I cambiamenti climatici sono oggetto di acceso dibattito della comunità scientifica internazionale. La tematica costituisce probabilmente l’emergenza più rilevante di questo secolo per le implicazioni di carattere scientifico, economico, politico e morale che comporta, come viene autorevolmente documentato dai rapporti annuali del IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).
Al dibattito in corso sui cambiamenti climatici, il nostro Blog ha inteso dare un contributo, attraverso l’intervento di un esperto, facendo ricorso a tre categorie intellettuali inconsuete: il mito, la poesia e la preistoria, con l’aiuto della geografia, la geologia, l’astronomia e la matematica.
Salvatore Mazzullo, Primo Direttore del Centro Ricerche Ambientali di Ravenna, già Dirigente di LyondellBasell, è già stato presente nel nostro Blog con una Premessa, pubblicata il 5 dicembre u.s., la Prima sezione il 12 dicembre u.s. e la Seconda sezione il 26 dicembre u.s.
Con questa pubblicazione completa il servizio.
Mappa delle regioni polari dell’Artico (a sinistra) e dell’Antartico (a destra), IPCC [1]
CAMBIAMENTI CLIMATICI – Terza sezione
3. Le temperature dell’emisfero boreale e australe, a confronto, durante un ciclo di precessione, di Salvatore Mazzullo
3.1 Introduzione
Nel primo articolo di questo lavoro, [2], abbiamo visto come la sola conoscenza dell’andamento dell’energia solare incidente sulla Terra possa permetterci di effettuare una stima delle variazioni climatiche di carattere millenario, nel corso di un ciclo di precessione degli equinozi, (25˙800 anni). Nel secondo articolo di questo lavoro, [3], abbiamo risposto, per mezzo di un modello matematico, alla domanda: Qual è la variazione di temperatura della Terra, al variare dell’energia solare incidente sull’atmosfera terrestre, nel corso dei millenni. Vogliamo ora sviluppare ulteriormente le nostre capacità predittive, cercando di rispondere a un’altra affascinante domanda: I due emisferi della Terra hanno lo stesso comportamento climatico nel corso dei millenni di un ciclo di precessione? Più precisamente: a una glaciazione a Nord, corrisponde anche una glaciazione a Sud e viceversa: a un Optimum climatico a Nord corrisponde un Optimum anche a Sud? Risponderemo a questa domanda con l’aiuto dello stesso modello matematico utilizzato nell’articolo precedente, [3], [4].
3.2 La temperatura media annuale della Terra nei due emisferi della Terra
È un fatto ben noto che le quattro stagioni dell’anno, (primavera, estate, autunno, inverno), si presentano sfasate di sei mesi nei due emisferi della Terra. Alla sequenza, (primavera, estate, autunno, inverno) a Nord corrisponde la sequenza (autunno, inverno, primavera, estate) a Sud. In altri termini, le stagioni del ciclo annuale di rivoluzione della Terra sono sfasate di 180° nei due emisferi Nord e Sud. Questo fenomeno è dovuto, essenzialmente, all’inclinazione dell’asse terrestre.
Il modello matematico paleoclimatico, [3], [4], permette di dedurre che anche sulla scala millenaria del ciclo di precessione, le temperature millenarie delle quattro stagioni della Terra sono sfasate di 180° ovvero di circa tredicimila anni, fra emisfero Nord ed emisfero Sud. Dal modello si deduce un’opposizione di comportamenti climatici dell’emisfero Nord rispetto all’emisfero Sud, di cui la più vistosa è la seguente: all’Optimum climatico del 2˙500 a.C. a Nord, corrisponde un Pessimum climatico a Sud alla stessa data e viceversa, alla glaciazione del 15˙000 a.C. a Nord associata al Pessimum climatico, corrisponde un Optimum climatico a Sud, alla stessa data. Questo fenomeno millenario è dovuto, essenzialmente, all’eccentricità dell’orbita terrestre.
Vediamo, ora, di tratteggiare il percorso logico che permette di giungere alla conclusione appena descritta. La soluzione analitica del modello paleoclimatico, [5], equazione (A12), fornisce la temperatura della Terra, al variare dell’energia solare incidente sull’atmosfera terrestre, nel corso dei millenni. L’inclinazione dell’asse terrestre sul piano orbitale dell’eclittica evidenzia il carattere antisimmetrico del bilancio di energia che è necessario scrivere per i due emisferi della Terra. Infatti, con riferimento alla Fig. 1, l’inclinazione dell’asse è δ= +23°27’ a Nord mentre a Sud il suo valore è opposto δ=-23°27’. Si scriveranno, pertanto, due bilanci di energia e due soluzioni analitiche del modello, [4].
Fig.1 – Inclinazione dell’asse terrestre sul piano dell’eclittica al solstizio d’inverno
Consideriamo lo scenario di ricostruzione della temperatura della Terra, nell’ipotesi che la causa di variazione di temperatura siano solamente i parametri astronomici: eccentricità, inclinazione dell’asse terrestre e angolo di precessione, a parità di tutti gli altri parametri ambientali. Questa ipotesi è cruciale: Il suo senso è che vogliamo valutare il peso dei soli parametri astronomici nel modificare la temperatura terrestre. Il modello genera le temperature millenarie di inizio delle quattro stagioni, Fig. 2a e Fig. 2b. In ciascun emisfero, le temperature d’inizio delle quattro stagioni sono a due a due simili: estate ed autunno oscillano attorno alla stessa temperatura media, come pure inverno e primavera. Inoltre, la coppia estate/inverno si presenta, quasi esattamente, in opposizione di fase e, analogamente, ma sfasata in avanti, la coppia primavera/autunno. È evidente, inoltre, lo sfasamento fra temperatura stagionale, Fig. 2a e Fig. 2b, e flusso di energia solare incidente, Fig. 3a e Fig. 3b, nella stessa stagione.
Nell’emisfero Nord, Fig. 2a, l’escursione termica annuale fra il solstizio d’estate e il solstizio d’inverno fornisce nitidamente un massimo, corrispondente al 15˙000 a.C. e un minimo, corrispondente al 2˙300 a.C. Anche l’escursione termica agli equinozi segnala una notevole coppia: un minimo relativo all’anno 21˙400 a.C. e un massimo associato all’anno 8˙700 a.C. Si osserva ancora un minimo relativo all’anno 3˙800 d.C. da associare, però, al successivo ciclo di precessione che comprende il tempo presente. Analoghe considerazioni possono essere fatte per l’emisfero Sud, Fig. 2b, solo che, a parità di date, i massimi diventano minimi e viceversa.
Si pone ora l’esigenza di classificare unitariamente queste osservazioni, da un punto di vista climatico. Si possono ripetere esattamente le considerazioni che hanno consentito di identificare le stagioni millenarie del ciclo di precessione, [3]: Sorge spontanea la domanda se fra i cicli millenari delle quattro stagioni dei due emisferi, se ne possano identificare quattro con delle speciali caratteristiche di unicità. La risposta è affermativa e, per continuità con i nomi dati alle quattro stagioni annuali del ciclo di rivoluzione terrestre, le denomineremo le quattro stagioni millenarie del ciclo di precessione terrestre. C’è in questo un’economia di pensiero e una facilitazione mnemonica formidabile, in quanto le stagioni millenarie possiedono proprietà che la nostra mente è abituata a sentire soddisfatte dalle consuete stagioni annuali della Terra. Per esempio, nell’emisfero Nord l’inverno millenario è identificabile, in maniera naturale dalla Fig. 2a, come l’anno cui compete la minima temperatura del solstizio d’inverno, oppure, la massima escursione fra estate e inverno. La sequenza delle altre stagioni millenarie della Terra segue l’ordine temporale consueto, cioè primavera millenaria, estate millenaria, autunno millenario e tutte si identificano, facilmente, attraverso la sequenza dei massimi e minimi delle escursioni termiche individuate, a partire dall’inverno millenario, come segue:
1. Inverno millenario, nell’anno 15˙000 a.C., (già classificato Pessimum climatico [3] e corrispondente all’ultima glaciazione nell’emisfero Nord), identificato dalla massima escursione termica fra il solstizio d’estate e il solstizio d’inverno;
2. Primavera millenaria, nell’anno 8˙700 a.C., in corrispondenza con la massima escursione termica annuale fra l’equinozio d’autunno e l’equinozio di primavera;
3. Estate millenaria, nell’anno 2˙300 a.C., (già classificato Optimum climatico [3] e corrispondente al culmine dell’optimum climatico dell’Olocene), identificato dalla minima escursione termica annuale fra il solstizio d’estate e il solstizio d’inverno;
4. Autunno millenario, nell’anno 3˙800 d.C., in corrispondenza con la minima escursione termica annuale fra l’equinozio d’autunno e l’equinozio di primavera.
Analoghe considerazioni possono essere fatte per l’emisfero Sud, Fig. 2b, solo che, a parità di date, i massimi diventano minimi e viceversa e i nomi delle stagioni millenarie si invertono assumendo il nome opposto: all’inverno millenario a Nord corrisponde l’estate millenaria a Sud e così via per le altre stagioni millenarie.
3.3 Conclusioni
Non solo a livello annuale ma anche a livello millenario si riproduce il fenomeno della opposizione di fase delle stagioni: un modello matematico paleoclimatico ha permesso di dedurre che anche sulla scala millenaria del ciclo di precessione, le temperature millenarie sono sfasate di 180°, corrispondenti a circa tredicimila anni: di conseguenza all’optimum climatico del 2300 a.C. nell’emisfero Nord, corrisponde un “pessimum” climatico, alla stessa data, nell’emisfero Sud e così, di seguito per le altre stagioni millenarie. La mappa della Fig. 3 riassume sinteticamente tutti i concetti esposti.
L’emisfero Nord sta uscendo dall’optimum climatico del 2˙300 a.C. per avviarsi verso la transizione caldo/freddo del 3˙800 d.C. la quale porterà a un nuovo pessimum climatico nel 10˙300 d.C.; quest’ultimo evento potrebbe dar luogo a una nuova glaciazione. L’emisfero Sud sta, invece, uscendo dal pessimum climatico del 2˙300 a.C. (l’attuale spessa coltre di ghiaccio dell’Antartide potrebbe conservare l’impronta di questo evento), per avviarsi verso la transizione freddo/caldo del 3˙800 d.C.; questo evento porterà a un nuovo optimum climatico che culminerà nel 10˙300 d.C.
Fig. 3 – Mappa paleoclimatica dei due emisferi della Terra (Boreale e Australe) nel corso di un ciclo di precessione
Bibliografia
[1] IPCC: Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019.
[2] S. Mazzullo: Cambiamenti Climatici, 1. Tracce dell’Optimum climatico della Terra attraverso il mito, la poesia e la preistoria. Blog: “Voci dal Petrolchimico” 11/XII/2020. [3] S. Mazzullo: Cambiamenti Climatici, 2. La temperatura della Terra nelle quattro stagioni millenarie del ciclo di precessione. Blog: “Voci dal Petrolchimico” 18/XII/2020.[4] S. Mazzullo, La Chimica e l’Industria, Newsletter ISSN 2532-182X – 2020, 7(6), ottobre/novembre.
[5] S. Mazzullo, La Chimica e l’Industria, 2012, 94(5), 75.
[6] S. Mazzullo, La Chimica e l’Industria, 2012, 94(6), 94.