Il clima della Terra: passato, presente e futuro

Cari ragazzi chi di voi pensa che il cambiamento climatico sia un "problema" del nostro tempo, alzi la mano! Perché poche mani alzate? Ho capito, cresciuti con la saga dell'Era glaciale, siete stati istruiti in tema e sapete che il nostro pianeta non ha sempre avuto il clima attuale!
La Terra, in passato, ha sperimentato periodi ben più freddi o caldi di quello attuale e la vita si è adattata ogni volta al cambiamento, spesso con drastiche estinzioni di massa. Ma il global climate change attuale sta mettendo in crisi il clima a cui la nostra specie è abituata e per questo ce ne preoccupiamo. Il clima della Terra è determinato da una serie di fenomeni complessi e dinamici. Tuttavia due sono i fattori che, più di altri, lo influenzano: 1) la radiazione solare e 2) la composizione dell'atmosfera. Entrambi i fattori contribuiscono a determinare la temperatura del nostro pianeta attraverso un fenomeno noto come effetto serra. I raggi solari riscaldano la superficie della Terra, ma se non ci fossero atmosfera ed effetto serra, la temperatura media sarebbe intorno a -10°C, il nostro pianeta sarebbe ghiacciato. Per fortuna esiste l'effetto serra! Tre gas presenti nella nostra atmosfera, CO2 (anidride carbonica), CH4 (metano) e H2O (vapor acqueo), trattengono parte della radiazione solare, mitigando in questo modo il clima della Terra. Infatti, questi gas serra hanno la caratteristica di essere trasparenti alle radiazioni solari in arrivo, ma catturano le radiazioni infrarosse riemesse dalla superficie terrestre riscaldata dal Sole e in questo modo aumentano la temperatura del pianeta.
Ci sono stati periodi in cui quasi tutto il pianeta era coperto da ghiacci e periodi in cui neanche ai poli c'era acqua ghiacciata. I motivi sono da ricercare nella variazione: 1) della composizione chimica della nostra atmosfera e 2) della quantità di radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. C'è un metodo straordinario per studiare il clima del passato: le rocce. Queste, infatti, hanno proprietà chimico-fisiche che dipendono dalla temperatura e dalle condizioni ambientali in cui si formano. Studiando le rocce possiamo ricostruire il clima della Terra nel passato e fare previsioni su quello che accadrà in futuro.

a) Relazione inversa tra rapporto isotopico dell'ossigeno e temperatura a cui sono cresciuti gli organismi da cui è derivato il campione.
b) Relazione tra aumento dell'anidride carbonica atmosferica e temperatura terrestre.
c) Andamento ciclico del clima sul nostro pianeta, con alternanza di periodi interglaciali (miti) e glaciali (freddi).
(Ripreso da "Click and Learn", HHMI's BioInteractive, http://www.hhmi.org/biointeractive/paleoclimate-history-change)

Un risultato molto interessante è arrivato dallo studio delle rocce sedimentarie campionate dai fondali oceanici. Queste rocce sono formate con i resti di gusci calcarei di microorganismi come i foraminiferi. Proprio perché si sono formate con materiale organico hanno una proprietà molto particolare. Gli atomi di ossigeno che le costituiscono non sono tutti uguali, ma sono in parte formati dall'isotopo pesante 18O e in parte dall'isotopo leggero 16O, il perché lo studierete in futuro. La cosa interessante è che il rapporto tra l'isotopo pesante e quello leggero è inversamente proporzionale alla temperatura (figura a dell'immagine sopra). Studiando, quindi, quanto ossigeno c'è di un tipo e dell'altro si può risalire alla temperatura di migliaia e milioni di anni fa! Non solo. Con studi simili sugli isotopi di atomi contenuti nel ghiaccio o in resti di organismi viventi, si può risalire alla concentrazione di anidride carbonica del passato. Gli studi hanno permesso di arrivare a 70 milioni di anni fa e il fattore che in questo lungo periodo ha più influenzato il clima è stato proprio la concentrazione di CO2 atmosferica. Come si osserva dalla figura b dell'immagine sopra riportata, la relazione diretta tra l'aumento della concentrazione di CO2 e di temperatura è molto evidente, anche se qui si tratta degli ultimi cento anni o poco più.
Cosa succede se guardiamo le variazioni su più piccola scala temporale, cioè per esempio nell'ultimo milione di anni? Se guardate il grafico c (della figura sopra), vi rendete subito conto che nell'ultimo milione di anni, il clima della Terra ha subito oscillazioni periodiche, con periodi di circa 10000 anni, alternando fasi interglaciali a epoche decisamente più fredde dette, appunto, glaciali. Sapete che l'asse terrestre è inclinato rispetto al piano dell'orbita. Subisce, tuttavia, una lenta rotazione rispetto alla perpendicolare al piano dell'orbita, descrivendo un doppio cono come una trottola, ogni 25000 anni circa, a causa delle forze di marea esercitate dalla Luna e dal Sole. Ebbene, questa oscillazione dell'asse terrestre (nota come precessione degli equinozi) influisce sulla quantità e la distribuzione dell'irradiazione solare sulla Terra ed è la causa dell'alternarsi di periodi glaciali e interglaciali.

Andamento della concentrazione di anidride carbonica atmosferica e temperatura media terrestre.
(Ripreso da "Click and Learn", HHMI's BioInteractive, http://www.hhmi.org/biointeractive/paleoclimate-history-change)

Consideriamo il famigerato riscaldamento globale attuale. Osservando l'andamento della concentrazione di CO2 negli ultimi 800000 anni si osserva ancora come questo sia direttamente legato alla variazione di temperatura sul nostro pianeta. Arrivando ai nostri giorni si nota un'impennata di CO2 senza precedenti nella storia recente del pianeta. In cento anni siamo passati da 300 ppm (parti per milione) a 400 ppm, quando c'erano voluti 20000 anni per passare da circa 200 a 300 ppm. E' evidente a tutti che ciò che preoccupa maggiormente è la rapidità con cui si sta realizzando questo aumento di CO2 atmosferica derivante dalle attività antropiche, industriali e agricole (leggi anche Come cambierà il clima sulla Terra). Fin dalla conferenza di Kyoto del 1997, periodicamente gli esperti richiamano i paesi industrializzati a limitare le loro emissioni di CO2. Senza successo.
Gli scienziati, allora, si sono messi a fare previsioni, tenendo conto dei dati sul clima del passato. Inutile dire che le previsioni preannunciano grossi sconvolgimenti. Recentemente alcuni ricercatori hanno rivisto al rialzo l'aumento medio della temperatura mondiale nei prossimi decenni, prospettando un preoccupante scenario futuro per il nostro pianeta, che dovrebbe scaldarsi più di quanto previsto finora. Altri si sono concentrati, invece, sulle dinamiche di cambiamento delle nicchie climatiche nel prossimo futuro. Hanno così disegnato la nuova ipotetica mappa della biodiversità terrestre, cercando di tracciare le future traiettorie migratorie delle specie viventi. Non dicono niente, però, di dove migrerà una certa specie invasiva denominata Homo sapiens...
In attesa di capire se le previsioni siano giuste oppure no, aspettiamo con ansia che i potenti del mondo diano un'occhiata al grafico dell'aumento di CO2 negli ultimi 100 anni.

Referenze

Paleoclimate: A History of Change.
Sherwood S.C., Bony S., Dufresne J.L. (2014) Spread in model climate sensitivity traced to atmospheric convective mixing. Nature, 505: 37-42.
Burrows M.T. et al., (2014) Geographical limits to species-range shifts are suggested by climate velocity. Nature, 507: 492–495.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)