cina sostiene diversi grandi progetti di riforestazione come nel nord per prevenire la desertificazione, con un’area totale di 60 milioni di ettari di nuove foreste. Come risultato la copertura delle foreste è aumentata dal 12% al 18,2% nel periodo 1980-2005. La Cina ha attivamente partecipato ai lavori del Protocollo di Kyoto ma, come nazione in via di sviluppo, non è soggetta agli obiettivi di riduzione del Protocollo. Il Governo cinese stabilisce però delle strategie per la riduzione delle emissioni con una carbon tax che servirà a finanziare le ricerche di efficienza, energie rinnovabili e sequestro del carbone. Questo sforzo volontario creerà anche posti di lavoro per la masse dei giovani che escono dalle università.
Science, 28 Mar 2008, Vol. 319, pg. 1745 - Robert F. Service - Da tempo l’anidride carbonica è stata considerata la causa principale del cambiamento climatico. Ora c’è anche una causa secondaria: le particelle di carbone o fuliggine. Una nuova analisi, riportata questa settimana in Nature Geoscience conclude che il rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) dello scorso novembre ha sottostimato il ruolo della fuliggine di carbone sul riscaldamento globale. La buona notizia è che una riduzione dell’emissione di questa polvere di carbone in tutto il mondo avrebbe effetti immediati al contrario dell’emissione dei gas serra. Il rapporto IPCC nota che la fuliggine di carbone assorbe fortemente i raggi solari, ma la sottovaluta perché si verifica a livello regionale e non globalmente. Il rapporto stima l’assorbimento a 0,2-0,4 W/mq, molto al di sotto degli 1,66 W/mq della CO2. Nella nuova analisi i dati suggeriscono che l’assorbimento può essere di 0,9 W/mq. La polvere di carbone proviene da sorgenti molto diverse come la combustione delle praterie dell’Africa e delle foreste in Brasile, le emissioni degli autocarri a diesel nel Nord America, i fuochi delle cucine che bruciano carbone in Cina e sterco di vacca in India. La fuliggine si solleva in alto nell’atmosfera formando nuvole oscure che bloccano ed assorbono la radiazione solare. L’effetto di riscaldamento dipende dall’interazione delle particelle di carbone con altre particelle nell’atmosfera perché è sempre mescolato ad altri aerosoli, come particelle di solfati ed altri sottoprodotti organici della combustione. Molti degli altri aerosoli riflettono la luce aumentando gli scambi e quindi l’assorbimento da parte di altre particelle vicine di fuliggine. Particelle di carbone portate molto in alto nell’atmosfera assorbono poi la luce riflessa dalla superficie della Terra e dalle nubi. Poiché molti modelli del clima non considerano in modo adeguato questi effetti, si sottostima l’assorbimento della fuliggine. Il gran numero delle sorgenti di fuliggine rende difficile ridurre queste emissioni, tuttavia queste particelle circolano nell’atmosfera solo per circa una settimana prima di cadere sulla terra e quindi gli sforzi per ridurre la combustione delle biomasse in Amazzonia, le emissioni dei diesel e convertire le cucine a biogas o con energia solare, potrebbero avere un rapido impatto più di una riduzione delle emissioni di CO2. Ne avrebbe sollievo anche la salute pubblica perché l’inalazione del fumo dai fuochi di legna contribuisce alla morte di 400000 persone l’anno nella sola India.
Science, 13 Jun 2008, Vol. 320, pg. 1456 - Josep G. Canadell - L’ecosistema delle foreste è un’importante componente del ciclo globale del carbone per almeno due motivi. Per prima cosa l’ecosistema terrestre rimuove circa 3 miliardi di tonnellate di anidride carbonica prodotta dall’uomo ogni anno ed è il 30% di quella prodotta dalla combustione di combustibili fossili. Il secondo motivo è che i 4 miliardi di ettari di foreste trattengono una grande riserva di carbone, più del doppio di quella trattenuta nell’atmosfera. In prima approssimazione il limite superiore del carbone sequestrato è dovuto alla trasformazione del territorio, in particolare alla trasformazione delle foreste in altre colture. Per mitigare le emissioni di carbone vi sono 4 possibili strategie: a) aumentare l’area delle foreste; b) incrementare la densità del carbone immagazzinato nelle foreste esistenti; c) espandere l’uso dei prodotti delle foreste per sostituire i combustibili fossili; d) ridurre le emissioni conseguenza della deforestazione e del degrado. La riforestazione potrebbe portare un incremento di 0,16-1,1 Pg di C/anno con un’occupazione di 231 Mha. La stima di costo è che 0,12 Pg di C/anno entro il 2030 e richiede 20 US$ per ton di CO2, mentre per più di 0,24 Pg di C/anno si richiedono 100 US$ per ton di CO2. L’aumento della densità delle foreste richiede cicli più lunghi nella raccolta delle biomasse e soppressione degli incendi. L’uso dei prodotti derivati, legno e biomasse per l’energia, ottimizzerà il loro contributo alla mitigazione del clima. Attualmente la deforestazione distrugge 13 Mha/anno quasi esclusivamente nelle regioni tropicali. Riducendo la deforestazione del 50% entro il 2050 e fermandola, quando avrà raggiunto la metà della superficie forestale attuale, si eviterà l’emissione di un equivalente di 50 Pg di C. Combinando tutte queste strategie insieme si potrà ottenere un potenziale di 0,4 Pg di C/anno per il 2030. Disturbi come gli incendi e l’attacco di insetti aumenta il rischio che il carbone sequestrato ritorni nell’atmosfera e c’è incertezza sulla stabilità delle riserve di carbone e sulla capacità di sequestro. Molti modelli che associano il clima e l’accumulazione di carbone in questo secolo, considerano un effetto di fertilizzazione all’aumento delle concentrazione di CO2, ma vi sono notevoli incertezze. Modelli climatici suggeriscono che la riforestazione nelle regioni boreali ha vantaggi climatici limitati perché sostituisce ampie aree ricoperte da neve con aree oscure di foreste che assorbono la luce solare. La riduzione dell’albedo è più vantaggiosa nelle regioni temperate. L’estensione delle foreste può avere impatti socioeconomici riducendo la sicurezza per l’alimentazione. I criteri di sostenibilità ed il bilancio dei benefici devono guidare le decisioni coinvolgendo le popolazioni specie nelle regioni tropicali.
Science, 29 Aug 2008, Vol. 321, pg. 1142 - Eli Kintisch - Il prezzo dei combustibili e le limitazioni del budget hanno costretto la National Science Foundation (NSF) USA a ridurre del 50% le previste 6 settimane sui ghiacci dell’Antartide. Questo ridurrà drasticamente il numero di foche che si potranno contrassegnare in questo autunno. Il progetto delle foche è uno dei 12 studi di ricerca che la NSF è stata costretta a ridurre o differire per l’aumento del 67% dei costi dei combustibili. Il Congresso non risolverà il problema della frenata dell’intero budget federale del 2009 prima dell’avvento del nuovo presidente nel gennaio prossimo. Questo è troppo tardi per il ciclo di ricerche che inizierà a ottobre e finirà il prossimo marzo. I problemi fiscali della NSF sono complicati dagli impegni presi in dozzine di progetti multinazionali per l’International Polar Year (IPY) fra 2007 e 2009. L’ufficio del Programma Polare della NSF ha preparato una piccola armata di navi, aerei e scienziati per il più grande programma di ricerca nel continente antartico. Per il prossimo anno si dovranno trasferire 150000 barili di combustibile per gli aerei e le operazioni di terra nei depositi della stazione di McMurdo, la più grande delle 3 stazioni USA in Antartide. Il costo del combustibile è diventato 30 milioni di US$ con 12 milioni di aumento per una quantità già ridotta del 13%. La NSF ha deciso di ridurre del 20% i voli dei grandi cargo C-17 da Christchurch, in Nuova Zelanda, a McMurdo e ridurre la flotta delle navi del programma da 8 a 5; questo ridurrà il numero delle missioni panificate da 411 a 305. Dei 150 progetti di ricerca previsti nella stagione 2008-09, almeno 25 saranno sottoposti a restrizioni. Ad esempio l’anno scorso gli scienziati hanno installato 9 stazioni con sensori GPS e sismografi all’interno del continente intorno a McMurdo e bisognerà aspettare un altro anno per installare 11 stazioni lungo le coste dell’Antartide Occidentale per monitorare i cambiamenti del ghiaccio che i dati satellitari indicano con tendenza a ridursi. NSF ed i partner internazionali cercano di proteggere come possono il progetto IPY, ma la riduzione dei voli che portano combustibile e vettovaglie significa anche ridurre i rilevamenti laser, radar e di altri strumenti lungo le rotte. Anche la nave di ricerca B. Palmer della NSF ha dovuto rinviare di un anno la crociera per misurare il profilo della concentrazione di CO2 lungo lo stretto di Drake, prevista invece nel prossimo mese.
Science, 20 Mar 2009, Vol. 323, pg. 1546 - Eli Kintisch - Due anni dopo l’ultimo rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2000 scienziati, la scorsa settimana, hanno pubblicato un messaggio non equivoco sullo stato del riscaldamento climatico della Terra. Si è avverato il caso peggiore delle proiezioni di IPCC, se non di più. Le proiezioni dell’innalzamento del livello del mare sono più alte di quanto atteso e gli effetti sul clima compaiono con crescente frequenza. Undici università che hanno partecipato al Congresso sul Clima di Copenhagen sperano di fornire un quadro più completo della scienza del clima prima che i delegati si riuniscano di nuovo a dicembre per riprendere gli accordi di Kyoto del 1997 che scadono nel 2012. La promessa non mantenuta di una conversione alle energie sostenibili rappresenta un’inazione non più scusabile e i ridotti obiettivi delle emissioni per il 2020 aumentano i rischi. Sulla prognosi del sistema climatico non ci sono buone notizie. Al tempo del rapporto IPCC del 2007 non si teneva conto del movimento dei ghiacciai di cui si conosceva poco. Dopo due anni il quadro è più chiaro: l’accelerazione dei ghiacciai in Groenlandia è responsabile di 2/3 delle perdite del ghiaccio. Un’altra domanda rimasta senza risposta dall’ultimo IPCC è se i ghiacci dell’Antartico stanno perdendo massa. I recenti dati dei satelliti indicano che si vanno riducendo. Il movimento accelerato dei ghiacciai della Groenlandia e dell’Antartico porterà ad un aumento del livello del mare di un metro o più entro il 2100 inondando le coste in tutto il mondo. Il nuovo modello indica che la completa scomparsa dei ghiacciai della Groenlandia richiederà un aumento di temperatura di 6 °C, il doppio del previsto. Il prossimo rapporto IPCC fornirà un’analisi del comportamento del contenuto di carbonio nel permafrost e nelle piante. L’ultima stima del carbonio nel permafrost è di 1,7 trilioni di tonnellate, più di due volte la stima del 2007. L’aumento delle temperatura tende a liberare questo carbonio rendendo sempre più difficile il controllo dell’anidride carbonica nell’atmosfera. Altre ricerche indicano che alcuni tipi di sedimenti si decompongono più facilmente ed il 30% produce metano che è un gas serra più potente. L’aumento di temperatura può innescare processi catastrofici come la perdita per siccità delle foreste pluviali amazzoniche. I nuovi modelli mostrano che anche la completa cessazione delle emissioni dei gas serra entro il 2050 porterebbe alla perdita del 40% delle foreste pluviali amazzoniche. I modelli però mancano di credibilità perché non riproducono il clima attuale, ma ricalcano la piovosità dell’Amazzonia del XX secolo. Il cambiamento dell’economia mondiale crea dei pesanti problemi politici e finanziari. Si parla di mitigare le emissioni di anidride carbonica, di miglioramenti dell’efficienza energetica, uso dei pannelli solari e di centrali eoliche. La Danimarca ha sperimentato l’affidabilità dei sistemi eolici, ma ha trovato che le condizioni di vento turbolento li rendono meno efficienti. Molte compagnie stanno sviluppando sistemi che producono biocarburanti dalle alghe, ma studi mostrano che il loro uso provoca emissioni di ossidi di azoto e maggiore inquinamento di quello provocato dai combustibili fossili. Altri provvedimenti non sempre si dimostrano efficaci. In Australia il governo ha dato incentivi per piantare gli eucalipti nativi nelle zone aride, ma questi aumentano la richiesta di acqua ed una migliore alternativa è di piantare insieme specie diverse. Nella prossima conferenza vi saranno 58 sezioni raggruppati sui tre temi principali: la fisica del clima, le prospettive per mitigarne le conseguenze ed i provvedimenti di adattamento. Diverse sezioni sono dedicate ad aiutare i paesi ad adattarsi alle nuove condizioni del clima e vi sono molte cose da imparare. Ad esempio la regolazione delle acque per ridurre i rischi di inondazione, la protezione delle coste contro il rischio dell’aumento del livello marino. Gli organizzatori della conferenza rilasceranno un sommario di 30 pagine entro giugno che dovrebbe servire da guida per i negoziatori.
Science, 27 Mar 2009, Vol. 323, pg. 1655 - Richard A. Kerr - Il riscaldamento globale rappresenta una minaccia per gli orsi polari, ma non è chiaro per quanto tempo ancora potranno cacciare le foche sui banchi di ghiaccio e quando si verificherà la scomparsa dei ghiacci estivi sui mari artici. I ricercatori stimano che il ghiaccio estivo scomparirà intorno al 2037 sulla base dei modelli climatici attuali. Le previsioni dell’Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC) del 2007 si basavano su 23 modelli climatici diversi, con e senza aumento dei gas serra, e si andava da una perdita completa dei ghiacci estivi nel 2020 ad una limitata perdita nel 2100. Riducendo la lista dei modelli solo ai 13 che meglio riproducono l’attuale declino dei ghiacci di mare, la variabilità era ancora notevole e si sono quindi adottati i 6 modelli che riproducevano meglio gli incrementi e decrementi dei ghiacci fra inverno ed estate ottenendo un margine di 30 anni per un’estate libera dai ghiacci con una scarsa probabilità prima del 2020. Uno dei problemi maggiormente discussi è stata la reazione positiva provocata dall’albedo, poiché la riflessione dei ghiacci sull’energia solare è sostituita dall’assorbimento del mare libero al ridursi della superficie ghiacciata. Questo effetto viene però ribilanciato dal più rapido raffreddamento del mare libero all’inizio dell’inverno rispetto a quello di uno strato sottile di ghiaccio. Si può concludere che la perdita del ghiaccio estivo fra 25-30 anni sia la stima più probabile al momento.
Science, 30 Oct 2009, Vol. 326, pg. 659 - Gaia Vince - A più di 4000 m sopra il livello del mare, Chewang Norphel è noto come l’uomo che costruisce i ghiacciai (Glacier Man). Egli trasforma un regione arida d’alta quota in un campo di ghiacci che provvede acqua di irrigazione in tempi opportuni ai poveri agricoltori dei dintorni. Fino ad ora Norphel ha costruito 10 ghiacciai artificiali che sostengono l’agricoltura di 10000 persone. In passato, vicino ai villaggi del Pakistan c’erano i ghiacciai che avevano fermato l’avanzata di Gencis Khan e dei Mongoli, ma al tempo di Norphel questo non sarebbe stato più possibile. Norphel è nato in una famiglia di agricoltori nell’antico regno di Ladakh, fra Pakistan, Afganistan e Cina, un territorio di montagne, una delle più alte regioni della terra abitata, dove si erano insediati pellegrini e commercianti che attraversavano la Via della Seta, fra Tibet, India ed Iran ed ha oggi una popolazione per l’80% buddista tantrica. A 10 anni Norphel seguì le più vicine scuole secondarie a Srinagar, a 400 km, si pagò le lezioni cucinando e facendo le pulizie per i suoi insegnanti. Studiando, crebbe il suo interesse nella matematica e nelle scienze e voleva aiutare gli agricoltori. Nello stato non c’erano università e Norphel scese a sud fino a Lucknow per prendere il titolo di ingegnere civile. Ritornò a Leh come ingegnere governativo. Lavorò per 35 anni costruendo strade, ponti e sistemi di irrigazione nel Ladakh. Quando si ritirò nel 1995, la priorità nella regione non erano più le strade, ma la scarsità di acqua. I ghiacciai erano scomparsi e i corsi d’acqua spariti. Ladakh riceve solo 5 cm di pioggia all’anno, come il deserto del Sahara. La popolazione dipendeva dallo scioglimento dei ghiacciai e della neve. Durante la vita di Norphel i ghiacciai si erano ritirati di 10 km e gli alberi si erano spostati in quota di 150 m. Essendo i ghiacciai a più alta quota, non producevano acqua fino a maggio-giugno ed era troppo tardi per gli agricoltori che dovevano piantare orzo, piselli e grano a marzo e sfruttare la buona stagione prima dell’arrivo dell’inverno a settembre. Norphel si accorse che d’inverno scorreva acqua a poca distanza dal suo villaggio di Skarra, ed andava persa. Pensò che si poteva fermarla perché gelasse accumulando ghiaccio che si sarebbe sciolto poi ai primi di marzo. Questa fu l’idea per creare un ghiacciaio artificiale. L’idea era semplice, ma le autorità e gli abitanti erano scettici e non trovò appoggio per creare canali di raccolta per farla gelare. Norphel creò quasi da solo il primo ghiacciaio artificiale e solo la dimostrazione pratica convinse gli abitanti che lo aiutarono ad estendere il ghiacciaio fino a 2 chilometri. Il ghiacciaio fornì acqua per 1500 persone di quattro villaggi e da allora Norphel ha costruito nove ghiacciai dalla fine del decennio 1980 al 1994, in media lunghi 250 m e larghi 100 m. Norphel stima che possono fornire ciascuno 23000 mc d acqua. Questi ghiacciai sono legati alla conformazione dei luoghi, altitudini, flussi dell’acqua e temperature, in altri luoghi sono preferibili bacini per riserve. Nonostante i suoi successi, Norphel ha avuto poche attenzioni dal mondo accademico. Lo scorso settembre ha avuto un aiuto da una studentessa geografa dell’Università del Colorado che, con un GPS, ha fatto in poche ore una mappa del sito. Il maggiore problema è la mancanza di denaro, ci sono 75 villaggi vicini che sono in condizioni adatte per creare ghiacciai artificiali e mancano i fondi. Un altro problema è il progressivo cambiamento climatico che riduce le precipitazioni nevose, perché i ghiacciai richiedono acqua in inverno.
Science, 30 Oct 2009, Vol. 326, pg. 674 - David D. Parrish and Tong Zhu - Dal 2008 metà dell’umanità vive nelle città. Il numero delle megacittà (quelle con una popolazione maggiore di 10 milioni) è aumentato da 3, nel 1975, a 19, nel 2007, e si prevede che arriveranno a 27 nel 2025. Queste megacittà sono il motore della crescita economica, ma sono anche la sorgente dell’inquinamento e degli agenti del cambiamento climatico. L’aumento delle megacittà aggrava l’impatto dell’inquinamento sulla salute, ma anche fornisce un’opportunità per mitigare il cambiamento climatico introducendo certe politiche per la qualità dell’aria. L’aumento dell’ozono a bassa quota aumenta la mortalità dovuta alle malattie respiratorie e cardiovascolari. L’impatto sulla salute aumenta con l’aumentare della popolazione delle città e tutte le megacittà del mondo eccedono in negativo i limiti fissati dalla World Health Organization (WHO). Tuttavia la maggiore densità di popolazione può agire per mitigare i cambiamenti climatici, con un uso più efficiente dell’energia ed un’emissione minore per capita della CO2, e queste strategie sono più efficaci con l’aumento della locale popolazione. Poiché inoltre le megacittà sono motori dell’economia, creano ricchezza che può essere indirizzata a migliorare la qualità dell’aria e a creare infrastrutture per il risparmio energetico. Un importante esempio è nella riduzione dell’ozono e nell’emissione della fuliggine che ha effetto sulla salute. Per esempio l’ozono aveva raggiunto alte concentrazioni a Los Angeles, prima di introdurre strategie di controllo nelle ultime tre decadi. In Mexico City, l’ozono ha raggiunto il picco all’inizio del decennio1990, senza raggiungere quello di Los Angeles, ed è scesa più rapidamente. Dati più limitati si hanno per Beijing, ma l’ozono, ancora basso nel decennio 1980, era cresciuto con la preparazione dei Giochi Olimpici, raggiungendo quella di Los Angeles e Mexico City. Beijing ha ora applicato il controllo delle emissioni limitando il traffico. I veicoli a motore sono la causa prima dell’emissione di ozono. Più difficile è comprendere il doppio ruolo del particolato come inquinante, con effetto sulla salute, e come agente di raffreddamento e riscaldamento del clima. Nel bilancio sembra che il particolato nell’atmosfera compensi in gran parte l’effetto dei gas serra, ma c’è una grande incertezza nel valutare questi effetti nel tempo e nello spazio.
Science, 13 Nov 2009, Vol. 326, pg. 945 - Jonathan P. Zehr and Raphael M. Kudela - Sulla terra e sul mare, il fissaggio dell’anidride carbonica nella materia organica è fonte delle sostanze alimentari. Circa la metà dell’anidride carbonica prodotta è assorbita dal mare mediante soprattutto il tipo di fitoplancton formato dai cianobatteri. Recenti studi hanno mostrato come il fitoplancton si sia adattato all’ambiente marino e come si può misurare la produttività degli oceani nella fotosintesi dell’ossigeno. L’energia è catturata con il trasferimento di elettroni in una reazione che coinvolge molte proteine per la riduzione dell’anidride carbonica in zuccheri nel ciclo di Calvin. In principio, emissione di ossigeno e fissaggio della CO2 sono prodotti di una reazione unica e ambedue permettono la stima della produttività. In realtà vi sono più percorsi di reazione con gli elettroni che fluiscono dall’acqua alla CO2 e l’assorbimento dell’energia solare per produrre l’adenosine triphosphate (ATP). Questi percorsi includono la reazione di Mehler in cui gli elettroni vanno al complesso fotosistema I (PSI) che usa il cytocrome oxidase per ridurre O2 formando acqua e ATP. Un altro percorso fa intervenire il plastoquinol oxidase (PTOX) nell’emissione di O2. La fotosintesi è influenzata da vari fattori ambientali. Nel mare sono determinanti la temperatura, qualità e quantità della luce e disponibilità di sostanze nutrienti, fra queste specialmente il ferro che in molte zone dell’oceano limita la fotosintesi. PTOX richiede 2 molecole di ferro mentre il cytocrome ne richiede 6 e PSI 12. L’intensità della fluorescenza della clorofilla è stata usata per misurare l’energia trasferita dai pigmenti di fotosintesi ai centri di reazione e quindi il flusso di elettroni; questi dati sono ben correlati con l’emissione di ossigeno. Sia le alghe procariote che quelle eucariote sono in grado di produrre ATP nel percorso di reazione del PTOX.
Science, 5 Mar 2010, Vol. 327, pg. 1186 – Richard A. Kerr – Nel 1998 alcuni geoscienziati della Harvard University ripresero l’antica idea che la Terra, più di mezzo miliardo di anni fa, fosse stata coperta di ghiacci da un polo all’altro minacciando la vita di estinzione. Oggi altri geoscienziati della stessa università riportano prove della presenza di ghiacciai ai tropici 100 milioni di anni prima della supposta glaciazione totale che avrebbe fatto della Terra una palla di ghiaccio (snowball Earth). Nonostante queste ulteriori indagini, molti ritengono che l’idea della snowball sia caduta. In quelle ere geologiche la Terra era certamente molto fredda ma non completamente avvolta da ghiacci. Il recente contributo al dibattito della snowball Earth riguarda alcuni depositi vulcanici trovati nei tropici e datati dal paleomagnetismo all’era glaciale Sturtiana, 716,5 milioni di anni fa. L’ipotesi del 1998 era basata su un modello climatico applicato alla glaciazione Marinoana di 650 milioni di anni fa che aveva raggiunto le regioni tropicali e che si sarebbe propagata a tutta la Terra perché la riflettività del ghiaccio avrebbe raffreddato ulteriormente la Terra fino a creare la glaciazione totale. Alcuni modelli paleoclimatici più recenti indicano, invece, che il salto da una glaciazione fino a basse latitudini alla snowball è difficile se non impossibile. Il ghiaccio si può estendere sui continenti ma non sull’oceano che ha una grande capacità termica e le correnti impediscono il congelamento. Qualche fisico dell’atmosfera ammette la possibilità della formazione di un sottile strato di ghiaccio continuo che avrebbe lasciato in vita le piante marine. In genere quasi tutti i geologi rigettano la possibilità di un congelamento totale e, al 90%, sono ostili all’idea. Solo pochi mantengono in vita la controversia scientifica.
Science, 28 May 2010, Vol. 328, pg. 1084 – Richard Stone – Da 25 anni, Lonnie Thomson, glaciologo dell’Ohio State University alla Byrd Polar Research Center (BPRC), vuole fare una spedizione a Papua, Indonesia, dove si trova l’unico ghiacciaio a ovest delle Ande e a est del monte Kilimanjaro, il Puncak Jaya. Lo scopo è di prelevare campioni di ghiaccio per analisi climatiche e paragonarli con quelli di altri ghiacciai tropicali. I ghiacci si vanno sciogliendo rapidamente e quest’operazione è una corsa contro il tempo. Il Puncak Maya è un punto critico del sistema climatico globale, all’estremità ovest del Pacifico, una zona calda che pompa calore nell’atmosfera più di ogni altro luogo. Il prelievo di bolle d’aria, composti chimici e materiali organici intrappolati nel ghiaccio, ci darà molte informazioni su El Niño Southern Oscillation (ENSO) che riscalda periodicamente il Pacifico e su La Niña che porta acque fredde. Non si sa ancora quanto lunga sia la memoria del passato nei ghiacci di Puncak Jaya, ma è chiaro che questa è l’ultima occasione per raccoglierla prima che sia persa per sempre. Altri ghiacciai sono quelli del Kilimanjaro, in Tanzania e diversi altri nelle Ande peruviane. La spedizione deve partire questa settimana con un arduo e rischioso trekking di 2 giorni nella foresta pluviale, dove si trovano i guerriglieri del Free Papua Movement. Il team installerà un campo per acclimatarsi a 4200 m. Le trivellazioni inizieranno nel ghiacciaio Carstensz a quota 4884 e vicino al ghiacciaio Northwall Firn. Si faranno sei trivellazioni. La documentazione fotografica del ghiacciaio è del 1936, dopo ha subito un progressivo ritiro e una breve espansione dal 1997 al 2000. Sconosciuta è anche l’età del ghiaccio. Il ghiaccio del Kilimanjaro è spesso 50 m ed ha una storia di 11700 anni, dall’ultima era glaciale, e un’altezza di un km più grande del Puncak Jaya. Un problema è il trasporto delle carote dal luogo del prelievo, senza portatori e animali. Si avrà il supporto della compagnia PT Freeport Indonesia che lavora alle miniere d’oro e di rame vicine a Puncak Jaya. Questa compagnia trasporterà le attrezzature per le trivellazioni con gli elicotteri e poi le carote in contenitori frigoriferi in una città a metà strada e quindi in un’industria per la conservazione degli alimenti. Infine avverrà il trasferimento in Ohio, per le analisi. Il team userà diverse tecniche per datare e analizzare il ghiaccio. Si cercheranno i radionuclidi dispersi dai sovietici durante le prove con le bombe atomiche nel decennio 1960. Poi si cercheranno le polveri vulcaniche delle eruzioni di Monte Tambora nel 1815 e Krakatoa nel 1883. Altra ricerca è quella di datare al radiocarbonio gli insetti e le piante imprigionate nel ghiaccio e paragonare le datazioni provenienti dall’Antartide e dalla Groenlandia. Le concentrazioni di gas sono in relazione alle temperature e saranno dati climatici da mettere in relazione con El Niño e La Niña. Così, per la prima volta, parlando di Global warming si parlerà di dati raccolti a terra in un luogo dove nessuno è mai andato e da cui ci si aspetta qualcosa di nuovo.
Science, 25 Jun 2010, Vol. 328, pg. 1630 – Douglas Fox – Tre milioni di anni fa, a metà Pliocene, i livelli di anidride carbonica e di temperatura erano quelli che molti scienziati, suppongono, saranno quelli del 2100. Ci si domanda se i livelli del mare di 35 m più alti, che risultavano all’epoca del Pliocene, si verificheranno sulla Terra nei prossimi 10 o 20 secoli. L’Ice Sheet dell’Antartide orientale è il più grande del mondo, spesso 4 km e con una superficie di 11 milioni di kmq, che copre i tre quarti del continente Antartico. Si suppone che i suoi ghiacciai si trovino sopra il livello del mare, ma nuove prove fanno ritenere che siano in parte al di sotto, suscettibili di essere aggrediti dalle acque dell’oceano e quindi non essere così stabili come si crede. Tre studi mostrano che l’Antartide orientale sta già perdendo ghiaccio. I dati dell’altimetro laser del satellite ICEsat, pubblicati da Nature nell’ottobre 2009, mostrano una diminuzione di spessore. Un altro studio di Nature Geoscience, basato sui dati dei satelliti GRACE con i sensori di gravità, ha trovato alcune aree lungo la costa dell’Antartide orientale che perdono 13 kmc di ghiaccio per anno. Un altro studio, sempre di Nature Geoscience, ha paragonato le perdite di ghiaccio ai bordi del continente con l’accumulazione di neve nell’interno e ha trovato una perdita di 10 kmc di ghiaccio per anno. Queste quantità sono modeste si paragonate con i 150 kmc di ghiaccio perduti ogni anno nell’Antartide occidentale, ma tutti questi studi segnalano i punti caldi e fra questi il maggiore, il ghiacciaio Totten che perde fino a 1,9 m di spessore per anno; questo perché la topografia dell’Antartico orientale è la meno conosciuta della Terra. Un’indagine multinazionale detta ICECAP, con radar che penetrano nello spessore dei ghiacci e altri sensori su aerei, sta mappando la topografia subglaciale. Il Wilkes Basin si trova 1400 m sotto il livello del mare e il più largo, l’Aurora Basin che include il Ghiacciaio Totten, è connesso all’oceano con un canale che si trova da 500 a1000 m sotto il livello del mare. Questi corridoi scendono all’interno del continente fino a 2000 m sotto il livello del mare. Si sta verificando quello che succede quando l’acqua più calda raggiunge i ghiacciai che si trovano in profondità e li rendono più vulnerabili. Infatti, la costa dell’Antartide occidentale e il Mare di Amundsen insieme perdono 100 kmc di ghiaccio per anno. Ciò che è importante vedere è cosa produce la perdita di massa. Le riduzioni delle precipitazioni nevose riflettono cicli a breve termine che possono invertirsi; preoccupa se la riduzione dipende dall’accelerazione dei ghiacciai, come succede nell’Antartide occidentale. Scoprire se il ghiacciaio Totten accelera il suo moto, è difficile perché non si può arrivare sul posto, essendo fuori della portata degli elicotteri e non esistendo campi di atterraggio per gli enormi crepacci. Nel 1987 una spedizione con trattori cingolati è arrivata a Trotten, percorrendo 200 km, e ha misurato la sua velocità in più punti, ma da allora non è stato possibile fare altre misure nemmeno con i satelliti. Da tutti i dati si deduce che, con i livelli di CO2 attesi per il 2030 e le temperature predette dai modelli per il 2100, nell’arco di un millennio o più, il livello del mare salirà di 25-30 m, ben oltre i 10-15 m previsti per lo scioglimento della Groenlandia e dell’Antartide occidentale. Questo comporterà la migrazione dalle coste di centinaia di milioni di persone. Il completamento delle mappe topografiche in corso da parte dell’ICECAP, nei prossimi 18 mesi, potrà cambiare tutto. Un altro problema è se i livelli del mare raggiunti nel Pliocene sono reali, perché gli errori sono fra 10 e 40 m. Un altro fattore di confusione è che lo scioglimento dei ghiacci si riflette localmente in modo diverso in aumenti di livello per la diversa gravità terrestre. Ad esempio, 5000 anni fa, mentre la glaciazione finiva, i livelli nel New Jersey erano 9 m più bassi di oggi, mentre quelli dell’Argentina erano 5 m più alti. Nel frattempo altri cercano di ricostruire la storia dell’Antartide orientale durante il Pliocene carotando il ghiaccio nel Wilkes Basin.
Science, 5 Nov 2010, Vol. 330, pg. 763 – Paul N. Pearson – Anche in assenza degli uomini, molti processi possono cambiare la concentrazione dell’anidride carbonica nell’atmosfera terrestre e influenzare il clima globale. Peter K. Bijl dell’Istituto di Scienze Biomarine dell’Università di Utrecht, Olanda, ha scoperto prove dirette che, durante il Middle Eocene Climatic Optimum (MECO), 40 milioni di anni fa, si è verificato il periodo più caldo della storia climatica della Terra. Dopo solo 7 anni dalla scoperta del MECO, i geologi hanno trovato conferma nei rapporti isotopici dell’ossigeno nei microfossili carbonacei delle carote prelevate nell’oceano meridionale. I dati indicano che le acque profonde si sono scaldate di circa 4 gradi sopra un valore di partenza più alto di oggi. Vi sono solo tre modi per causare un grande e durevole aumento della temperatura superficiale terrestre: aumento dell’irraggiamento solare, minore riflessione verso lo spazio, intrappolare più calore nell’atmosfera. Il Sole si trova nella sua Sequenza Principale e, per la sua età e composizione, ci si aspetta che irradierà in modo costante per un lungo periodo. La riduzione della riflettività (albedo) si può ottenere in molti modi, ad esempio, sciogliendo le distese ghiacciate, cambiando il tipo di nuvole che coprono la Terra, modificando i terreni, facendo crescere foreste dove prima c’erano deserti. Queste modifiche dell’albedo, tuttavia, si producono a seguito dei cambiamenti climatici invece di esserne la causa. Così, fin dall’inizio i ricercatori hanno sospettato che il MECO fosse dovuto a un aumento transitorio di concentrazioni di gas serra nell’atmosfera che hanno intrappolato più calore. La soluzione andava cercata in qualche tipo di sedimenti. Bijl e altri si sono orientati a misurare i rapporti isotopici del carbone in alcuni gruppi di composti organici detti alkenoni prodotti da un tipo di alghe marine. Le trivellazioni a est della Tasmania dimostravano che il riscaldamento del MECO poteva essere in relazione all’abbondanza di alkenoni della zona. Il picco di CO2 era coevo all’aumento di temperatura e i profili erano simili. I livelli assoluti di CO2 indicavano che si partiva da 1000-2000 ppm in volume in confronto ai 390 ppmv di oggi e ai 270 ppmv di prima dell’industrializzazione. Il massimo livello della CO2 raggiunto durante il MECO è stato di 4000 ppmv, o più alto, e l’ipotesi ha superato le critiche. Se l’aumento della CO2 ha prodotto il MECO, i numeri potrebbero essere usati in principio per dedurre la sensibilità climatica della Terra alla CO2, ad esempio, per determinare l’aumento della temperatura globale al raddoppio della CO2. Bijl e il suo gruppo hanno fatto un tentativo di questo calcolo. Vi sono molte assunzioni critiche e in conclusione il calcolo può essere valido per un solo sito. Le concentrazioni della CO2 erano più alte di quelle odierne, sia prima, sia dopo l’evento e sono raddoppiate durante il MECO. La storia climatica della Terra su milioni di anni è stata spiegata con derive, periodicità e aberrazioni. Variazioni lente sono correlate a movimenti geologici del moto delle placche che aumentano e diminuiscono. Le periodicità sono legate alle variazioni dei parametri orbitali, le aberrazioni sono prodotte da shocks violenti per impatti di meteoriti o vulcanismo violento che può provocare bruschi passaggi. Il MECO non si adatta a questa classifica; è stato troppo graduale perché sia un’aberrazione ed è durato troppo a lungo (400000 anni circa). La sua durata, tuttavia, è stata troppo breve, per essere dovuto a eventi geologici. L’ipotesi originale era che fosse stato prodotto dalla sparizione di un oceano fra India e Asia, durante la formazione dell’Himalaya. Forse si è verificata qualche cosa di non usuale in quest’area 40 milioni di anni fa che ha fatto rilasciato grandi quantità di CO2. Si può immaginare che, sparendo l’oceano ricco di sedimenti carbonacei, abbia creato una reazione di decarbonizzazione. Bijl e gli altri hanno calcolato quanto grande deve essere stata la quantità di CO2 in gioco. Ora il problema è nelle mani dei geologi dell’Himalaya, se questo scenario non è possibile, bisognerà cercare altrove.