Quando la maggior parte di noi pensa alle Ages glaciali, immaginiamo una transizione lenta in un clima più freddo su scale temporali lunghe. In effetti, gli studi degli ultimi milioni di anni indicano un ciclo ripetibile del clima terrestre che va dai periodi caldi (“interglaciale”, come stiamo vivendo ora) alle condizioni glaciali.,
Il periodo di questi spostamenti è correlato ai cambiamenti nell’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre (41.000 anni), ai cambiamenti nell’orientamento dell’orbita ellittica terrestre attorno al sole, chiamata “precessione degli equinozi” (23.000 anni) e ai cambiamenti nella forma (più rotonda o meno rotonda) dell’orbita ellittica (100.000 anni). La teoria secondo cui i cambiamenti orbitali causarono la ceretta e il declino delle ages glaciali fu indicata per la prima volta da James Croll nel 19 ° secolo e sviluppata più pienamente da Milutin Milankovitch nel 1938.,
condizioni indefinite dell’era glaciale si verificano generalmente quando tutto quanto sopra cospirano per creare un minimo di luce solare estiva sulle regioni artiche della terra, sebbene il ciclo dell’era glaciale sia di natura globale e si verifichi in fase in entrambi gli emisferi. Influenza profondamente la distribuzione del ghiaccio sulle terre e sull’oceano, le temperature atmosferiche e la circolazione, e le temperature oceaniche e la circolazione in superficie ea grande profondità.
Poiché la fine dell’attuale interglaciale e la lenta marcia verso la prossima era glaciale potrebbero essere lontani diversi millenni, perché dovremmo preoccuparci?, In effetti, l’accumulo di anidride carbonica (CO2) e altri gas serra non migliorerà forse i cambiamenti futuri?
In effetti, alcuni gruppi sostengono i benefici del riscaldamento globale, tra cui la Greening Earth Society e il Movimento subtropicale della Russia. Alcuni in quest’ultimo gruppo addirittura sostengono un intervento attivo per accelerare il processo, vedendo questa come un’opportunità per trasformare gran parte della fredda e austera Russia settentrionale in un paradiso subtropicale.
La prova ha montato che il riscaldamento globale è iniziato nel secolo scorso e che gli esseri umani possono essere in parte responsabili., Concordano sia il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) che l’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti. Modelli al computer vengono utilizzati per prevedere i cambiamenti climatici in diversi scenari di forzatura delle serre e il protocollo di Kyoto sostiene misure attive per ridurre le emissioni di CO2 che contribuiscono al riscaldamento.
Il pensiero è incentrato sui lenti cambiamenti del nostro clima e su come influenzeranno gli esseri umani e l’abitabilità del nostro pianeta., Eppure questo pensiero è imperfetto: ignora il fatto ben consolidato che il clima della Terra è cambiato rapidamente in passato e potrebbe cambiare rapidamente in futuro. Il problema ruota attorno al paradosso che il riscaldamento globale potrebbe istigare una nuova piccola era glaciale nell’emisfero settentrionale.
Le prove di bruschi cambiamenti climatici sono facilmente evidenti nelle carote di ghiaccio prelevate dalla Groenlandia e dall’Antartide. Si vedono chiare indicazioni di cambiamenti a lungo termine discussi sopra, con CO2 e cambiamenti di temperatura proxy associati all’ultima era glaciale e alla sua transizione nel nostro attuale periodo interglaciale di calore., Ma, in aggiunta, c’è una forte variazione caotica delle proprietà con un quasi-periodo di circa 1500 anni. Diciamo caotico perché questi cambiamenti millenari sembrano tutt’altro che oscillazioni regolari. Piuttosto, sembrano transizioni rapide e decennali tra climi freddi e caldi seguite da lunghi intermezzi in uno dei due stati.
L’esempio più noto di questi eventi è il raffreddamento Dryas più giovane di circa 12.000 anni fa, chiamato per i resti di fiori selvatici artici identificati nei sedimenti del nord Europa., Questo evento è iniziato e si è concluso nel giro di un decennio e per la sua durata di 1000 anni la regione del Nord Atlantico era di circa 5°C più fredda.
La mancanza di periodicità e l’attuale incapacità di isolare un meccanismo di forzatura stabile À la Milankovitch, ha spinto molto dibattito scientifico sulla causa del Dryas più giovane e di altri eventi di scala millenaria. Infatti, il Dryas più giovane si è verificato in un momento in cui la forzatura orbitale avrebbe dovuto continuare a guidare il clima allo stato caldo attuale.,
Un intero volume che esamina le prove di bruschi cambiamenti climatici e specula sui suoi meccanismi è stato pubblicato di recente da un gruppo di esperti commissionato dalla National Academy of Sciences negli Stati Uniti. Questa compilation molto leggibile contiene un’ampiezza e profondità di discussione che non possiamo sperare di eguagliare qui. .
Attualmente, c’è solo un meccanismo praticabile identificato nel rapporto che può svolgere un ruolo importante nel determinare gli stati stabili del nostro clima e ciò che causa le transizioni tra di loro: coinvolge le dinamiche oceaniche.,
Per bilanciare il riscaldamento in eccesso vicino all’equatore e il raffreddamento ai poli della terra, sia l’atmosfera che l’oceano trasportano il calore dalle basse alle alte latitudini. L’acqua superficiale più calda viene raffreddata ad alte latitudini, rilasciando calore nell’atmosfera, che viene poi irradiata nello spazio. Questo motore termico funziona per ridurre le differenze di temperatura equatore-polo ed è un meccanismo di moderazione principale per il clima sulla Terra.,
Anche le temperature superficiali dell’oceano più calde a basse latitudini rilasciano vapore acqueo attraverso un eccesso di evaporazione rispetto alle precipitazioni nell’atmosfera, e questo vapore acqueo viene trasportato nell’atmosfera insieme a una parte del calore in eccesso. Alle alte latitudini dove l’atmosfera si raffredda, questo vapore acqueo cade come un eccesso di precipitazione per evaporazione. Questo fa parte di una seconda importante componente del nostro sistema climatico: il ciclo idrologico. Mentre le acque dell’oceano si raffreddano nel loro viaggio verso poleward, diventano più dense., Se sufficientemente raffreddati, possono affondare per formare flussi densi freddi che si diffondono verso l’equatore a grandi profondità, perpetuando così il sistema di circolazione che trasporta i flussi superficiali caldi verso gli oceani ad alta latitudine.
Il ciclo è completato dalla miscelazione oceanica, che converte lentamente le acque profonde fredde in acque superficiali calde. Pertanto, la forzatura superficiale e la miscelazione interna sono due attori principali in questa circolazione di ribaltamento, chiamata Great ocean conveyor.
Le acque che si muovono verso il polo sono relativamente salate a causa di una maggiore evaporazione a basse latitudini, che aumenta la salinità superficiale., A latitudini più elevate le acque superficiali diventano più fresche come conseguenza del predominio delle precipitazioni sull’evaporazione alle alte latitudini.
La tendenza di rinfrescamento rende l’acqua superficiale più vivace, contrastando così la tendenza di raffreddamento. Se la rinfrescatura è sufficientemente grande, le acque superficiali potrebbero non essere abbastanza dense da sprofondare a grandi profondità nell’oceano, inibendo così l’azione del trasportatore oceanico e sconvolgendo una parte importante del sistema di riscaldamento terrestre.
Questo sistema di regolazione non funziona allo stesso modo in tutti gli oceani., Il continente asiatico limita l’estensione settentrionale dell’Oceano Indiano ai tropici, e le acque profonde non si formano attualmente nel Pacifico settentrionale, perché le acque superficiali sono troppo fresche. Il nostro clima attuale promuove la formazione di acque profonde fredde intorno all’Antartide e nell’Oceano Atlantico settentrionale settentrionale. La circolazione del trasportatore aumenta il trasporto verso nord di acque più calde nella corrente del Golfo a medie latitudini di circa il 50% rispetto a quanto farebbe il solo trasporto guidato dal vento.,
La nostra limitata conoscenza del clima oceanico su lunghe scale temporali, estratta dall’analisi dei nuclei di sedimenti prelevati in tutto l’oceano mondiale, ha generalmente implicato il Nord Atlantico come il membro più instabile del trasportatore: durante i periodi millenari di clima freddo, la formazione delle acque profonde del Nord Atlantico (NADW) si è fermata o è stata seriamente ridotta. E questo ha generalmente seguito periodi di grande scarico di acqua dolce nel nord N. Atlantico causato dalla rapida fusione di ghiaccio glaciale o pluriennale nel bacino artico., Si pensa che queste acque dolci, che sono state trasportate nelle regioni di formazione di acque profonde, abbiano interrotto il trasportatore superando l’effetto di raffreddamento ad alta latitudine con un eccessivo raffreddamento.
Il trasportatore oceanico non deve fermarsi del tutto quando la formazione di NADW viene ridotta. Può continuare a profondità inferiori nel N. Atlantico e persistere nell’Oceano Meridionale dove la formazione di acque di fondo antartiche continua o viene addirittura accelerata., Tuttavia, un’interruzione dell’arto settentrionale della circolazione rovesciata influenzerà il bilancio termico dell’emisfero settentrionale e potrebbe influenzare sia il clima oceanico che atmosferico. I calcoli del modello indicano il potenziale di raffreddamento da 3 a 5 gradi Celsius nell’oceano e nell’atmosfera in caso di interruzione totale. Questo è un terzo a metà del cambiamento di temperatura sperimentato durante le principali ages glaciali.,
Questi cambiamenti sono due volte più grandi di quelli sperimentati nei peggiori inverni del secolo scorso negli Stati Uniti orientali, e sono suscettibili di persistere per decenni a secoli dopo una transizione climatica si verifica. Sono di una grandezza paragonabile alla Piccola era glaciale, che ha avuto profondi effetti sugli insediamenti umani in Europa e Nord America durante il 16 ° attraverso 18 ° secolo. La loro estensione geografica è in dubbio; potrebbe essere limitata alle regioni che delimitano il N. Oceano Atlantico., I cambiamenti di temperatura ad alta latitudine nell’oceano sono molto meno capaci di influenzare l’atmosfera globale rispetto a quelli a bassa latitudine, come quelli prodotti da El Niño.
Se la via di propagazione del cambiamento climatico sia atmosferica o oceanica, o se i cambiamenti nel sequestro oceanico e terrestre del carbonio possano globalizzare gli effetti del cambiamento climatico, come sospettato per i cambiamenti climatici glaciali / inter-glaciali, sono questioni aperte. Eppure iniziamo ad avvicinarci a come può accadere il paradosso sopra menzionato: il riscaldamento globale può indurre un clima più freddo per molti di noi.,
Considera prima alcune osservazioni del cambiamento oceanico nel corso del disco strumentale moderno che risale a 40 anni fa. Durante questo intervallo di tempo, abbiamo osservato un aumento della temperatura globale media. A causa della sua grande capacità termica, l’oceano ha registrato piccoli ma significativi cambiamenti di temperatura. I maggiori aumenti di temperatura sono nelle acque superficiali vicine, ma il riscaldamento è stato misurabile a profondità fino a 3000 metri nell’Atlantico settentrionale., Sovrapposti a questo aumento a lungo termine sono cambiamenti interannuali e decadali che spesso oscurano queste tendenze, causando variabilità regionale e raffreddamento in alcune regioni e riscaldamento in altre.
Inoltre, prove recenti mostrano che gli oceani ad alta latitudine si sono rinfrescati mentre i subtropicali e i tropici sono diventati più salati. Questi possibili cambiamenti nel ciclo idrologico non sono stati limitati al Nord Atlantico, ma sono stati osservati in tutti i principali oceani. Eppure è il N. Atlantic dove questi cambiamenti possono agire per interrompere la circolazione ribaltamento e causare una rapida transizione climatica.,
Un accumulo di acqua dolce di 3-4 metri di latitudine in questo periodo di tempo ha ridotto le salinità della colonna d’acqua in tutto il N. Atlantico subpolare fino a 2000m. Allo stesso tempo, le salinità tropicali subtropicali e settentrionali sono aumentate.
Il grado in cui i due effetti si bilanciano in termini di acqua dolce è importante per il cambiamento climatico. Se l’effetto netto è un abbassamento della salinità, allora l’acqua dolce deve essere stata aggiunta da altre fonti: deflusso fluviale, fusione di ghiaccio artico pluriennale o ghiacciai., Un’inondazione dell’Atlantico settentrionale con acqua dolce proveniente da queste varie fonti ha il potenziale per ridurre o addirittura interrompere la circolazione rovesciata.
Se quest’ultimo accadrà o meno è il nesso del problema, e uno che è difficile da prevedere con sicurezza. Al momento non abbiamo nemmeno un sistema per monitorare la circolazione di ribaltamento.
I modelli della circolazione di ribaltamento sono molto sensibili a come la miscelazione interna è parametrizzata. Ricordiamo che la miscelazione interna di calore e sale è parte integrante della circolazione di ribaltamento., Uno studio recente mostra che per un modello con miscelazione verticale costante, che è comunemente usato nelle piste climatiche accoppiate oceano-atmosfera, c’è solo uno stato climatico stabile: il nostro attuale con sostanziale affondamento e formazione di acqua densa nel nord Atlantico.
Con una formulazione leggermente diversa, più coerente con alcune recenti misurazioni dei tassi di miscelazione oceanici che sono piccoli vicino alla superficie e diventano più grandi sulla topografia del fondo ruvido, un secondo stato stabile emerge con poca o nessuna produzione di acque profonde nel nord Atlantico., L’esistenza di un secondo stato stabile è cruciale per capire quando e se si verificano bruschi cambiamenti climatici. Quando si verifica nei modelli e nei dati geologici, è invariabilmente collegato alla rapida aggiunta di acqua dolce alle alte latitudini settentrionali.
E ora forse inizi a vedere l’ambito del problema. Oltre a incorporare una biosfera terrestre e ghiaccio polare, che entrambi svolgono un ruolo importante nella riflettività della radiazione solare, si deve parametrizzare con precisione la miscelazione che si verifica su centimetri a decine di scale centimetriche nell’oceano., E si deve produrre lunghi cicli climatici globali accoppiati di molti secoli! Questo è un compito arduo, ma è necessario prima di poter contare con fiducia su modelli per prevedere i futuri cambiamenti climatici.
Oltre a richiedere modelli credibili in grado di prevedere con precisione i cambiamenti climatici, abbiamo anche bisogno di dati che possano inizializzarli correttamente. Errori nei dati iniziali possono portare a previsioni atmosferiche scadenti in diversi giorni. Quindi un percorso sicuro per previsioni meteorologiche migliori sono i migliori dati iniziali.
Per l’oceano, la nostra copertura dei dati è del tutto inadeguata., Non possiamo dire ora come appare la circolazione rovesciata con sicurezza e ci troviamo di fronte al compito di prevedere come potrebbe essere in 10 anni!
Gli sforzi sono ora in corso per porre rimedio a questo. La copertura globale delle misurazioni della temperatura e della salinità dell’oceano superiore con galleggianti autonomi è ben all’interno delle nostre capacità entro il prossimo decennio, così come le misure di superficie dello stress del vento e della circolazione oceanica dai satelliti.,
La misurazione dei flussi profondi è più difficile, ma esiste la conoscenza delle posizioni dei viali critici dei flussi d’acqua densi e sono in corso sforzi per misurarli in alcune posizioni chiave con array ormeggiati.
Anche le nostre conoscenze sui cambiamenti climatici passati sono limitate. Ci sono solo una manciata di record climatici ad alta risoluzione del nucleo di ghiaccio degli ultimi 100.000 anni e ancora meno record oceanici di risoluzione comparabile., Una migliore definizione degli stati climatici del passato è necessaria non solo in sé e per sé, ma per l’uso da parte dei modellisti per testare i loro migliori modelli climatici nel riprodurre ciò che sappiamo è accaduto in passato prima di credere alle proiezioni del modello sul futuro. Non siamo ancora arrivati e dobbiamo fare progressi sia su dati migliori che su modelli migliori prima di poter iniziare a rispondere ad alcune domande critiche sui futuri cambiamenti climatici.
I ricercatori ti dicono sempre che sono necessari maggiori finanziamenti per la ricerca e non siamo diversi. Il nostro messaggio principale non è solo questo, però., È che il clima globale si sta muovendo in una direzione che rende più probabile un brusco cambiamento climatico, che queste dinamiche vanno oltre la capacità di molti dei modelli utilizzati nei rapporti IPCC, e le conseguenze di ignorarlo possono essere grandi. Per quelli di noi che vivono intorno al bordo del N. Oceano Atlantico, potremmo pianificare scenari climatici di riscaldamento globale che sono opposti a ciò che potrebbe effettivamente verificarsi.