Studiare il passato del sistema climatico, come nella storia dell’uomo, permette di capire determinati meccanismi che possono essere considerati ausilii per le capacità predittive sul futuro.
Dopo la nascita delle prime atmosfere, il pianeta è andato incontro a una serie alternata di eventi e in particolar modo di glaciazioni. Vediamo in questo articolo quali sono stati i principali eventi.
Riassunto della puntata precedente.
Circa 4.7 miliardi di anni fa la Terra si è formata dalla nebulosa solare e l’atmosfera di quell’era (detta dell’”Hedean”) era molto differente da quella attuale: non erano presente nè l’ossigeno nè gli oceani e il continuo bombardamento di materiale dallo spazio ha reso la superficie totalmente fusa. L’atmosfera iniziale era composta da idrogeno, elio, metano e ammoniaca ma gran parte di queste sostanze furono spazzate via; la Terra è cresciuta in dimensioni e ha raggiunto un raggio tale (40% dell’attuale) da permettere all’atmosfera di rimanere, il successivo “rapido” degassamento e il continuo bombardamento dall’esterno ha portato il vapore, la CO2 e l’azoto nell’atmosfera (la “seconda” atmosfera) e in 150 milioni di anni la superficie terrestre si è solidificata, permettendo circa 3.8 miliardi di anni fa la formazione degli oceani; l’ossigeno è stato prodotto dalle alghe circa 3 miliardi di anni fa e la successiva produzione di ozono ha portato la vita sulla terra ferma (”terza” atmosfera), mentre l’enorme quantità di CO2 è andata a formare sedimenti, crosta terrestre e continenti.
Inizialmente le sostanze più pesanti (metalli) sono andate a formare il nucleo mentre le rocce più leggere hanno formato la crosta terrestre (litosfera). Le varie placche, in seguito, “galleggiando” sugli strati fluidi più interni, hanno formato i continenti (inizialmente vi era la Pangea, un unico grosso continente con un enorme monsone associato) e la loro diversa distribuzione nel tempo ha modificato più volte la circolazione oceanica, con la conseguenziale modifica del clima.
Il nostro viaggio nella storia dell’atmosfera continua con l’analisi delle ere glaciali. Le principali ere glaciali sono quattro.
Si ipotizza che la prima si sia verificata tra 2.7 e 2.3 miliardi di anni fa (Proterozoic Age). La seconda, meglio documentata, è forse la più severa dell’ultimo miliardo di anni; si è verificata tra 800 e 600 milioni di anni fa (Cryogenian Period) e ha prodotto la cosiddetta “snowball” (palla di neve), ovvero i ghiacciai si estendevano quasi fino all’equatore. La terza, meno intensa della precedente, si è verificata tra 460 e 430 milioni di anni fa (Late Ordovician Period) mentre la quarta tra 350 e 260 milioni di anni fa (Carboniferous).
Nell’ultima figura possiamo analizzare la ricostruzione dell’anomalia termica grazie all’analisi dell’abboandanza dell’isotopo 18 dell’ossigeno. Seppure l’incertezza sia ampia, ritroviamo alcuni dei periodi di glaciazione prima elencati, insieme al fatto che ultimamente si stia attraversando un periodo freddo.
La fine del Cretaceo (circa 65 milioni di anni fa) ha portato all’estinzione del 75% delle forme di vita; una delle teorie più accreditate è la caduta di un enorme meteorite sul Messico (200 km di diametro) che avrebbe portato distruzione e un cielo coperto per diversi anni. Nella prossima immagine il “presunto” sito dove sarebbe avvenuto lo schianto, Chicxuluib, scoperto durante uno studio sulle anomalie di gravità.
Nell’ultima immagine è possibile analizzare la ricostruzione delle anomalie termiche degli ultimi 65 milioni di anni. Possiamo distinguere un periodo molto caldo circa 50 milioni di anni fa (il cosiddetto Eocene Optimum Period), seguito da un forte raffreddamento durante il quale l’Antartide “emigrò” andando al polo e sud America e Australia andarono a nord; quest’ultima situazione permise all’oceano di assumere una nuova circolazione (circumpolare) e le temperature superficiali e sul fondo si abbassarono di ben 10°C.
Nell’Oligocene (34 milioni di anni fa) si formarono i primi ghiacciai al polo sud ma seguirono molte fluttuazioni termiche tanto da renderli minimi circa 25 milioni di anni fa, aumentando nuovamente fino a 13 milioni di anni fa, nel quale periodo raggiunsero l’estensione attuale. Quindi gli attuali ghiacciai che si stanno sciogliendo sono decisamente molto antichi, si sono formati in un processo durato milioni di anni e ora in pochi secoli stanno scomparendo. Al polo nord, invece, ci sono ghiacciai molto più “giovani”: nati circa 3 milioni di anni, sono stati l’incipit per un periodo ricco di fluttuazioni termiche.
Negli ultimi 700 mila anni abbiamo assistito a diversi cicli di glaciazione, nei quali i ghiacciai si estendevano e si ritiravano simultaneamente nei due emisferi. L’analisi dello spettro delle frequenze mostra che i principali picchi sono posizionati a 100 mila, 43 mila, 24 e 19 mila anni. Queste frequenze, guarda caso, sono correlate a quanto avviene a livello astronomico, cioè alla frequenza con cui l’orbita del pianeta cambia i suoi valori.
Gli ultimi 400 mila anni sono interessanti da analizzare: notiamo che i periodi di “caldo” e “freddo” sono asimmetrici; inoltre il tempo di riscaldamento è sempre maggiore rispetto a quello di raffreddamento; infine l’ultima “era glaciale” risale a circa 10 mila anni fa.
Possiamo notare che i cicli di 100 mila anni hanno una differenza di temperatura tra massimo e minimo di 12°C, mentre i cicli di 10 mila anni portano a un delta di 3-5°C; sperimentalmente si vede inoltre che per cicli inferiori a 1000 anni il delta supera raramente i 2°C. Quando analizziamo questi dati proviamo a paragonarli anche a quanto accade oggi e soprattutto a pensare nei momenti in cui si attende un riscaldamento globale di circa 1°C in un secolo, soprattutto in un periodo in cui l’effetto “naturale” non è più l’unico in gioco.
Diamo uno sguardo finale anche agli altri parametri fisici in gioco, dato che fino a ora abbiamo analizzato soltanto le anomalie di temperatura. Possiamo analizzare l’andamento nel tempo della concentrazione di polveri, CO2, metano e l’altezza del livello del mare rispetto a oggi. Notiamo che nei periodi in cui le polveri (quindi gli aerosol, che hanno alto potere riflettente sulla radiazione solare) erano presenti abbondantemente (come nell’ultima era glaciale 10 mila anni fa) i vari parametri che analizziamo erano tutti bassi. Al contrario, nei periodi caldi (es. 130 mila anni fa, confrontando con il grafico precedente) vi erano alte concentrazioni di CO2 e metano, basse concentrazioni di aerosol e un alto livello degli oceani. Un ultimo dettaglio. Guardiamo i numeri sulle scale ai lati del grafico, in particolare quelli relativi alla CO2: il valore massimo registrato è di 280 ppmv ma per arrivare ai giorni nostri (oggi quasi 400 ppmv) vi è un “asintoto” verticale, cioè all’improvviso in maniera quasi istantanea la concentrazione è andata fuori scala, il che dovrebbe far riflettere. Se si analizzasse un qualsiasi fenomeno fisico e in un “segnale” (ovvero l’andamento di una variabile) avviene qualcosa di altamente irregolare come questo asintoto allora è spesso lecito pensare a un evento esterno che abbia influenzato il sistema. Che questo fenomeno “esterno” sia l’uomo o qualcos’altro è l’oggetto dell’acceso dibattito attuale, anche se la maggior parte degli scienziati sono abbastanza sicuri nell’attribuire questa situazione alle immissioni antropogeniche.
