Un modello per il riscaldamento globale

La Terra vista dall'orbita - Foto di Peter W.

Lo studio degli eventi climatici di raffreddamento e riscaldamento che hanno interessato la Terra nel passato potrebbe rendere possibile la realizzazione di un modello per prevedere quali caratteristiche potrebbe avere il clima nel futuro.

Attraverso la modellizzazione dei principali eventi di riscaldamento globale avvenuti sulla Terra e cercando di valutare le cause che hanno provocato questi fenomeni, gli scienziati della University of Wisconsin Madison, in collaborazione con i climatologi del National Center for Atmospheric Research, stanno tentando di capire i meccanismi alla base dei possibili futuri cambiamenti climatici.

I risultati degli ultimi esperimenti riguardo il nuovo modello climatico sono stati pubblicati sulla rivista Science.

“Vorremmo scoprire cosa succederà al clima nel futuro ed in particolare se avverranno bruschi cambiamenti. Il principale problema è che, ad oggi, non sappiamo se il modello elaborato è corretto e se possa funzionare per questo tipo di eventi. Proprio per questo motivo stiamo cercando di validarlo” afferma Zhengyu Liu, professore di scienze oceaniche e atmosferiche e direttore del Center for Climatic Research del Nelson Institute for Environmental Studies.

Per validare il modello climatico, Liu e colleghi stanno provando ad adattarlo agli eventi avvenuti nel passato in base alla corretta sovrapposizione dei valori con i dati climatici forniti da simulazioni basate su prove fisiche dell’andamento climatico del passato.

I limiti dei modelli climatici tradizionali sono legati essenzialmente alla potenza di elaborazione dei computer. Tali modelli forniscono una sorta di “istantanee catturate dal passato”, ma queste catture possono risultare slegate creando dei tagli con buchi di centinaia di anni tra una simulazione e la successiva.
“Per analizzare i cambiamenti climatici repentini è necessario che nella simulazione non ci siano tagli” spiega Liu.

Usando le interazioni tra terre emerse, acque, atmosfera e copertura di ghiacci, nel Community Climate System Model sviluppato dal National Center for Atmospheric Research (NCAR), i ricercatori hanno potuto creare una serie continua e dettagliata di “istantanee dal passato” che forniscono molte più informazioni riguardo al clima dei passati millenni.

Gli scienziati hanno fatto iniziare il loro modello a partire da 21 mila anni fa, data cui corrisponde circa l’ultimo massimo glaciale.

L’ultima glaciazione, il Würm, durò circa 80 mila anni. Si tratta in realtà di un fenomeno complesso che comprende eventi glaciali alternati a periodi caldi detti interstadiali.

Gli studiosi hanno simulato le condizioni atmosferiche e oceaniche attraverso il riscaldamento di Bølling-Allerød, si tratta di un interstadiale globale caldo e umido, l’ultimo principale aumento di temperatura terrestre che avvenne circa 14500 anni fa.

“Il nostro obiettivo principale è riuscire a simulare in modo corretto l’ultimo principale evento di riscaldamento globale poiché ci permetterebbe di validare il nostro modello” afferma il professor Liu.

La simulazione è risultata coerente con le condizioni analizzate di temperatura, livello dei mari ed estensione dei ghiacci valutate mediante il record fossile e rilevamenti geologici.

Per effettuare le simulazioni i ricercatori si sono avvalsi di due supercomputer dell’Oak Ridge National Laboratory che hanno facilitato e reso più rapida la comprensione dei contributi singoli apportati da tre importanti fattori ambientali che hanno condotto al riscaldamento di Bølling-Allerød:

  • un aumento dell’anidride carbonica presente in atmosfera,
  • variazioni e fasi di stallo nelle correnti oceaniche calde,
  • vaste aree di acque subsuperficiali più calde negli oceani durante la temporanea interruzione delle correnti oceaniche.

Questi fattori crearono un effetto domino che ebbe inizio dopo la fase di massima espansione glaciale: con lo scioglimento del ghiaccio, enormi quantità di acqua dolce raggiunsero mari e oceani. Ad esempio la copertura di neve e ghiaccio che dominava gran parte del Nord America si riversò, sotto forma di acqua, nell’Atlantico settentrionale determinando un abbassamento della salinità oceanica.

Il risultato, in base al modello creato dagli scienziati, fu l’interruzione della corrente oceanica. Senza l’apporto delle calde acque tropicali il nord Atlantico si raffreddò, mentre il calore si accumulò nelle acque del sud. Successivamente, quando rallentò e poi finì lo scioglimento dei ghiacciai, la corrente oceanica riprese il suo corso.

“Tutto quel calore accumulato nelle acque oceaniche tropicali venne rilasciato con estrema violenza e fluì copiosamente per decenni. Questo fenomeno determinò il riscaldamento della Groenlandia e lo scioglimento del ghiaccio marino artico” spiega il professor Liu.

Il modello mostra un incremento medio di 15°C della temperatura in Groenlandia avvenuto in pochi secoli. In questo caso il modello si adatta perfettamente con il clima di quel periodo come viene rappresentato in base ai dati geologici e paleontologici.

“La possibilità di simulare con successo il clima di migliaia di anni fa grazie ad un modello climatico globale è un importante risultato scientifico. Rappresenta indubbiamente un passo decisivo verso una migliore comprensione di come potrebbe cambiare il clima della Terra nei prossimi secoli se prosegue e aumenta lo scioglimento dei ghiacci” afferma Bette Otto-Bliesner, specialista di modelli climatici presso il National Center for Atmospheric Research (NCAR) e coautore dello studio.

Non è ancora nota la quantità di ghiaccio che si sciolse durante l’interstadiale di Bølling-Allerød, ma sia le conseguenze di un lento scioglimento sia di uno molto rapido e improvviso conducono al risultato di un aumento delle temperature pari a 15°C, in base alle simulazioni effettuate.

“Questo fenomeno avvenne nel passato, ora la domanda è: se nel futuro il riscaldamento globale provocherà lo scioglimento dei ghiacciai polari, si presenterà lo stesso tipo di evento?” si chiede il professor Liu.

Attualmente solo il tempo potrà fornire una risposta, ma la ricerca prosegue a ritmo serrato: nel 2008 il team di scienziati ha simulato circa un terzo del clima negli ultimi 21 mila anni. Sarà necessario ancora molto lavoro per ultimare la simulazione del clima nel passato per poi arrivare al presente e addentrarsi per 200 anni nel clima del futuro.

Il successo di questo studio è legato ad una seria e proficua collaborazione tra numerosi specialisti in informatica, oceanografia, climatologia, glaciologia, geologia, paleontologia,… la sinergia tra i singoli specialisti è il fattore chiave per raggiungere il livello di precisione necessario per ricreare la storia delle condizioni climatiche nel tempo.

Il nastro trasportatore oceanico

In base all’ipotesi del “nastro trasportatore oceanico” esiste una grande corrente che interessa tutti gli oceani. Si tratta di una massa d’acqua che si sposta, a profondità variabile, in base alle variazioni di temperatura e di densità, il suo ruolo è di ridistribuire l’energia all’interno delle masse d’acqua.

Questo nastro trasportatore porta le calde acque superficiali dei tropici verso nord e le acque più fredde e pesanti verso sud.

In particolare la corrente calda scorre dall’equatore all’Islanda dove si raffredda, scende a maggiore profondità e inverte la rotta. Ripercorre l’Atlantico in senso opposto e quindi attraversa l’oceano Indiano fino a giungere nell’oceano Pacifico. A questo punto la corrente si porta verso la superficie e rigira, ormai calda, per fare il percorso inverso.

Questa corrente, equivalente a cento volte il flusso del rio delle Amazzoni, fornisce all’Atlantico settentrionale una quantità di calore pari al 30% di quello fornito dai raggi solari. Proprio per questo motivo le temperature invernali delle coste del nord Europa sono più miti rispetto a quelle dell’Alaska, ad esempio.

Si pensa che in passato alcuni eventi glaciali abbiano interrotto la corrente oceanica: una diversione dell’acqua di fusione durante il ritiro della coltre glaciale nordamericana, avvenuta circa 11 mila anni fa, può spiegare l’intervallo freddo di 1000 anni chiamato Dryas recente.
Il lago Agassiz, alimentato dall’acqua di fusione, era drenato dal Mississippi, le cui acque giungevano al Golfo del Messico, ma quando il ritiro dei ghiacci aprì un canale a est, l’acqua si riversò nella regione dei Grandi Laghi e venne quindi drenata dal San Lorenzo.

L’afflusso di acqua dolce nell’Atlantico settentrionale ridusse per diluizione la salinità e quindi la densità delle acque superficiali impedendone l’affondamento. Questo bloccò il nastro trasportatore atlantico con la conseguenza che l’acqua calda non poté più fluire verso nord e una vasta regione attorno l’Atlantico settentrionale subì un forte raffreddamento. Ciò innescò un rapido abbassamento delle temperature fino a quando non si ridusse l’afflusso di acqua dolce e l’accumulo di calore nelle zone tropicali diede nuovamente avvio alla corrente oceanica.

Bibliografia

Zunino, Zullini – 2004, Biogeografia, La dimensione spaziale dell’evoluzione vol.2, Casa Editrice Ambrosiana

Corso di Biogeografia, Università degli Studi di Milano

Casati P. – 2002, Scienze della Terra vol.2, Città Studi Edizioni