SCIENZA E RICERCA

L’impronta umana sul clima

Il clima è cambiato negli ultimi due secoli. C’è una molteplicità di fatti che la comunità scientifica considera ormai certi, perché verificati e misurati. Si tratta, in realtà, di due intere costellazioni di dati, ciascuna delle quali costituisce un elemento di novità nel sistema climatico.

Gli indicatori del clima 

La prima costellazione di fatti si riferisce ai cambiamenti di alcuni indicatori diretti dello stato in cui si trova il sistema clima. In primo luogo alla temperatura media alla superficie del pianeta, che dal 1850 a oggi è aumentata in maniera inoppugnabile di 1 °C. L’andamento crescente della temperatura è stato rilevato e confermato con diversi metodi indipendenti di misura. Inoltre l’aumento della temperatura è accompagnato da una serie di altri fenomeni coerenti, come: l’aumento del livello dei mari, la diminuzione dei ghiacci, l’aumento della biomassa, l’anticipo delle fioriture delle piante, la modifica dei comportamenti di molte specie animali.

La composizione dell’atmosfera

La seconda costellazione di fatti misurati e verificati riguarda il cambiamento della composizione chimica dell’atmosfera. In particolare è aumentata la concentrazione di CO2 (raggiungendo il livello di 414 ppm mai sperimentato negli ultimi 800.000 anni e forse negli ultimi 10 milioni di anni), di CH4, di ozono troposferico e di altri gas serra.

Il clima è cambiato. L’analisi dei fatti: chi è il colpevole?

Veniamo ora all’interpretazione di queste due costellazioni di fatti certi. La storia del clima e la teoria fisica ci dicono che le due costellazioni sono strettamente correlate. E, infatti, nessuno scienziato mette in discussione questa correlazione. Ma restano aperte due domande.

Qual è la causa e qual è l’effetto?

E chi è il colpevole dei cambiamenti del clima?

Per rispondere a entrambe le domande dobbiamo, come è prassi per i buoni investigatori, analizzare gli alibi di tutti gli indiziati in campo. Iniziando dagli attori astronomici. E, in particolare, dal motore principale del sistema: il Sole.

Il Sole

Molte sono le relazioni tra la Terra e la sua stella che concorrono al clima e ai suoi cambiamenti. Tuttavia possiamo escludere dalla lista degli indiziati le relazioni che definiscono cicli regolari e di lungo periodo: come la precessione degli equinozi, l’inclinazione dell’asse terrestre e così via. Sono fattori ben noti e monitorati con grande accuratezza. I dati astronomici dimostrano che nessuno di questi cicli presenta variazioni inattese e/o in grado di spiegare i rapidi cambiamenti del clima terrestre cui assistiamo da un secolo e mezzo.

Resta la variazione, molto meno regolare, dell’attività solare. Questo sì che è un fattore che può operare a breve e da tenere sotto stretta osservazione. I fisici lo fanno da tempo e possiamo confidare della precisione delle loro misure. Ebbene, proprio queste misure ci dicono che l’attività solare, nell’ultimo secolo e mezzo, è cambiata. È aumentato, in media, il numero delle macchie presenti nel tempo sulla superficie solare. Sono, di conseguenza, aumentati i fenomeni magnetici correlati alla presenza delle macchie.

È aumentato, in particolare, dello 0,08%, l’irraggiamento solare. In termini di radiative forcing, ovvero di incremento aggiuntivo dell’energia che arriva sulla Terra, il Sole oggi invia una potenza media di 0,12 W/m2 superiore a quella dell’epoca pre-industriale. Questo incremento, misurato – lo ripetiamo – con precisione affidabile, è di almeno un ordine di grandezza inferiore (più di dieci volte meno) rispetto a quello necessario a spiegare l’aumento della temperatura media registrato sul pianeta.

Il Sole, dunque, non è da cancellare dalla lista dei sospetti. Ma è da considerare un complice marginale. Qualcuno dice che non abbiamo ancora trovato la pistola fumante dei cambiamenti del clima. Ma siamo certi che l’assassino non è il Sole.

Comete, meteoriti, asteroidi

La nostra stella è di gran lunga il principale degli attori astronomici capaci di influenzare il clima del pianeta Terra. Ma non è l’unico. Comete, asteroidi e meteoriti, per esempio, possono determinare drastiche mutazioni del clima. Sia nei tempi lunghi: basti pensare che la gran parte dell’acqua presente sulla Terra vi è stata portata da questi oggetti cosmici relativamente piccoli. Sia nei tempi brevi: l’impatto di un asteroide sufficientemente grande, qualche chilometro di diametro, è in grado di liberare una quantità di polveri in atmosfera tale da abbassare per giorni e persino per anni la temperatura terrestre.

Tuttavia negli ultimi due o tre secoli non abbiamo notizie di cadute di questi oggetti cosmici sulla Terra anche lontanamente capaci di determinare i cambiamenti osservati del clima. Comete, asteroidi e meteoriti hanno un alibi formidabile e dobbiamo escluderli del tutto dalla lista dei potenziali assassini.

I raggi cosmici

La lista degli indiziati, tuttavia, non si è esaurita. Negli ultimi tempi, anzi, si è prestata molta attenzione ai raggi cosmici, ovvero a particelle cariche di energia sia di origine galattica sia di origine solare che possono penetrare nell’atmosfera terrestre, interagnendo sia con il ciclo dell’ozono stratosferico sia con il meccanismo di formazione delle nubi. È stato provato, in particolare, che i raggi cosmici che raggiungono la troposfera possono generare grossi ioni che funzionano da nuclei di condensazione del vapor acqueo.

Un fisico, il danese Henrik Svensmark, ha ipotizzato che il ruolo dei raggi cosmici sia addirittura la causa primaria dei cambiamenti del clima. Ma l’affermazione è non ha superato la prova dell’analisi critica dei colleghi. Anzi, la gran parte della comunità scientifica esperta ritiene questa ipotesi incapace di spiegare i cambiamenti climatici osservati.

Recenti calcoli, in particolare, dimostrano che il flusso dei raggi cosmici – sia di origine solare, sia di origine galattica – che hanno raggiunto la Terra negli ultimi due o tre secoli avrebbe potuto determinare al massimo cambiamenti del clima di due ordini di grandezza (cento volte) inferiori a quelli registrati. I raggi cosmici vanno tenuti d’occhio. Ma, a quanto ne sappiamo a tutt’oggi, vanno esclusi senza indugio dalla lista dei potenziali assassini.

In definitiva, non è in cielo la causa dei rapidi cambiamenti del clima cui stiamo assistendo sulla Terra.

I vulcani

Ora è la volta di analizzare i fattori naturali terrestri. I vulcani, per esempio. Le grandi eruzioni sono certamente in grado di provocare rapidi cambiamenti del clima. Sia immettendo polveri in atmosfera che provocano un raffreddamento l’atmosfera – l’eruzione del Krakatoa, un vulcano sull’isola indonesiana di Rakata, nel 1883 abbassò la temperatura media del pianeta di 0,5 °C – sia immettendo gas serra. Ma anche nel caso dei vulcani non si ha notizia di eventi che, in questi ultimi due secoli, abbiano potuto determinare un aumento netto della temperatura. Ma anche se ci fosse stata questa attività, avrebbe provocato l’abbassamento non l’innalzamento della temperatura.

Allo stesso modo non si hanno notizie di altri eventi naturali che possano aver provocato l’una (aumento della temperatura) o l’altra (aumento dei gas serra) o entrambe le costellazioni dei fatti accertati.

L’impronta umana sull’ambiente

Resta dunque solo un altro indiziato: l’uomo.

La nostra specie ha acquisito da tempo la capacità di interferire con i grandi cicli biogeochimici del pianeta. L’uomo, attore ecologico globale, è in grado di influenzare il clima. Sappiamo che la prima grande transizione economica della società umana – il passaggio da un’economia fondata sulla raccolta e dalla caccia all’economia fondata sull’agricoltura e l’allevamento – ha determinato diecimila anni fa un aumento della temperatura media del pianeta stimato intorno a 1 °C a causa delle modificazioni del suolo, in primo luogo attraverso la deforestazione.

Anche la nuova transizione economica, la rivoluzione industriale, iniziata nel XIX secolo, ha riconfermato questa capacità. Sia attraverso nuove modificazioni del suolo (deforestazione, particolari coltivazioni, allevamento di animali). Sia attraverso le perturbazioni introdotte nel ciclo dei gas che determinano l’effetto serra naturale attraverso la messa in circolazione di una parte rilevante del carbonio contenuto nei combustibili fossili.

In quasi tutti i nuovi flussi di gas serra è evidente la mano dell’uomo. A iniziare dai flussi di carbonio. Prima dell’Ottocento l’uso che la nostra specie faceva dei combustibili fossili era abbastanza limitato. Con l’inizio dell’era industriale, l’umanità ha iniziato a utilizzare in quantità crescenti il carbon fossile e poi il petrolio e poi ancora il gas naturale. E così il carbonio generato in milioni di anni da processi biogeochimici molto particolari e “congelato” nel sottosuolo – in quanto sottratto al “ciclo” che concorre all’evoluzione del sistema climatico – è stato liberato. In pratica si è aggiunta una nuova sorgente nel ciclo del carbonio. Per un certo periodo l’omeostasi del sistema climatico ha assorbito la perturbazione. Ora la capacità omeostatica sembra giunta a saturazione.

Possiamo corroborare con dati più precisi questo osservazioni di tipo qualitativo. Per tutto il XIX secolo le emissioni antropiche di carbonio sono state nell’ordine di qualche centinaio di Mt (milioni di tonnellate). Occorre attendere il 1920 perché raggiungano l’ordine di grandezza della Gt (miliardi di tonnellate). Passano ancora quarant’anni e, nel 1960, le emissioni risultano triplicate: 3 Gt. L’accelerazione è sempre più vistosa. Passano dieci anni e, nel 1970, toccano quota 4 Gt nel 1970, poi 5 Gt nel 1980, poi un lieve rallentamento – 6 Gt nel 1994, 7,2 Gt nel 2005 – e di nuovo un’impennata: 11 Gt oggi.

Il 70% di queste emissioni sono dovute all’uso di combustibili fossili, il 30% a processi di trasformazione del suolo (deforestazione, coltivazioni, aree industriali). Questa velocità di crescita del carbonio in atmosfera è superiore a ogni altra epoca almeno degli ultimi 20.000 anni. Ed è lei che ha determinato, probabilmente, quell’accumulo di carbonio in atmosfera senza precedenti negli ultimi 800.000 anni e, forse, degli ultimi 10 milioni di anni.

I sistemi naturali, infatti, con le loro capacità omeostatiche sono stati capaci di assorbire la gran parte del “nuovo” carbonio (in realtà, per la gran parte fossile e dunque vecchio) immesso dall’uomo in atmosfera fino alla soglia di 3 Gt, ovvero sostanzialmente fino al 1960. Dopo questa soglia i “pozzi” naturali sembrano giunti a saturazione e tutte le emissioni aggiuntive si stano accumulando in maniera quasi lineare. Oggi, in pratica, degli 11 Gt di carbonio che l’uomo rilascia nel corso di un anno, ben 8 restano in atmosfera, dove, naturalmente, si accumulano.

La storia delle emissioni antropiche di carbonio e l’aumento in atmosfera del medesimo elemento sono del tutto congruenti. La quasi totalità degli scienziati che si occupano di studiare il clima ritiene che le emissioni antropiche siano la causa dell’aumento della concentrazione di carbonio in atmosfera, che, come abbiamo detto, sono passate da 280 a 414 ppm.

In quasi tutti i nuovi flussi di gas serra è evidente la mano dell’uomo

D’altra parte se l’uomo non fosse la causa di questo accumulo, dovrebbero esistere dei “pozzi naturali” in grado di assorbire le sue emissioni di carbonio. Nessuno a tutt’oggi li ha individuati.

Se attribuiamo interamente all’uomo l’aumento della concentrazione di CO2 in atmosfera troviamo che il radiative forcing dovuto al carbonio antropico ammonta a 1,6 W/m2. Una potenza oltre 13 volte superiore a quella attribuita all’accresciuta attività solare.

Ma non c’è solo il carbonio. C’è anche il metano. La cui vicenda è, però, più complessa. La concentrazione del gas in atmosfera è passata, come abbiamo detto, da 715 a 1870 ppb tra il XIX secolo e oggi. Le sorgenti di metano tuttavia sono sia antropiche che naturali. Ma non è facile comprendere con esattezza quanto metano accumulato in atmosfera sia di origine antropica e quanto sia di origine naturale. Abbiamo alcuni indizi, tuttavia. Dal 1993 al 2015 l’accumulo di metano in atmosfera si è quasi arrestato. È come se si fosse trovato un punto di equilibrio dinamico. Per molto tempo la causa di questo arresto non è stata nota. Nuove ricerche sembrano dimostrare che l’equilibrio è stato trovato perché sono intervenute novità – come l’uso di nuove tecniche di coltivazione del riso che consentono di usare meno acqua – di origine completamente antropica. Segno, dunque, che l’influenza umana sul ciclo del metano è notevole. Negli ultimi anni la concentrazione di metano in atmosfera è tornata ad aumentare. In ogni caso l’aumento di metano in atmosfera ha aggiunto una potenza di 0,48 W/m2 all’irraggiamento dell’epoca preindustriale.

L’analisi può continuare con tutti gli altri gas serra. L’uomo è responsabile del 40% delle emissioni di N2O che contribuiscono con un radiative forcing di 0,16 W/m2 all’incremento dell’effetto serra. Ancora: l’uomo è, naturalmente, responsabile del 100% degli alocarburi, che sono prodotti di sintesi. Gli alocarburi hanno un radiative forcing di 0,33 W/m2. In definitiva, le attività umane aggiungo in maniera diretta una potenza di 2,60 W/m2 all’effetto serra naturale. Cui bisogna aggiungere gli effetti per così dire indiretti. Le attività umane, infatti, determinano la formazione di ozono troposferico, cui si attribuisce un radiative forcing piuttosto significativo: 0,40 W/m2. In totale, le attività umane aggiungono 3,00 W/m2 al nuovo bilancio annuale dell’effetto serra naturale: una quantità 25 volte superiore a quella dell’aumentata attività solare.

È per questo che gli scienziati dell’Intergovernmental Panel on Climate Change sostengono, nel loro ultimo rapporto sul clima (ci riferiamo al Quinto rapporto di valutazione pubblicato tra il 2013 e il 2014), che c’è un’elevata probabilità – in pratica, la certezza quasi assoluta – che l’uomo sia responsabile della gran parte dei cambiamenti del clima.

Ma non corriamo troppo. Anche perché nel sistema clima le cose sono molto complicate e spesso complesse. Infatti molte delle attività umane non contribuiscono a riscaldare, bensì a raffreddare la temperatura planetaria.

Molte attività umane (e molti fenomeni naturali) producono aerosol. Ovvero particelle liquide e/o solide che fluttuano nell’atmosfera. Gli aerosol di origine antropica sono polveri e inquinanti vari prodotti da industrie, incendi, traffico. Ci sono poi aerosol di origine naturale: ancora una volta polveri da varie fonti, ma anche pollini. Gli aerosol hanno ruoli diversi e ambigui nel sistema clima. Alcuni contribuiscono a riscaldare, altri a raffreddare. Non sempre è facile comprendere chi fa cosa e a quanto ammonta l’effetto della sua azione. È meglio, dunque, giungere subito alla sintesi: gli aerosol, in buona parte di origine antropica, hanno un effetto netto raffreddante molto importante: il radiative forcing infatti ammonta a -1,60 W/m2 e, difatti, dimezza l’effetto riscaldante.

Rispetto all’era pre-industriale, quindi, il radiative forcing è aumentato di 1,60 W/m2. È questo aumento è del tutto compatibile con l’aumento registrato della temperatura del pianeta.

In definitiva. L’uomo agisce sul clima in due modi. Da un lato inasprisce l’effetto serra naturale, dall’altro lo attenua. L’effetto, per così dire, riscaldante è il doppio di quello raffreddante. Al netto le attività terrestri in cui la nostra specie partecipa ammontano a 1,6 W/m2: oltre 12 volte il contributo aggiuntivo dato dall’incremento delle attività solari.

Questa narrazione ha bisogno, come vedremo, di qualche ulteriore puntualizzazione. Ma già adesso sappiamo chi è il colpevole dell’accelerazione dei cambiamenti del clima: l’uomo.


L'articolo fa parte di uno speciale più ampio sui cambiamenti climatici.

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