Cambiamenti climatici: alla ricerca dell'energia nascosta

Nel post precedente abbiamo fatto un po' di storia del concetto di clima e abbiamo visto che si può stabilire un legame approssimativo tra le rilevazioni climatiche e il bilancio energetico terrestre.

Da quando si è sviluppata la meccanica statistica, infatti, abbiamo stabilito in termini microscopici che la temperatura è un indice dell'energia di un corpo o di un gas. Ad esempio, in un gas composto da molecole non interagenti la velocità (e dunque l'energia cinetica) delle singole molecole segue una distribuzione (di Maxwell-Boltzmann) che cambia al cambiare della temperatura: dunque quest'ultima rappresenta proprio un indice dell'energia globale del gas stesso. In sostanza, più un corpo o un gas assorbe energia, più alta diviene la sua temperatura.

Ora però, se per un corpo fatto da un unico "pezzo" o per un determinato miscuglio di gas si è in grado di legare facilmente l'eventuale accumulo di energia con l'incremento della sua temperatura, per il sistema Terra, che è fatto da vari pezzi tra i quali vi è un continuo scambio di flussi di energia, la cosa non è così semplice... In breve, la temperatura dell'aria che misuriamo vicino al suolo potrebbe non essere completamente rappresentativa dell'energia intrappolata nel sistema se questa energia se ne va da altre parti, magari dove non effettuiamo misure.

Esiste dunque una "energia nascosta"? E se esiste, che effetti ha sul clima come lo rileviamo vicino al suolo? Se possibile, cercherò gradualmente di rispondere a queste domande, aiutandomi anche con alcune considerazioni fatte dal collega Kevin Trenberth in due articoli di rassegna, discussione e prospettiva, recentemente pubblicati qui e qui.

Come già accennato nel post precedente, il clima terrestre è un sistema termodinamico forzato dall'energia proveniente dal Sole e dai cambiamenti nella composizione dell'atmosfera, che determinano quanta di questa energia viene riemessa verso lo spazio esterno o assorbita dal sistema Terra.

Ebbene, Trenberth mostra chiaramente che negli ultimi anni il bilancio tra energia entrante ed energia uscente non è stato nullo, bensì si è assistito ad un assorbimento netto di circa 0.9 Watt/m2 da parte della Terra. Nello stesso periodo l'irraggiamento (la cosiddetta Total Solar Irradiance - TSI) che proviene dal Sole è diminuito, mentre l'assorbimento dei gas serra è aumentato (evidentemente, di più in valore assoluto).

Più in generale, nell'ultimo secolo l'apporto dei gas serra è stato sempre crescente, mentre il contributo solare ha oscillato con il classico ciclo di 11 anni. 

Nel contempo, la temperatura media globale (valutata come combinazione di temperatura dell'aria sui continenti e di temperatura della superficie del mare sugli oceani) ha mostrato l'andamento indicato nella figura a fianco: un trend in crescita con alcuni periodi pluridecennali di stasi o leggera decrescita. Perché questa temperatura non è stata sempre crescente o non ha mostrato magari un andamento mediamente crescente modulato da oscillazioni di 11 anni?

Usualmente l'esistenza di periodi di stasi nel riscaldamento globale è attribuita ad altri fattori di influenza esterna che possano condurre a raffreddamento (come la presenza di grosse concentrazioni di solfati) o alla cosiddetta variabilità naturale.

Ma cos'è la variabilità naturale? A livello locale o di singole regioni del globo ognuno di noi la sperimenta, anche solo accorgendosi che ogni anno è diverso da quello che lo ha preceduto. Limitandoci a considerazioni termiche, si può dire che ciò è dovuto in gran parte al fatto che le correnti oceaniche e atmosferiche convogliano e ridistribuiscono il calore ora sulla nostra zona ora su altre: si tratta di una dinamica interna del sistema climatico. Quando però andiamo a mediare a livello planetario queste fluttuazioni termiche dovrebbero compensarsi e scomparire, e invece non è così. Perché? Perché esiste una variabilità anche a scala globale?

La risposta che si sta facendo strada nella comunità scientifica internazionale, e che Trenberth riassume bene nei suoi articoli, è che questa variabilità si vede nelle nostre serie storiche di temperatura globale in quanto questa grandezza, misurata nei pressi del suolo, dà solo informazioni parziali sul riscaldamento del sistema climatico. Perché assistiamo a periodi pluridecennali di stasi o di raffreddamento quando il calore intrappolato nel sistema è stato sempre crescente? Non sarà che in questi periodi si è avuto un trasferimento di energia verso "serbatoi" lontani dall'aria e dalla superficie del mare, cioè dai luoghi dove stimiamo la temperatura globale? In tal caso questa temperatura non sarebbe più rappresentativa di tutta l'energia contenuta nel sistema climatico terrestre...

Dobbiamo dunque cercare una "energia nascosta"? Pare di sì!

Dove cercarla? Lo vedremo nel prossimo post...

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