Azioni e retroazioni nel cambiamento climatico

Il cambiamento climatico è un fenomeno molto complesso da studiare e da prevedere a causa di feedback positivi e negativi che operano nel sistema climatico della Terra

Il bilancio energetico della Terra

La temperatura della Terra dipende da come questa interagisce con la radiazione ricevuta dal Sole. In modo molto semplificato possiamo dire che il sistema terrestre si riscalda quando è esposto alla radiazione solare, accumulando calore che viene poi riemesso nello spazio. Il bilancio energetico della Terra consiste nella differenza tra l’energia ricevuta dal Sole e quella riemessa e dipende dall’interazione di quattro componenti:

1. l’atmosfera: l’involucro gassoso cha avvolge la Terra per circa 500 km di altezza dal livello del mare;
2. la litosfera: costituita dalla crosta terrestre, in pratica la roccia fino a circa 100 km al di sotto del suolo;
3. l’idrosfera: costituita da tutta l’acqua presente sulla Terra, negli oceani, nei mari, nei fiumi e nei laghi in forma liquida, nei ghiacciai in forma solida e nell’aria come vapore acqueo;
4. la biosfera: costituita da tutti gli organismi viventi, sia animali che vegetali, presenti sul pianeta.

È per la presenza di queste quattro componenti che la Terra non è un corpo celeste freddo come la Luna, dove c’è una temperatura media di -23 °C nonostante si trovi alla stessa distanza dal Sole.

Sebbene nel corso dei suoi 4 miliardi di anni la Terra abbia avuto notevoli oscillazioni di temperatura, su periodi più brevi, dell’ordine delle migliaia di anni, il bilancio energetico della Terra tende a stabilizzarsi su variazioni molto contenute (entro 1 °C). Ad esempio, dalla fine dell’ultima glaciazione circa 12.000 anni fa la temperatura media è stata di circa 14 °C con un periodo più caldo di circa 0,8 °C più o meno 6.500 anni fa (il cosiddetto Holocene global thermal maximum). Da allora la temperatura è scesa costantemente di circa un decimo di grado centigrado ogni millennio, prima di impennarsi di oltre 1 °C negli ultimi 150 anni.

Quando il bilancio energetico della Terra cambia così rapidamente significa che siamo in presenza di un forzante radiativo la cui causa è da ricercarsi in un forzante climatico. I forzanti climatici possono indurre una diminuzione della temperatura, come fece ad esempio l’impatto dell’asteroide che circa 66 milioni di anni fa causò l’estinzione dei dinosauri, o un suo aumento, come sta facendo la massiccia emissione di gas serra a seguito della Rivoluzione Industriale.

Azioni e retroazioni

In entrambi i casi, il sistema climatico terrestre non ha un comportamento lineare: atmosfera, litosfera, idrosfera e biosfera sono sottosistemi complessi che si rapportano tra loro in modi differenti. Pertanto, nel motore termico terrestre le relazioni di causa-effetto non sono sempre univoche e semplici da interpretare. Infatti il clima terrestre dipende da fenomeni che possono essere, contemporaneamente, sia causa che effetto di un forzante: è quello che viene chiamato dai climatologi il “ciclo di retroazioni” o anche ciclo di feedback climatici. Sono processi che possono amplificare o ridurre gli effetti di un forzante climatico, diventando a loro volta concause di un forzante radiativo.

Cerchiamo di capire con un esempio. È noto che il circolo polare artico si sta riscaldando a una velocità molto maggiore rispetto al resto del mondo: è il fenomeno dell’amplificazione artica. La causa principale è dovuta alla sostituzione delle superfici bianche del ghiaccio marino, che riflettono quasi tutta la luce solare, con superfici marine, molto più scure, che assorbono quindi calore. Ma perché il ghiaccio marino si scioglie? Beh, a causa del riscaldamento globale. Allora proviamo a mettere in fila cosa sta succedendo:

1. l’incremento della temperatura media provoca lo scioglimento della banchisa;
2. di conseguenza il ghiaccio marino viene sostituito dal mare, provocando una riduzione dell’albedo dell’Artico;
3. ma proprio per questa ragione la superficie dell’Artico assorbe più calore;
4. in questo modo la temperatura continua a salire e i ghiacci artici si sciolgono più velocemente, in una catena di retroazioni che riparte dal primo punto.

La diminuzione dell’albedo (cioè la sostituzione di superfici che riflettono la luce solare con superfici che la assorbono) diventa così sia effetto che causa del riscaldamento dell’Artico.

Retroazioni positive e negative

Quando nel sistema climatico le retroazioni amplificano l’effetto iniziale (come in questo esempio) si parla di retroazione positiva, quando invece lo riducono di retroazione negativa. Fate però attenzione. In questo ambito i termini positivo e negativo non rispecchiano necessariamente il senso comune del termine. I feedback positivi, infatti, tendono ad aumentare gli effetti di un forzante climatico per cui, nel caso del riscaldamento globale, i loro effetti non sono affatto positivi, in quanto amplificano un fenomeno negativo.

La riduzione dell’albedo dell’Artico è un feedback positivo perché aumenta il riscaldamento che lo ha originato: è stato stimato che, nel periodo tra gli anni ’70 e il 2012, se non ci fosse stata questa riduzione dell’albedo, per ottenere lo stesso riscaldamento del pianeta le emissioni di anidride carbonica emesse dall’uomo nello stesso periodo sarebbero dovute essere il 25% in più. Detto in altro modo, la riduzione dell’albedo artica, da sola, ha avuto un effetto pari a quello di un quarto dei gas serra di origine antropica.

Un feedback negativo, al contrario, tende ad attenuare o bilanciare il cambiamento iniziale, riducendo l’effetto del forzante climatico. Ad esempio, l’aumento delle concentrazioni di CO₂ atmosferica può stimolare la crescita delle piante (è la cosiddetta fertilizzazione da CO₂), che la assorbono durante la fotosintesi, contribuendo perciò a ridurne le concentrazioni. Un altro esempio è quello per cui la crescita della temperatura degli oceani, aumentando l’evaporazione, incrementa la quantità di nuvole, le quali, riflettendo la luce solare, contribuiscono alla riduzione dell’assorbimento di calore da parte della Terra, riducendo così la temperatura.

La complessità del sistema climatico

Inseguire le intricate relazioni tra le cause e gli effetti di tutti i feedback climatici può far venire il mal di testa. Ma siccome il bilancio tra retroazioni positive e negative influenza la risposta complessiva del sistema climatico ai suoi forzanti, la comprensione di questi meccanismi è fondamentale per prevedere gli scenari futuri.

Si noti che, proprio perché stimare l’effetto di un feedback climatico è molto complicato, e fonte talvolta di dispute in campo scientifico, spesso l’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) non li prende in considerazione nella maggior parte dei modelli usati per prevedere l’evoluzione futura del clima mondiale.

Ad esempio, si consideri il feedback positivo dovuto allo scioglimento del permafrost. Il permafrost è un serbatoio di carbonio, perché (un po’ come in un frigorifero) impedisce alla materia organica che contiene di essere degradata dai batteri. Ma l’aumento delle temperature sta facendo sciogliere il permafrost e di conseguenza il carbonio che ha intrappolato per millenni viene disperso nell’aria. Nonostante l’elevato potenziale di una retroazione positiva del carbonio contenuto nel permafrost (stimato nel doppio di quanto attualmente presente nell’atmosfera), queste emissioni aggiuntive non sono state considerate nel 5° rapporto dell’IPCC del 2014 o nella pubblicazione “Riscaldamento globale di 1,5 ºC” del 2018.

Insomma, la complessità del sistema climatico terrestre impone che il riscaldamento globale e i conseguenti cambiamenti climatici siano spiegati con cura e precisione, pur senza ricorrere necessariamente a una terminologia complessa, ma anche evitando le banalizzazioni spesso presenti su media e social.