La variabilità climatica: dall’attività solare all’uomo

Un’analisi profonda dei meccanismi che governano il clima del nostro pianeta.

Il cambiamento climatico è una realtà inconfutabile e può essere attribuito a differenti cause. Il Clima è un sistema complesso in cui partecipano molti elementi, tra cui l’attività solare, la variabilità astronomica (cicli di Milankovitch), la variabilità intrinseca dei sistemi dinamici, la variabilità geodinamica, l’attività antropica, eccetera. Nessun elemento può essere escluso nella stima della variabilità climatica e sicuramente il punto di partenza per scoprirne le cause più profonde è il Sole.

Nella comunità scientifica internazionale non mancano coloro che ritengono che le macchie solari siano la causa alla base del riscaldamento globale e che l’uomo con l’emissione di gas serra in atmosfera abbia contribuito in minor misura. Secondo studi recenti, piccole variazioni dell’attività solare avrebbero una diretta influenza sul clima terrestre. L’attività solare viene misurata in base al numero di macchie solari(Sunspot number) che compaiono in maniera ciclica e più o meno intensa sulla superficie solare. Quando il numero di macchie aumenta allora il Sole sta attraversando una fase di maggior attività ed emette maggior energia nello spazio circostante. Il numero medio di macchie solari oscilla su una scala temporale di circa 11 anni.  L’attività solare si manifesta in svariati modi e oltre alla variazione del numero di macchie solari, molti fenomeni osservabili del Sole manifestano variazioni cicliche undecennali, tra cui la frequenza di brillamenti solari (flare), espulsioni di massa coronali e con essi anche la frequenza di aurore sulla Terra. Le macchie solari sono intensi campi magnetici che appaiono durante periodi d’elevata attività solare. Il ricercatore danese Friis-Christensen con i suoi collaboratori, nel 1991 dimostrarono la stretta correlazione tra attività solare e temperatura globale in tutto il periodo compreso fra il 1860 e il 1990. Per escludere che quella correlazione fosse una semplice coincidenza, andarono indietro nel tempo per altri 400 anni e, di nuovo, misero in luce la stretta correlazione tra attività solare e temperatura globale.

Il Sole influenza il clima non solo direttamente ma anche indirettamente, attraverso la formazione delle nuvole, che hanno un potente effetto raffreddante. La formazione delle nuvole sulla Terra infatti dipende fortemente dal flusso di raggi cosmici diretto verso il nostro pianeta, il quale è condizionato a sua volta dall’intensità del campo magnetico solare. Infatti confrontando le temperature globali con il flusso di raggi cosmici, è emersa una forte correlazione tra temperatura globale e flusso cosmico. La temperatura media globale diminuisce con l’aumento del flusso cosmico e viceversa.

Da sempre la comunità scientifica ha riconosciuto nel Sole l’elemento che fornisce la quasi totalità dell’energia che muove le dinamiche climatiche terrestri (venti, piogge, correnti oceaniche, movimenti delle nuvole e delle masse d’aria ecc.), ma non è semplice pesare quanto l’attività della nostra stella influisca oggi sulle variazioni del clima terrestre. Fino a qualche anno fa la quasi totalità della comunità scientifica internazionale aveva maturato la convinzione che da sole le variazioni più o meno periodiche nella intensità della radiazione solare, non riuscirebbero a giustificare il forte riscaldamento attuale perché al più potrebbero provocare fluttuazioni entro i 0.2 °C nell’arco di qualche decennio. Tuttavia ad oggi molti studiosi fanno notare che l’influenza del Sole sul clima della Terra si esplica, non tanto attraverso le fluttuazioni  della quantità di energia solare in arrivo sul pianeta, quanto piuttosto attraverso un meccanismo più complesso legato all’attività solare. L’attività del Sole, infatti, come abbiamo visto precedentemente, viene misurata non in base alla quantità di energia irradiata nello spazio dalla nostra stella ma quanto piuttosto dal numero di macchie solari che compaiono sulla sua superficie.

Gli scienziati statunitensi e tedeschi del National Center for Atmospheric Research (NCAR) a Boulder, Colorado, nel 2009 hanno spiegato i meccanismi che legano l’attività solare e le fluttuazioni del clima terrestre, approfondendo la complessa interazione tra la radiazione solare, l’atmosfera e l’oceano. I risultati degli studi, pubblicati sul Journal of Climate e su Science, dimostrano come anche un piccolo aumento di attività solare vengano influenzati i tropici e le precipitazioni su scala planetaria. Ad esempio una maggiore attività solare produrrebbe un riscaldamento della troposfera tropicale, un aumento della forza degli Alisei, un aumento del tasso di evaporazione all’equatore e un aumento della nuvolosità e delle precipitazioni. Lo studio rileva una forte correlazione fra il picco dell’attività solare e la distribuzione delle precipitazioni e della temperatura superficiale delle acque dell’Oceano Pacifico. Per cui è inevitabile associare la variabilità dell’attività solare ai pattern di variabilità climatica noti come La Nina e El Nino.

Analizzando la situazione attuale vediamo come l’attività solare sia aumentata nel corso degli ultimi 300 anni e in particolare negli ultimi 50 anni. Negli ultimi 30 anni l’aumento dell’attività solare ha tenuto lontano dalla Terra gran parte dei raggi cosmici e quindi vi è stata una minore formazione di nubi in prossimità del suolo e questo potrebbe spiegare, insieme ad altri fattori, il forte riscaldamento della Terra degli ultimi decenni. Nell’ultimo decennio invece l’attività solare sembra aver subito un lento declino: il Sole, nel suo ciclo undecennale, dopo avere raggiunto il minimo di attività nelle macchie solari nel 2007, in seguito ha dato solo timidi segnali di risveglio. Nonostante queste evidenze, la comunità scientifica si ritrova divisa in più branche di pensiero, c’è chi crede che gli attuali cambiamenti climatici siano essenzialmente la conseguenza di una variabilità climatica naturale, determinata da cause astronomiche, geomorfologiche e feedback ad essi associati, e c’è chi crede che la variabilità climatica dall’epoca preindustriale ad oggi non possa più essere spiegata considerando solo la variabilità naturale, ma è particolarmente influenzata dall’aumento dei gas serra a causa dell’attività antropica.

Ricordando che il clima è semplicemente il risultato dell’equilibrio energetico che si stabilisce tra energia che entra ed energia che esce dal nostro pianeta, è dunque naturale pensare che nessun forzante radiativo possa essere escluso dal bilancio energetico. Il compito dei climatologi è quello di inserire in opportuni modelli tali forzanti e calcolando i relativi feedback interni al sistema, valutano la cosiddetta Climate sensitivity, che principalmente indica come varia la temperatura al variare degli altri parametri su scala globale.

Tra i forzanti presi in considerazione ci sono i cosiddetti Cicli di Milankovitch, ovvero:

L’eccentricità dell’eclittica varia da 0.005 a 0.058, questa variazione dipende dall’attrazione gravitazionale tra la Terra ed i pianeti più grandi ed avviene seguendo oscillazioni aventi come periodo massimo circa 100 mila anni. Quando l’eccentricità cresce, aumenta la distanza tra Terra e Sole al perielio e quindi aumenta l’insolazione che da un valore quasi uguale a quello registrabile in afelio può arrivare a superarlo di circa il 23%

L’asse di rotazione terrestre può variare il proprio angolo rispetto al piano dell’eclittica da 22.1° a 24.5° (ora 23°27’ e in diminuzione). Il periodo dell’oscillazione è di circa 40000 anni. All’aumentare dell’angolo aumentano i contrasti stagionali alle medie e alte latitudini. Si ritiene che angoli più bassi favoriscano invece l’instaurarsi di fasi glaciali.

Si chiama precessione degli equinozi la variazione della direzione dell’asse terrestre rispetto al Sole. Il fenomeno dipende soprattutto dal fatto che l’asse terrestre ruota attorno ad una retta perpendicolare al piano orbitale, con un periodo di circa 26000 anni, a causa delle forze di marea lunisolari. L’emisfero in cui l’asse punta verso il Sole al perielio avrà un maggiore contrasto stagionale, mentre l’altro avrà stagioni più miti. Quando l’asse terrestre è tale che gli equinozi cadano vicino ad afelio e perielio, i due emisferi avranno differenze climatiche simili tra le stagioni. Attualmente, il passaggio al perielio avviene durante l’estate dell’emisfero australe, quello all’afelio durante l’inverno; ecco perché l’emisfero australe tende ad avere stagioni più estreme.

Questi forzanti astronomici insieme ad altri forzanti naturali fino al secolo scorso sono stati le cause fondamentali dei cambiamenti del clima terrestre, oggi invece l’attività dell’uomo ha accelerato il naturale trend di crescita dell’anomalia della temperatura su scala globale.

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In effetti il cambiamento climatico è inconfutabile e con esso anche la dipendenza da fattori antropici.

Ma il sistema climatico terrestre è ancora più complesso di quanto si creda, il clima a scala regionale può variare anche in conseguenza della propagazione delle anomalie dei principali parametri atmosferici, che si verificano in punti della terra anche a molto chilometri di distanza. Si parla in questo caso di Teleconnessioni Climatiche. Le teleconnessioni sono processi intrinsechi del nostro pianeta e sono strettamente correlati al forzante radiativo solare, per cui amplificano i processi di feedback interni.

E’ evidente dunque che il sistema climatico sia il prodotto dell’interazione di più forzanti i quali operano in fase o in opposizione tra loro. Il clima della Terra ha sempre oscillato tra fasi glaciali ed interglaciali, ripristinando così il suo equilibrio. Cause astronomiche, tra le quali l’attività solare e i cicli di Milankovitch, cause interne ed antropiche, fanno in modo che il clima della Terra sia in perenne mutamento.

La scienza ha fatto passi da gigante e sicuramente aprendo la mente a infinite soluzioni, prima o poi comprenderemo le dinamiche del clima del nostro pianeta.