Cambiamenti climatici, Effetto serra e Caos

I cambiamenti climatici sono dovuti all’attività umana? La risposta è nei lavori di due premi Nobel!

Il prossimo novembre avrà luogo la United Nations Climate Change Conference (COP26), ospitata in questa 26esima edizione nel Regno Unito, a Glasgow. Durante questo evento i rappresentanti della quasi totalità dei paesi della Terra si incontreranno per trovare un accordo su come affrontare i cambiamenti climatici.

Prima un po’ di storia

È strano pensare che meno di 100 anni fa il riscaldamento globale non fosse nemmeno considerato come un problema dalla grande maggior parte degli scienziati. Infatti, nel 1938, lo stesso Sir George Simpson, un meteorologo del tempo, negava ogni collegamento tra l’aumento della concentrazione di anidride carbonica e l’innalzamento della temperatura sulla superficie terrestre, definendola una mera coincidenza. Piccolo “spoiler”, una correlazione tra i due eventi esiste! Un ingegnere, tale Guy Callendar, riuscì a dimostrare con i suoi esperimenti questa connessione. Essendo, però, estraneo alla comunità scientifica dell’epoca, il suo lavoro venne additato da Simpson, e dagli altri accademici, come inattendibile.

Molte delle basi della climatologia sono state introdotte da eminenti figure del 19esimo secolo, come: il noto fisico matematico francese Joseph Fourier; il fisico irlandese John Tyndall; e il premio nobel svedese Svante Arrhenius. Fino ad arrivare ai giorni nostri, con i due dei vincitori del premio Nobel per la Fisica del 2021 (nominati assieme all’italiano Giorgio Parisi) Syukuro Manabe e Klauss Hasselmann, sulle quali teorie si fonda la nostra conoscenza del clima terrestre e di come l’umanità lo influenzi.

Il clima sulla Terra è uno dei tanti esempi di “sistema complesso”, ovvero quei sistemi in cui interagiscono tra loro un numero estremamente elevato di elementi. Un esempio può essere quello di conoscere in ogni punto dell’atmosfera terrestre la temperatura, l’umidità o la pressione, un’ impresa ardua anche per un supercomputer, che impiegherebbe ore di simulazioni per elaborare i dati. Per questo sono stati fondamentali i contributi di Syukuro Manabe e Klauss Hasselmann. Il primo, nel 1960 ha guidato lo sviluppo dei modelli fisici che descrivono il clima terrestre e ha dimostrato come l’aumento della concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera causi incrementi della temperatura. Dieci anni dopo, Klaus Hasselmann riuscì a ideare dei metodi per identificare specifici segnali, o impronte, nell’atmosfera causati da fenomeni naturali o dall’azione degli esseri umani.

Cos’è l’effetto serra?

Duecento anni fa, il fisico francese Joseph Fourier studiò per primo il bilancio energetico della radiazione solare sulla Terra, scoprendo che questa si comporta come un “corpo nero”, ovvero un corpo che, una volta scaldato, riemette a sua volta delle radiazioni. In particolare, osservò che l’atmosfera trattiene parte del calore terrestre e lo riflette poi indietro sulla Terra. Questo fenomeno oggi è conosciuto con il nome di “effetto serra”. Non tutti però sanno che questo effetto è essenziale per la vita sul pianeta, visto che senza di esso la temperatura sulla superficie terrestre sarebbe appena di −15°C. Il problema si verifica nel momento in cui si accumulano eccessive quantità di “gas serra” all’interno dell’atmosfera.

A Manabe va riconosciuto il merito di aver compreso che la chiave principale per studiare questi fenomeni sia di semplificare il più possibile le nostre rappresentazioni matematiche, poiché, come dice lui stesso, “(…) è impossibile competere con la complessità della natura”. Dai risultati dei suoi esperimenti si è rilevato che l’ossigeno e l’azoto possiedono effetti trascurabili sulla temperatura della superficie terrestre, mentre l’anidride carbonica ha un chiaro impatto: quando il livello di CO2 duplica, allora la temperatura aumenta di circa 2°C. I modelli sviluppati, inoltre, hanno predetto anche l’aumento della temperatura negli anni, che è la causa dei cambiamenti climatici.

Caos e clima

Hasselmann, nei suoi studi, ha dimostrato come i caotici cambiamenti atmosferici potessero essere descritti da rapide variazioni di “rumore”. Ideò, perciò, dei metodi per identificare l’impatto dell’attività umana sulla temperatura della Terra.

Anche lui, come Manabe, credeva che per predire eventi caotici fosse necessario semplificare il più possibile la “matematica” che li descrive. Questo perché le equazioni che descrivono i fenomeni generano enormi cambiamenti per piccole variazioni dello stato iniziale. Una metafora usata per spiegare questo concetto è l’ “effetto farfalla“, secondo cui anche il battito di ali di una farfalla in Brasile potrebbe causare un tornado in Texas. Quindi, Hasselmann decise di incorporare tutte queste variabili in un errore (o rumore), e di osservare come queste fluttuazioni influenzassero i cambiamenti climatici.

Una volta concluso questo modello, Hasselmann ha ideato dei metodi per verificare come le attività degli esseri umani possano avere un impatto sui cambiamenti climatici. Riuscì nel suo intento osservando che la radiazione solare e i livelli dei gas serra lasciano una particolare impronta, che può essere vista separatamente. Questi modelli hanno mostrato un chiaro aumento dell’effetto serra a partire da 19esimo secolo. L’atmosfera terrestre non conteneva tanta anidride carbonica da centinaia di migliaia di anni. In accordo con le misure di temperatura, si è visto che la Terra si è scaldata mediamente di 1°C negli ultimi 150 anni.

Cosa fare ora?

Non possiamo più nasconderci dietro un dito. I modelli matematici sono inequivocabili. La Terra si sta scaldando a causa dell’aumento dei gas serra nell’atmosfera. Questo non può essere spiegato unicamente da fattori naturali, e la responsabilità di questo incremento è da imputare principalmente alla nostra attività. Dobbiamo agire prontamente perché la Terra è il nostro pianeta, e questo il nostro futuro, per il quale dobbiamo adoperarci sin da subito!

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