La storia della ricerca sul clima e l’IPCC

Dalla scoperta dell’effetto serra ai moderni modelli climatici
 

Nel 1895 il chimico-fisico svedese Svante Arrhenius formulò la seguente teoria: “la riduzione o l’aumento di circa il 40% dell’anidride carbonica presente nell’atmosfera potrebbe innescare reazioni responsabili dell’evoluzione o involuzione delle ere glaciali”.

Ancor prima del 1900 gli scienziati erano a conoscenza dell’effetto prodotto da questo particolare gas serra sebbene la sua concentrazione in atmosfera fosse pari solo a circa la 280esima parte di un milione.   

Dopo un secolo, la ricerca moderna ha fornito le prove che tra l’era glaciale e l’era interglaciale il contenuto di anidride carbonica in atmosfera è variata del 40%, passando da ca. 180 ppm a ca. 280 ppm. Oggi, inoltre, gli scienziati dispongono di prove certe sull’esistenza di altri fattori scatenanti.

Rispetto all’osservazione meteorologica, la ricerca climatologica rappresenta un settore di indagine scientifica relativamente recente. Fu solo dopo il 1950, infatti, che gli scienziati cominciarono a lanciare l’allarme sul rischio reale di possibili cambiamenti climatici legati al rilascio costante di anidride carbonica.
 

Fu proprio in quello stesso periodo, più precisamente nel 1958, che presso l’osservatorio hawaiano di Mauna Loa Charles David Keeling cominciò ad eseguire una serie di misure che oggi possono essere considerate uno dei documenti più importanti dell’attività umana: la misura esatta della quantità di anidride carbonica presente nell’aria. La curva di Keeling, continuamente aggiornata, mostra la variazione annuale dell’anidride carbonica presente nell’aria dovuta, tra gli altri fattori, all’assorbimento della CO₂ durante la stagione di crescita delle piante e all’aumento dell’emissione durante il periodo invernale di accensione degli impianti di riscaldamento. Con la stessa accuratezza la curva mostra, inoltre, il costante aumento dei valori medi nel corso degli anni e dei decenni. 
 

I primi valori riportati nel grafico, che fanno riferimento a circa 200 anni dopo l’avvento dell’era industriale, indicano una concentrazione di 320 ppm (parti per milione), ossia una quantità più elevata di circa 40 ppm rispetto al valore standard dell’era interglaciale. Durante i 10.000 anni dell’era interglaciale, ossia dopo il ritiro dei ghiacciai a partire dall’era glaciale, la concentrazione di CO₂ ha fatto registrare variazioni non superiori a 20 ppm. Il grafico mostra inoltre un aumento di circa 60 ppm durante i successivi 50 anni dell’attuale era industriale fino ad un valore massimo, in continua ascesa, di 380 ppm. 
 

Anche durante gli anni 50 furono fatti dei tentativi di descrivere e simulare la circolazione atmosfera tramite modelli numerici. Grazie allo sviluppo incredibilmente rapido delle capacità informatiche è indubbio che da allora sono stati compiuti enormi passi in avanti. Attualmente gli scienziati dispongono di modelli climatici in grado di simulare il clima terrestre utilizzando computer di dimensioni gigantesche con un grado di accuratezza accettabile, seppure non ancora sufficientemente esatto.

Oggi, inoltre, gli scienziati possono disporre di una fitta rete di osservatori meteorologici e di satelliti tecnologicamente avanzati in grado di fornire dati sul clima provenienti dallo spazio.   

Nel 2002 il simulatore terrestre giapponese è stato il computer più veloce del mondo. La foto ritrae la sala computer. © JAMSTEC / Earth Simulator Center

 La storia delle osservazioni meteorologiche

Pur disponendo di ogni tipo di tecnologia, ancora oggi, e forse più di ieri, gli scienziati devono far ricorso agli strumenti messi a punto dai pionieri dell’osservazione meteorologica. La consapevolezza su queste problematiche ha cominciato a manifestarsi nel periodo storico compreso tra il 1950 e il 1960, in un’epoca in cui il cambiamento era già in atto. Inoltre, sono trascorsi ancora molti anni prima che i paesi di tutto il mondo cominciassero ad affrontare insieme questa nuova sfida. Oggi l’interesse verso le problematiche climatiche è più che mai vivo e sono molti gli interrogativi di cui vorremmo conoscere le risposte: come si presentava il nostro sistema climatico prima di essere influenzato irrimediabilmente dall’azione dell'uomo? Oltre all’aumento delle concentrazioni di CO₂, si è osservato anche un innalzamento delle temperature a livello globale?  

Breve storia della meteorologia e della scienza del clima

• 1592 Invenzione del primo termometro elementare basato sul termoscopio di Galileo Galilei.
• 1653 Creazione della prima rete meteorologica. Prima del 1900 le osservazioni meteorologiche effettuate su base sistematica venivano eseguite in quasi tutte le regioni disabitate del mondo.
• 1853 Avvio delle prime osservazioni meteorologiche internazionali a bordo delle navi.
• 1873 Creazione dell’International Meteorological Organisation (IMO).
• 1873 Realizzazione del primo database meteorologico ad opera di Köppen. Il database raccoglie i dati rilevati da 100 stazioni meteo nel periodo compreso tra il 1820 e il 1871. La maggior parte dei dati inseriti si caratterizza per la sua accuratezza ed affidabilità.
• 1923 Avvio del World Weather Record (WWR) ad opera dell’IMO. Il progetto WWR prosegue ancora oggi.
• 1938 Creazione di una panoramica di dati meteorologici a livello mondiale ad opera di Callendar. La panoramica riunisce i dati rilevati da oltre 200 stazioni meteo.
• 1950 Nascita del World Meteorological Organisation (WMO) che succede all’IMO.
   

• 1958 Avvio del primo monitoraggio sistematico della CO₂ ad opera di Keeling, circa 300 anni dopo l’inizio delle prime misure di temperatura.
• 1960 Avvio delle prime comparazioni tra i diversi database meteorologici. In questo periodo vengono compiuti i primi passi verso il rilevamento dei valori medi di temperatura globale.

• 1980 Installazione di una rete di boe di rilevamento negli oceani, costituta attualmente da circa 500 unità. Invio di dati sullo stato di salute del clima da parte di satelliti spaziali.
• 1987 Creazione di standard di misura ad opera, tra gli altri, di Hansen e Lebedeff per ottenere valori medi standardizzati dalle diverse stazioni meteo.
• 1988 Creazione del Pannello Intergovernativo sul Cambiamenti Climatici (IPCC) da parte dell’WMO e del Programma delle Nazioni Unite per l'Ambiente (UNEP). Il quarto rapporto di valutazione IPCC (AR4) è stato pubblicato nel 2007.
• 1992 Istituzione della Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) entrata in vigore nel 1994.

Se il monitoraggio meteorologico costituisce una tecnica ampiamente consolidata nel tempo, la raccolta sistematica dei dati e la valutazione degli andamenti globali rappresentano attività scientifiche relativamente recenti. Pertanto, gli ultimi sei anni di monitoraggio sul clima eseguito dopo il terzo rapporto dell’IPCC, rappresentano una preziosa fonte di informazioni per la conferma delle tendenze delineate fino ad oggi.
  

 Il mandato e la struttura organizzativa dell’IPCC

L’IPCC, organizzazione costituita da un gruppo di esperti sul clima provenienti da quasi ogni parte del mondo, ha ricevuto il seguente mandato: il ruolo dell’IPCC è quello di stabilire su di una base ampia, soggettiva, aperta e trasparente le informazioni scientifiche tecniche e socio economiche indispensabili per comprendere le basi scientifiche dei rischi associati ai cambiamenti climatici indotti dall’uomo, i possibili impatti e le possibilità di adattamento e mitigazione.
 
 

Le attività sono state suddivise in tre gruppi di lavoro:

Gruppo di lavoro 1:
Aspetti scientifici relativi al sistema climatico e ai cambiamenti climatici (Quali sono le reali conoscenze sul clima?)

Gruppo di lavoro 2:
Vulnerabilità dei sistemi naturali e socio-economici e le opzioni di adattamento ai cambiamenti climatici (Quali sono i rischi reali?)

Gruppo di lavoro 3:
Opzioni per la riduzione delle emissioni dei gas serra (Quali contributi possono essere forniti?)

 Il clima delle ere geologiche passate

I dati attualmente a nostra disposizione hanno fornito la prova dell’esistenza del riscaldamento della superfice terrestre. Inoltre, tali dati hanno mostrato che i livelli di anidride carbonica rilevati negli ultimi 50-100 anni si sono discostati da quel intervallo di valori che si era mantenuto costante durante lo sviluppo delle civiltà umane (impero babilonese, regno d’Egitto, impero romano) ponendoci di fronte alla necessità di adottare adeguate contromisure.
  

Nel contempo, le conoscenze finora acquisite ci indicano che l’adozione di eventuali contromisure potrebbe rivelarsi troppo lenta rispetto alla rapida evoluzione dei cambiamenti climatici già in atto. L’interrogativo che ci si pone riguarda quale reazione il pianeta terra potrebbe avere di fronte a tali cambiamenti; una reazione che dobbiamo prevedere e conoscere per poter adottare un adeguato piano d’azione.

Un riscaldamento terrestre di circa 2-3°C non rappresenta una catastrofe di dimensioni apocalittiche per il nostro pianeta. I paleoclimatologi studiano il clima delle ere passate attraverso l’analisi dei sedimenti e delle carote di ghiaccio ricorrendo inoltre, per le epoche più recenti, alla ricerca sugli anelli degli alberi. La storia della terra ci indica che il clima degli ultimi 600 milioni di anni presentava temperature a volte più elevate e a volte più basse rispetto ad oggi.

Nel corso di questo lungo arco temporale, si sono sviluppate specie di animali estremamente diverse rispetto a quelle che popolano attualmente la terra quali, ad esempio, i dinosauri. La presenza di un unico continente rendeva molto più omogenea la distribuzione del calore a livello degli oceani. Solo quando il supercontinente (immagine riportata in alto) si è diviso e ha iniziato a spostarsi nella sua attuale posizione, si è sviluppato un clima con caratteristiche molto più simili a quelle attuali.

Durante gli ultimi 65 milioni di anni, le temperature si sono mantenute quasi costantemente più elevate rispetto all’epoca attuale e si è anche verificato un cambiamento climatico di modeste proporzioni.
 

Anche il livello del mare era più alto di alcuni metri (a sinistra una mappa del globo terrestre durante l’eocene, circa 50 milioni di anni fa). Se si osservano gli ultimi due milioni di anni, epoca che vede lo sviluppo degli esseri umani, è possibile constatare un’alternanza di ere glaciali e interglaciali.

Il ricercatore Milankovitch ha tentato di spiegare questa particolare alternanza attraverso la formulazione della sua teoria sulla variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre che ha trovato oggi la sua conferma definitiva. L’inclinazione dell’asse terrestre, secondo il ricercatore, varia da 22 a 24 gradi in base a cicli definiti di circa 41.000 anni.
  

Parallelamente, la distanza tra la terra e il sole varia ciclicamente ogni 11.000 e 22.000 anni e l’orbita terrestre cambia ciclicamente ogni 40.000 anni descrivendo una ellissi molto simile ad un cerchio. Questi particolari cambiamenti astronomici possono fornire la spiegazione delle variazioni osservate nelle ere glaciali e nei periodi caldi.

Con l’avvento delle glaciazioni prima e delle interglaciazioni dopo, anche il contenuto di anidride carbonica nell’atmosfera si è modificato. I cambiamenti avvenuti negli ultimi 800.000 anni, tuttavia, non hanno mai raggiunto i livelli registrati nei 100 anni appena trascorsi. Inoltre, anche la salinità dovuta all’intrusione di acqua dolce proveniente dallo scioglimento dei ghiacci ha provocato evidenti alterazioni. 
  

A causa della formazione di alcune brecce nelle lingue di ghiaccio, si sono spesso verificati cambiamenti climatici particolarmente intensi nell’arco di pochi anni. Tali cambiamenti, influenzando le correnti oceaniche, possono produrre forti interazioni e improvvisi cambiamenti climatici. Tuttavia, da 10.000 anni (0,01 milione di anni) viviamo in un periodo interglaciale estremamente stabile che ha visto la nascita delle più grandi civiltà della storia capaci di sfruttare a proprio vantaggio le condizioni di stabilità climatica presenti.

Il clima del pianeta, tuttavia, ha già sperimentato “alti” e “bassi” su diverse scale temporali geologiche con cambiamenti climatici di modeste proporzioni anche negli ultimi 10.000 anni.
 
 

Tuttava dobbiamo essere tuttavia consapevoli che cambiamenti di carattere così estremo vengono irrimediabilmente accompagnati dall’estinzione di molte specie che non sono in grado di adattarsi con rapidità alle mutate condizioni climatiche. Questa sorte toccherà agli orsi polari, alla barriera corallina e a molte altre specie del mondo animale e vegetale. Inoltre, anche la nostra specie, quella umana, con le sue radici biologiche, le sue numerose città costiere, le sue attività agricole, l’uso della natura e la sua cultura risente fortemente della stabilità climatica che ha caratterizzato gli ultimi 10.000 anni. 

*Occorre ricordare che i paesi industrializzati (Europa, USA) possono contare su un maggior numero di stazioni meteorologiche e che le aree disabitate e povere del mondo (deserti, Siberia, regioni polari, oceani) forniscono solo una esigua quantità di dati. Per disporre di valori medi per la valutazione delle temperature a livello globale, è necessario introdurre dei fattori di ponderazione.