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Buon 35° compleanno, riscaldamento globale!

Pubblichiamo questa traduzione di post comparso su Realclimate, per ricordare uno degli articoli scientifici più lungimiranti della scienza del clima.

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Il riscaldamento globale è arrivato ai 35 anni. Non solo l’attuale evidente fase di riscaldamento globale dura da circa 35 anni, ma anche il termine “riscaldamento globale” vedrà il suo 35esimo anniversario la settimana prossima. L’8 Agosto 1975 Wally Broecker pubblicò sulla rivista Science l’articolo “Are we on the brink of a pronounced global warming?”. Questa sembra sia la prima volta in cui il termine “riscaldamento globale” è stato usato nella letteratura scientifica (almeno è il primo su oltre 10,000 articoli con questo termine di ricerca nel database ISI degli articoli scientifici).
In questo articolo Broecker predisse correttamente che “l’attuale tendenza al raffreddamento lascerà il posto, entro circa un decennio, ad un significativo riscaldamento indotto dall’anidride carbonica”, e che “entro i primi anni del prossimo secolo [l'anidride carbonica] avrà portato la temperatura media planetaria oltre i limiti raggiunti durante gli ultimi 1000 anni”. Broecker predisse un riscaldamento globale complessivo per il 20esimo secolo causato dalla CO2 di 0.8 °C e si preoccupò per le conseguenze sull’agricoltura e sul livello del mare.

Temperature globali fino al Giugno 2010 secondo i dati GISS della NASA. La linea grigia è la media mobile sui 12 mesi, i punti rossi i valori medi annuali. La linea spessa rossa rappresenta un trend non lineare. Ovviamente Broecker non aveva questi dati a disposizione, nemmeno quelli fino al 1975, perchè la raccolta globale dei dati è stata realizzata non prima dei tardi anni ’70 (Hansen et al. 1981). Si è dovuto basare su dati metereologici più limitati.

Per quelli che ancora oggi sostengono che il riscaldamento globale non si possa prevedere, l’anniversario dell’articolo di Broecker serve da promemoria che il riscaldamento globale fu effettivamente previsto prima che diventase evidente nei dati di temperatura globale oltre un decennio dopo (quando nel 1988 Jim Hansen fece la famosa dichiarazione che “il riscaldamento globale è in atto”).

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Broecker è uno dei grandi climatologi del ventesimo secolo: pochi eguaglieranno il suo primato di 400 articoli scientifici, una sessantina abbondante dei quali hanno più di 100 citazioni ciascuno! Curiosamente, il suo articolo sul “riscaldamento globale” non è fra i più citati con ad oggi “solo” 79 citazioni. Broecker è meglio conosciuto per il suo vasto lavoro sul paleoclima e sulla geochimica degli oceani.

E’ molto istruttivo seguire il modo in cui Broecker è arrivato alla sua previsioni nel 1975 – non ultimo perchè ancora oggi molti profani assumono, sbagliando, che noi attribuiamo il riscaldamento globale ai livelli di CO2 essenzialmente perchè temperatura e livelli di CO2 sono aumentati entrambi e quindi sono correlati. Broecker è arrivato alla sua previsione in un momento in cui la CO2 era in crescita ma le temperature era in decrescita da qualche decennio – ma Broecker (così come molti altri scienziati al tempo e ancora oggi) aveva compreso le basi fisiche del problema.
Essenzialmente la sua previsione coinvolse tre semplici passi, fondamentalmente gli stessi usati ancor oggi.

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Step 1: Predict future emissions

Broecker ha semplicemente presunto una crescita delle emissioni di CO2 da combustibili fossili pari al 3% annuo dal 1975 in poi. Con ciò è stato in grado di calcolare un valore cumulato di emissioni di CO2 di origine fossile pari a 1670 miliardi di tonnellate all’anno 2010 (si veda la sua tabella n°1). Non male: il valore che abbiamo appena superato è di circa 1300 miliardi di tonnellate (Canadell et al, PNAS 2007 – stima da me estesa al 2010).

Una lacuna, dal punto di vista moderno, è che Broecker non ha incluso nei suoi calcoli gli altri gas serra antropogenici o le particelle degli aerosol. In un certo senso considera gli aerosol chiamandoli “polveri”. Infatti, la prima frase dell’abstract (citato sopra) inizia subito con un “se”:

“Se le polveri prodotte dall’uomo sono irrilevanti come causa importante per il cambiamento climatico, allora si può ragionevolmente ritenere che il trend di raffreddamento attuale, in una decina d’anni o giù di li, lascerà il passo ad un marcato riscaldamento indotto dall’anidride carbonica”.

Questo è un assenso alla discussione relativa al raffreddamento dovuto poveri agli aerosol dei primi anni ‘70. Broecker giustamente scrive:

È difficile determinare la rilevanza del secondo più importante effetto climatico indotto dall’uomo, “le polveri”, per l’incertezza dovuta alla quantità, alle proprietà ottiche e alla distribuzione delle particelle di origine antropica”,

citando una serie di articoli di Steve Schneider e altri. Siccome non è stato in grado di quantificare questo effetto, non lo ha considerato. Però in questo caso la fortuna aiutato era dalla parte di Broecker: il riscaldamento dovuto ad altri gas serra e il raffreddamento dovuto agli aerosol  si sono esattamente compensati ad oggi, quindi considerare solo la CO2 porta a quasi la stessa forzante radiativa che considerare tutti gli effetti antropogenici sul clima (vedi IPCC AR4, fig. SPM.2 ).

Table 1 of Broecker (1975)

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Step 2: Prevedere le concentrazioni future

Per passare dalla quantità di CO2 emessa all’effettivo aumento in atmosfera, è necessario conoscere quale sia la frazione delle emissioni che resta in aria: la “frazione aerea” Broecker, basandosi sui dati del passato delle emissioni e delle concentrazioni di CO2 (la curva di Keeling di Mauna Loa), assunse semplicemente che la frazione in atmosfera fosse costante e pari al 50%. Cioè, circa la metà delle nostre emissioni da combustibili fossili si accumula in atmosfera. Questa assunzione resta valida ancora oggi, quando si guarda all’aumento di CO2 osservato come frazione delle emissioni da combustibili fossili. Broecker calcolò che circa il 35% delle emissioni fosse assorbito in oceano e il restante 15% dalla biosfera (di nuovo, non lontanto dai valori attuali, vedi Canadell et al.). Su questa base egli sostenne che se l’oceano è il pozzo principale, la frazione aerea sarebbe rimasta approssimativamente costante per i decenni a venire (i suoi calcoli arrivavano al 2010).

Quindi, con un aumento del 3% l’anno delle emissioni e una frazione aerea rimanente pari al 50%, è facile calcolare l’aumento della concentrazione di CO2. Egli ottenne un aumento da 295 a 403 ppm dal 1900 al 2010. Il valore reale al 2010 è 390 ppm, un po’ meno della stima di Broecker a causa del fatto che la sua previsione di emissioni cumulative era leggermente troppo elevata.

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Step 3: Calcolo della risposta della temperatura globale

A questo  proposito, Broecker scrive:

La risposta della temperatura globale all’aumento del contenuto atmosferico di CO2 non è lineare. Man mano che il contenuto di CO2 nell’atmosfera aumenta, l’assorbimento di radiazione infrarossa “saturerà” su una parte sempre più ampia della banda. Rasool and Schneider fanno notare che la temperatura aumenta come il logaritmo della concentrazione atmosferica di CO2”.

Basandosi su questa relazione logaritmica (valida ancora oggi) Broecker assume una sensitività climatica di 0.3 °C di riscaldamento per ogni aumento del 10% della concentrazione di CO2, che significa 2.2 °C di riscaldamento per un raddoppio della CO2. Questo numero si basa sui precedenti calcoli di Manabe e Wetherald. Broecker scrive:

Sebbene potremmo ancora avere sorprese quando computer più potenti e una migliore conoscenza della fisica delle nubi permetteranno di fare il passo successivo nella modellistica, la dimensione dell’effetto della CO2 è probabilmente racchiuso all’interno di un fattore fra 2 e 4“.

L’AR4 riporta l’intervallo di incertezza della sensitività climatica come 2-4.5 °C di riscaldamento per il raddoppio di CO2, quindi c’è ancora un’incertezza di un fattore 2 e Broecker ha usato un valore vicino all’estremo inferiore di questo intervallo di incertezza. Le stime recenti non sono solo basate sui calcoli modellistici ma anche su dati paleoclimatici e moderni; l’AR4 elenca 13 studi che limitano la sensitività climatica nella tabella 9.3.

Nell’articolo di Broecker il riscaldamento calcolato con l’ausilio della sensitività climatica avviene istantaneamente. Oggi sappiamo che il sistema climatico risponde con un ritardo dovuto all’inerzia termica dell’oceano. Trascurandolo, Broecker ha sovrastimato il riscaldamento per ogni tempo futuro riferimento temporale; tenere in conto l’inerzia termica avrebbe ridotto la sua stima del riscaldamento di circa un terzo (vedi fig. SPM.5 dell’AR4). Ma di nuovo fu fortunato: considerare una sensitività climatica di ~2ºC invece dei più probabili ~3ºC circa compensa questo effetto, quindi il suo riscaldamento di 0.8 °C nel 20esimo secolo risulta quasi esattamente azzeccato (la stima reale è vicina agli 0.7 °C, vedi la figura sopra). (Una versione aggiornata di questi calcoli “a spanne” si può trovare ad esempio nel nostro libro Our Threatened Oceans, p.82.)

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Variabilità naturale

Broecker non è stato il primo a prevedere il riscaldamento dovuto alla CO2. Un rapporto di esperti al Presidente degli USA Lyndon B. Johnson del 1965 avvertiva: “Entro il 2000 l’aumento dell’anidride carbonica sarà vicino al 25%. Questo potrebbe essere sufficiente a produrre un cambiamento del clima misurabile e forse marcato”. E nel 1972 una previsione più specifica e simile a quella di Broecker fu pubblicata su Nature dall’illustre scienziato dell’atmosfera J.S. Sawyer (per la storia in pillole, si veda il mio articolo qui).

La novità dell’articolo di Broecker – a parte l’aver introdotto il termine “riscaldamento globale” – fu il combinare le stime del riscaldamento da CO2 con la variabilità naturale. La sua tesi principale era che un raffreddamento climatico naturale

ha, negli ultimi tre decenni, più che compensato l’effetto riscaldante prodotto dalla CO2 [...] Tuttavia, l’attuale raffreddamento naturale raggiungerà il minimo più o meno nel prossimo decennio. Quando accadrà, l’effetto della CO2 tenderà a diventare un fattore significativo e nel primo decennio del prossimo secolo potremmo avere una temperatura globale maggiore degli ultimi 1000 anni.

Quest’ultima previsione si è dimostrata essere corretta. L’idea che il lieve raffreddamento dagli anni ’40 agli anni ’70 sia dovuta alla variabilità naturale non può ancora essere esclusa, sebbene più probabilmente rappresenta solo una piccola parte della spiegazione e il raffreddamento è principalmente dovuto alle “polveri”, trascurate da Broecker, cioè all’aumento dell’inquinamento da aerosol antropogenico (Taylor and Penner, 1994). Tuttavia, il modo in cui Broecker ha stimato e anche previsto la variabilità naturale non ha resistito alla prova del tempo. Broecker usò i dati della carota di ghiaccio di Camp Century in Groenlandia,  sostenendo che  essi “potrebbero fornire un quadro delle fluttuazioni naturali della temperatura globale nel corso degli ultimi 1000 anni”. Ironicamente, fu proprio un lavoro successivo di Broecker sui cambiamenti della circolazione oceanica in Atlantico a mostrare che la Groenlandia è probabilmente il luogo meno rappresentativo dei cambiamenti della temperatura globale  rispetto alla maggior parte degli altri luoghi sulla Terra, essendo troppo influenzato dalla variabilità nel trasporto oceanico del calore (vedi il nostro post recente sullo Younger Dryas, o l’ultimo libro di Broecker The Great Ocean Conveyor). Tuttavia, Broecker ebbe ragione nel sostenere che l’accumulo di CO2 prima o poi avrebbe superato queste variazioni climatiche naturali.

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In definitiva, l’articolo di Broecker (insieme a quello di Sawyer) mostra che previsioni valide sul riscaldamento globale furono pubblicate negli anni ’70 in due fra le piu’ importanti riviste, Science e Nature, e che il riscaldamento si è verificato quasi esattamente come previsto almeno 35 anni fa. Alcuni importanti aspetti non erano ancora compresi a quel tempo, come il ruolo degli altri gas serra a parte la CO2, delle particelle di aerosol e del contenuto termico oceanico. Che le previsioni furono così precise ha avuto anche un elemento di fortuna, in quanto non tutti i processi trascurati influenzano i risultati nella stessa direzioni ma si compensano in parte. Ciononostante, l’aspetto principale che l’aumento di CO2 avrebbe causato, secondo le parole di Broecker, un “significativo riscaldamento globale”, era ben compreso negli anni ’70. In una intervista televisiva nel 1979 Steve Schneider lo descrisse giustamente come un consenso fra gli esperti, rimanendo controversie solo sull’esatta dimensione e gli effetti.

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Referenze
BROECKER WS, 1975: CLIMATIC CHANGE – ARE WE ON BRINK OF A PRONOUNCED GLOBAL WARMING? SCIENCE Volume 189, Pages 460-463.

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Traduzione di Riccardo Reitano e Riccardo Mancioli
Revisione di Simone Casadei

5 responses so far

5 Responses to “Buon 35° compleanno, riscaldamento globale!”

  1. NoWayOuton set 24th 2010 at 08:28

    Che dire, un tuffo nel passato. Un passato in cui, semplici calcoli e ipotesi alla mano, si scrivevano articoli convincenti. Si potebbe andare ancora piu’ indietro, ma il messaggio e’ gia’ chiaro: i sofismi, i dettagli, le conclamate incertezze, gli aspetti ancora poco noti, etc., sono solo un pretesto. Per noi non scienziati d’avanguardia, senza tante storie e tanti fronzoli il discorso e’ semplice (e valido): giratela come volete ma emettiamo una enormita’ di CO2, il pianeta si scalda e bisogna fermarlo. Se il motore scalda troppo ci lascia a piedi, meglio non dimenticarlo.

  2. Antonioon set 24th 2010 at 11:20

    Si, il post è bello proprio perchè mostra come le cose basilari erano già chiare 35 anni fa
    I dettagli sono si importanti, ma non cambiano la sostanza.
    Sotto questa luce molte polemiche recenti trovano la loro giusta dimensione, di diversivi…

  3. Gianfrancoon set 28th 2010 at 10:38

    Sarebbe ora che l’Accademia delle Scienze di Svezia conferisse il Premio Nobel a personaggi come Broecker o Hansen.
    Incidentalmente ve la immaginate la faccia di Zichichi? corre a buttarsi nell’Etna come Empedocle…

  4. [...] Riferimento: Global Warming e dintorni: dati e analisi Certo che il movimento dell’antropogenic global warming, i modelli previsionali IPCC……hanno in questi ultimi anni contribuito a seminare i germi di un fiorente impegno per la ricerca scientifica e la passione amatoriale climatologica. Un capolavoro strategico….finalmente porre il clima al centro delle priorit

  5. [...] dati di base, alcune tendenze sono indiscutibili ( aumento dei gas climalteranti in atmosfera, aumento delle temperature, riduzione dei ghiacci, [...]