CAMBIAMENTI CLIMATICI DI NATURA ANTROPICA:

VERITÀ SCIENTIFICA O TEORIA ANCORA DA DIMOSTRARE?

Maurizio MaugeriIstituto di Fisica Generale Applicata

Università degli Studi di Milanomaurizio.maugeri@unimi.it

Milano, 26 marzo 2007

Introduzione: media ed informazioni confuse

Le persone che seguono il problema dei cambiamenti climatici attraverso i mass media (ovvero pratica-mente tutti coloro che non si occupano professio-nalmente del problema), sono spesso molto disorien-tate in quanto ricevono informazioni divergenti, con pareri che vanno dalla completa negazione del fenomeno al catastrofismo più sfrenato.

Introduzione: la negazione del fenomenoIl cambiamento climatico è solo una

menzogna ideata dalle lobby ecologiste

A. Zichichi: parte da una questioneepistemologica che ha un suo

fondamento per arrivare a negarecompletamente il fenomeno

La holding dello spavento - di Mario Giordano - lunedì 08 gennaio 2007 – Il Giornale Sentite caldo? Per forza: la Terra sta bruciando… è la catastrofe ambientale. Praticamente l’apocalisse prossima ventura…. L'ultimo rapporto degli esperti dice che sarà nel 2070… Non c’è da ridere: basta leggere l’ultima quartina dei Nostradamus verdi, cioè il rapporto Ue, sparato in prima pagina da tutti i quotidiani italiani. Nei prossimi decenni, si sostiene, il Mediterraneo sparirà… Degli esperti che si trincerano dietro la scienza, poi, bisogna diffidare ancora di più. Sono i nuovi scribi, la casta eletta, i sacerdoti della tecnica diventata divinità… Ma sì, diciamolo: quella del catastrofismo verde è la Spa della paura, la holding dello spavento… Guai ad ammettere che il riscaldamento della Terra è un fenomeno per lo più ciclico e naturale… Guai: altrimenti a chi finirebbero i finanziamenti? E allora avanti con il clima impazzito, i mari che si gonfiano, l’apocalisse che avanza, soprattutto in prima pagina...

Tutti questi contributi hanno un importante elemento in comune: sono tutti opera di persone che non hanno alcuna reale competenza nel settore!

Introduzione: il catastrofismo

Tutti questi contributi hanno un importante elemento in comune: sono tutti opera di persone che non hanno alcuna reale competenza nel settore!

Un esempio di assoluta mancanza di percezione delle scale temporali deiprocessi di cambiamento climatico

Mark Townsend and Paul Harris (2004); The Guardian che cita The Observer:Now the Pentagon tells Bush: climate change will destroy usClimate change over the next 20 years could result in a global catastrophe costing millions of lives in wars and natural disasters. A secret report, suppressed by US defence chiefs and obtained by The Observer, warns that major European cities will be sunk beneath rising seas as Britain is plunged into a 'Siberian' climate by 2020. Nuclear conflict, mega-droughts, famine and widespread rioting will erupt across the world.

Un esempio di approccio scientificocondizionato da posizioni estreme:

“finalismo” di un sistema fisico

Sullo sfondo delle posizioni più catastrofistiche vi è spesso un approccio politico che, più che cercare soluzioni al problema del riscaldamento globale, usa questo fenomeno per confermare tutti i limiti dell’attuale modello di sviluppo

La presentazione si propone di documentare lo stato dell’arte relativo al problema dei cambiamenti clima-tici di natura antropica e di evidenziare chiaramente quali sono gli aspetti per i quali disponiamo di conoscenze ormai consolidate dal punto di vista scientifico e quali sono, invece, quelli per i quali abbiamo solo teorie da approfondire in modo piùdettagliato.

Introduzione: scopo della presentazione

SONO ESTREMAMENTE CHIARE LE BASI FISICHE DEL FENOMENO

La temperatura dell’atmosfera terrestre dipende sostanzialmente dall'equilibrio tra la radiazione solare che il nostro Pianeta assorbe e la radiazione “terrestre” che esso emette verso lo spazio esterno.

I termini di questo bilancio hanno caratteristiche spettrali molto di-verse:

Parte entrante: intensità massima nella regione del visibile.

Parte uscente: intensità massima nella regione dell’infrarosso.

L’atmosfera è abbastanza trasparente alla radiazione visibile, ma ha una forte capacità di assorbire la radiazione infrarossa.

La conseguenza è che solo una piccola parte della radiazione emessa dalla superficie terrestre e dagli strati inferiori dell'atmosfera riesce ad abbandonare il nostro Pianeta, mentre la parte preponderante viene assorbita dall’atmosfera sovrastante. Naturalmente anch’essa emette radiazione infrarossa di cui una parte consistente viene riassorbita dal suolo e dall’atmosfera sottostante.

Questo fenomeno di intrappolamento della radiazione infrarossa prende il nome di:

EFFETTO SERRA

Bilancio energetico del Sistema-Terra

S0/4 · (1-α) (cioè circa 235 W/m2)

a1 · S0/4 · (1-α)

(1 - a1) · S0/4 · (1-α)

x

y

y

a2 · x

(1 - a2) · x

atmosfera

suolo

Ipotesi di lavoro:

Il suolo è un corpo nero;

L’atmosfera: assorbe una frazione a1dell’onda corta e una frazione a2 del-l’onda lunga;

x e y sono le potenze per unità di su-perficie emesse dal suolo e dall’atmos-fera in condizioni di bilancio radiativo.

Suolo In: (1 - a1) · S0/4 · (1-α) + y Out: x

Atmosfera In: a1 · S0/4 · (1-α) + a2 · x Out: 2 · yBila

nci

Con pochi calcoli:x = (2 - a1) · S0/4 · (1-α) / (2-a2)

y = (a1 + a2 - a1· a2) / (2-a2)

Un esempio (ragionevole) di valori numerici:a1 = 0.1 (10%); a2 = 0.8 (80%); S0/4 · (1-α) (235 W/m2)

x = 372 W/m2

Se, invece, fosse a2 = 1.0 x = 446 W/m2

Se, invece, fosse a2 = 0.0 x = 223 W/m2

Modellizzazione matematica

È ANCHE CHIARO QUALI SIANO I COMPOSTI RESPONSABILI

DELL’EFFETTO SERRA

Sappiamo infatti che la forte capacità dell'atmosfera di assorbire la radiazione infrarossa non dipende dai suoi costituenti primari, ma dal vapor acqueo e da una serie di costituenti minori come il biossido di carbonio (CO2), il metano (CH4), il protossido di azoto (N2O) e i clorofluoro-carburi (CFCs).

Questi composti sono detti gas-serra

È INOLTRE CHIARO CHE MOLTI GAS-SERRA PRESENTANO UNA FORTE CRESCITA DELLE CON-CENTRAZIONI IN ATMOSFERA. ESSA È ATTRIBUITA, CON CON-SENSO PRESSOCHÈ UNANIME, ALLE ATTIVITÀ DELL’UOMO.

Cosa dice il quarto assessment report di IPCC?

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) è un organismo incaricato di fare periodicamente il punto sullo stato delle conoscenze relative ai cambiamenti climatici in atto sul nostro pianeta. Ad esso aderiscono circa 170 paesi con 2.500 esperti che pianificano l’attività ed approvano i rapporti stilati. Finora sono stati preparati quattro rapporti: il primo sintetizza lo stato dell’arte al 1990, il secondo, il terzo e il quarto aggiornano il quadro delle ricerche, rispettivamente, al 1995, al 2000 e al 2005.

Le concentrazioni di CO2, CH4 e N2O sono aumentate

marcatamente a causa delle attività umane e sono oggi di gran lunga superiori ai valori

precedenti al 1750

Sappiamo anche che le attuali concentrazioni di CO2 non sono in equilibrio con le emissioni

tENin δδ ⋅=

tNNout δαδ ⋅⋅=

N: numero di molecoleE: rateo di emissione (numero di molecole al secondo)t: tempoα = 1/T: probabilità di rimozione (al secondo)

outin NNN δδδ −= 0→tδ

dtENdN

⋅−=−

αα

)1()( teEtN ⋅−−⋅= α

α

temponu

mer

o m

olec

ole

La rapidità con cui la concentrazione di un composto “risponde” a variazioni nelle

emissioni è inversamente proporzionale alla sua “vita media”

…in realtà il processo di rimozione del CO2 è molto più complesso…

Figura 5.4 – Pag 91 Snthesys Report

CO2: emissioni e concentrazioni

Abbiamo inoltre molte informazioni sulle emissioni dei gas-serra…

• Contributo dei diversi Paesi

• Contributo delle diverse sorgenti

• Evoluzione temporale delle emissioni

• ecc….

L’EVOLUZIONE DEL CLIMA NEL PASSATO E ALCUNE DELLE SUE CONSEGUENZE SONO,

INFINE, ABBASTANZA NOTE

DATI STRUMENTALIDATI STRUMENTALI

••Ricostruzione piRicostruzione piùù precisaprecisa delle variazioni a breve termine (dopo omogeneizzazione!)

••Limitati nel tempoLimitati nel tempo (le serie sono disponibili da quando esistono gli strumenti)

Adatti per studiare le variazioni climatiche variazioni climatiche a breve e medio terminea breve e medio termine

Archivi naturaliArchivi naturali

PROXY DATAPROXY DATA

•Permettono di risalire al clima in epoche remoteepoche remote

•Hanno un’incertezza maggioremaggiore dei dati strumentali

Adatti per studiare le variazioni climatiche a variazioni climatiche a lungo periodolungo periodo (fino a scale geologiche)

http://www.meteotrentino.it/aspweb/Documentazione/SaperneDiPiu/Clima_dwl.asp?id=98

Da: http://www.meteotrentino.it/aspweb/Documentazione/SaperneDiPiu/Clima_dwl.asp?id=98

ANDAMENTI: ANNO E STAGIONI

Brunetti M, Maugeri M, Monti F, Nanni T. 2006. Temperature and precipitation variability in Italy in the last two centuriesfrom homogenised instrumental time series.

Int. J. Climatol. 26, 345-381

W

Sp

S

A

-2.2: 1816

+1.7: 2003

LA SITUAZIONE ITALIANA

1875 2004

Pasterze is the longest glacier in Austria and in the Eastern Alps, at approximately9 km in length. It lies in the Hohe Tauern mountain range of the Alps directlybeneath Austria's highest mountain, the Großglockner.

UN ESEMPIO DI RITIRO DI UN GHIACCIAIO IN AREA ALPINA

Cosa dice il quarto assessment report di IPCC?

Il riscaldamento del clima èinequivocabile ed è comprovato dall’aumento della temperatura dell’atmosfera e degli oceani, dallo scioglimento di neve e ghiacci e dall’aumento del

livello medio del mare

Alla luce dei precedenti elementi, rispetto ai quali praticamente nessuno ha riserve

significative, sembrerebbe non esservi spazio per alcun dubbio sull’importanza del riscaldamento di natura antropica

Tuttavia, purtroppo, la questione non è cosìsemplice in quanto vi sono molti aspetti

ancora poco conosciuti

Un primo problema: l’effetto di altri fattori

Un primo aspetto è che, accanto ai gas-serra, vi sono numerosi altri fattori, di carattere sia natu-rale che antropico, in grado di influenzare il bilancio energetico del nostro Pianeta. Uno dei più importanti è costituto dagli aerosol atmosferici. Il loro effetto è molto difficile da quantificare in quanto, oltre ad interagire direttamente con la radiazione, essi hanno anche importanti conse-guenze sulla formazione delle nubi.

… ma non ci sono solo gli aerosol…

Come si valuta il ruolo dei precedenti fattori?

Gas-serra Altri fattoriAerosol

Modello di bilancio radiativo (energetico) del Sistema Terra

Effetti per ogni singolo fattore (W/m2) – Forcing radiativo

Forcing radativo gas-serra (W/m2)Forcing radiativo aerosol (W/m2)

Forcing radiativo altri fattori (W/m2)

Cosa dice il quarto assessment report di IPCC?

Tutti i valori sono espressi rispetto all’anno 1750

… e se riuscissimo ad avere un dato certo per il forcing radiativo…?

Purtroppo anche se disponessimo di stime affidabili dei contributi di tutti i fattori in grado di influire sul bilancio energetico del Sistema Terra, le nostre valutazioni relative ad eventuali cambiamenti climatici sarebbero comunque affette da significative incertezze. Infatti,

1) Non conosciamo le risposte del Sistema ai vari “stimoli” (cioè non conosciamo l’effetto di molti potenziali feed-back).

2) Non sappiamo quali sono le scale temporali coinvolte (cioè non sappiamo dopo quanto tempo il Sistema va in equilibrio con un’eventuale forcing).

Complessità del sistema climaticoDal punto di vista climatico Dal punto di vista climatico la Terra può essere suddivisa in 5 componentila Terra può essere suddivisa in 5 componenti

IDROSFERAIDROSFERA(oceani, mari, fiumi e laghi)

CRIOSFERACRIOSFERA(comprende ghiacciai,

nevai e ghiacci oceanici)BIOSFERABIOSFERA

(flora, fauna, attività umane)

Bisogna poi considerare la sorgente esterna di energia costituitBisogna poi considerare la sorgente esterna di energia costituita dal Solea dal Sole

ATMOSFERAATMOSFERA(componente gassosa del sistema climatico, èquella più rapidamente variabile nel tempo)

LITOSFERALITOSFERA(struttura orografica della Terra, ha una

variazione nel tempo estremamente lenta)

Il comportamento dell’atmosfera è profondamente influenzato da ciò che la “circonda” e da ciò che “vive” in essa

Esigenza di modellizzare l’intero sistema climatico

atmosfera idrosfera criosfera litosfera biosfera

Il legame tra gas-serra e cambiamenti climatici è quindi estremamente complesso e, anche se disponessimo di stime affidabili dei contributi di tutti i fattori in grado di influire sul bilancio energetico della Terra, le nostre valutazioni sarebbero comunque affette da significative incertezze in quanto non esiste ancora un completo sistema di modelli matematici in grado di descrivere efficacemente tutte le conseguenze di un eventuale disequilibrio tra radiazione entrante ed uscente.

Complessità del sistema climatico

Ma cosa significa “modellizzare” il Sistema Climatico?

Elementi di criticità dei modelli (AOGCM)

L’Europa secondo la griglia dell’HadCM3

Molti problemi aperti, ad esempio: topografia, microfisica delle nubi, ruolo degli aerosol, modellizzazione di stratosfera e alta troposfera

0

25

50

75

100

125

150

0

25

50

75

100

125

150

1961-1999: somme mensili

2000-2020: somme mensili

Precipitazioni Milano (SDSM HadCM3 A2)

I modelli non catturano la variabilità interannuale:

Nel caso del bacino Padano, per esempio, essa èdecisamente sovrastimata.

I modelli non catturano molti aspetti fondamentali della dinamica dell’atmosfera

I modelli non catturano il ciclo stagionale delle

precipitazioni

E come si può modellizzare la risposta ai vari fattori potenzialmente responsabili di alterazioni del clima?

Da: http://www.meteotrentino.it/aspweb/Documentazione/SaperneDiPiu/Clima_dwl.asp?id=98

Cosa dicono i risultati?

Sono risultati convincenti?

C’è consenso sulla capacitàdei modelli di descrivere la complessità del Sistema?

Quanto è confortante il fatto che modelli diversi diano

risultati coerenti?

Cosa dice il quarto assessment report di IPCC?

È molto probabile (90-95%) che l’aumento delle concentrazioni di gas serra dovuto alle attività

antropiche abbia causato la maggior parte del riscaldamento globale osservato dalla metà del

Ventesimo secolo

Cosa possiamo dire per il futuro?

Innanzitutto dobbiamo ricordarci che ogni stima che possiamo fare per il futuro ha

necessariamente grande incertezza

Queste incertezze sono dovute a:

a) Incertezze nello sviluppo demografico, socio-economico, ecc…

b) Incapacità di modellizzare in modo esaustivo il Sistema Climatico

Questi problemi rendono molto incerte le stime per il futuro…

Emissioni

Concentrazioni

Forcing Radiativo

Clima

Impatti

Incertezza

Cosa dice il quarto assessment report di IPCC?Rispetto al Terzo Report (TAR) i risultati dei modelli climatici risultano più affidabili.

Le proiezioni prevedono un riscaldamento durante il XXI secolo maggiore di quello osservato nel XX secolo. La temperatura media superficiale potrebbe crescere, da oggi al 2100, in un range, dipendente dagli scenari applicati e dai modelli usati, tra 1,1 e 6,4 gradi.

Le proiezioni per l’innalzamento del livello marino (sempre al 2100) prevedono un range di 0,19 – 0,58 m, dipendente dagli scenari applicati e dai modelli usati. Inoltre, l’aumento di concentrazione atmosferica di CO2 causerà un aumento nell’acidificazione degli oceani.

Il ghiaccio marino dovrebbe ridursi ancora di più nell’Artico e nell’Antartide nel corso di questo secolo.

Sarà molto probabile che le onde di calore e gli eventi di intensa precipitazione diventeranno più frequenti. Inoltre, i cicloni tropicali dovrebbero diminuire annualmente di numero, ma diventare più intensi.

La circolazione termoalina dell’Oceano Atlantico, potrebbe rallentare nel XXI secolo, ma non dovrebbe subire blocchi.

A causa delle scale temporali lunghe che caratterizzano la circolazione globale degli oceani, i cambiamenti climatici causati dai gas-serra avranno un effetto a lungo termine (molti secoli) sul sistema climatico globale.

Purtroppo, al di là di tutte le informazioni solide che abbiamo, i media danno spesso enfasi solo alle proiezioni che sono, come abbiamo già visto, affette da grandi incertezze

… avremmo preferito che alle proiezioni fosse stato dedicato uno spazio e un risalto minore e, soprattutto, avremmo visto con piacere

una formulazione del testo maggiormente mirata a presentare i risultati in modo da far emergere chiaramente i limiti che le

previsioni per il futuro continuano ad avere…... Certo, rispetto al SPM del precedente report si nota comunque una maggiore prudenza, ma in futuro sarà necessario un ulteriore passo

in questo senso...... Probabilmente gli estensori hanno voluto documentare in modo quantitativo la profonda preoccupazione per il clima del futuro che

esiste oggi nell’ambito della comunità scientifica del settore... … Capiamo che questa possa essere un’esigenza legittima, ma, a

nostro avviso, sarebbe comunque meglio evitare di enfatizzare troppo valutazioni non ancora supportate da forte evidenza scientifica…

IPCC – Summary for Policy Makers: troppa enfasi alle previsioni per il futuro

da: revisione M. Maugeri e T. Nanni a SPM - FAR - IPCC - WG1

Intervenire sulle emissioni o aspettare di sciogliere ogni riserva?

I limiti degli scenari per il futuro fanno sìche sia impossibile

utilizzare uno schema di questo tipo che

sarebbe il “sogno” di ogni decisore

… ma dobbiamo comunque decidere …Gli aspetti per i quali disponiamo di conoscenze consolidate sono:

Conosciamo le dinamiche del bilancio energetico del Sistema Terra, siamo consapevoli dell’importanza del ruolo dei gas-serra e sappiamo quali sono le nazioni ed i comparti che causano le maggiori emissioni;

Sappiamo che le concentrazioni atmosferiche di alcuni importanti gas-serra sono in forte aumento per effetto delle emissioni antropiche;

Sappiamo che la temperatura del Pianeta è significativamente aumentata nell’ultimo secolo, con un trend più forte negli ultimi

decenni.

L’aspetto più problematico è:

Non siamo ancora in grado di modellizzare in modo del tutto efficace il Sistema climatico e pertanto non siamo in grado di rispondere in modo

quantitativo a molte importanti domande sull’entità del contributo antropico al riscaldamento presente e a quello futuro.

Come dobbiamo comportarci?

… qui la parola passa ai decisori …

…“Policy Makers”…