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Prima l’uovo o la gallina? Come prendere fischi per fiaschi nella correlazione tra CO2 e temperatura

Un recente articolo suggerisce che l’accumulo di CO2 in atmosfera sia causato dall’influenza della temperatura sui sistemi naturali, e non dai combustibili fossili. Ma è un clamoroso abbaglio, come confondere il freno con l’acceleratore.

 

Qualche mese fa è uscito un articolo scientifico intitolato “Su galline, uova, temperature e CO2: nessi causali nell’atmosfera terrestre” coordinato da Demetris Koutsoyiannis, professore di Idrologia all’Università di Atene. L’articolo, pubblicato dalla rivista Sci – MDPI (una rivista del tutto marginale nel settore della climatologia, senza neppure un impact factor), analizza la correlazione tra differenza di temperatura (ΔT) e differenza di concentrazione di CO2 atmosferica (CO2) nel corso degli ultimi 60 anni. La correlazione risulta evidente tra ΔT e CO2 di sei mesi dopo, mentre risulta nulla tra ΔT e CO2 di sei mesi prima (figura sotto). Da queste correlazioni gli autori concludono che non sia la variazione dei livelli di CO2 a influenzare le temperature, come affermato da un secolo di scienza del clima e dall’IPCC, ma l’esatto opposto.

Grafico da Koutsoyiannis et al. 2023

Da Koutsoyiannis et al. 2023

 

Gli autori proseguono affermando, tra le altre cose, che: (i) la sequenza da loro suggerita (prima aumenta la temperatura e poi la concentrazione atmosferica di CO2) è cosa ben nota nella storia geologica del pianeta; (ii) attualmente le emissioni dovute alle attività umane rappresentano solo il 4% del totale: le emissioni naturali sono dominanti, e il loro aumento – a causa dell’aumento della temperatura – è più di tre volte superiore a quelle legate alle attività umane.

 

Lo studio ha avuto una certa eco in ambiti apertamente negazionisti sul cambiamento climatico; le conclusioni di un articolo pubblicato sul blog del giornalista Nicola Porro sono arrivate a sostenere che “questo articolo mette una pietra tombale sulla teoria del riscaldamento globale di origine antropica”.

Comprendendo che la correlazione osservata possa suscitare dubbi tra i non addetti ai lavori, questo post illustra brevemente come le conclusioni dello studio di Koutsoyiannis et al. rappresentino un clamoroso abbaglio.

 

Partiamo da cosa dicono gli scienziati che si occupano del ciclo del carbonio, i cui dati sono utilizzati nei rapporti dell’IPCC. Secondo il Global Carbon Project, che annualmente pubblica il Global Carbon Budget, le emissioni di CO2 di origine antropica hanno raggiunto 40 miliardi di tonnellate l’anno (media nell’ultimo decennio), prevalentemente originate dai combustibili fossili (88%) ed in parte dall’uso del suolo e dalla deforestazione (12%) (figura seguente). Solo circa il 45% di queste emissioni rimane in atmosfera. La restante parte viene assorbita dagli ecosistemi terrestri (circa 30%) e dagli oceani (circa 25%).

Numeri approssimati da Global Carbon Project

Numeri approssimati da Global Carbon Project

 

Negli ultimi 60 anni le emissioni da combustibili fossili sono aumentate rapidamente, con un rallentamento negli ultimi 10 anni (figura seguente), mentre le emissioni da deforestazione sono leggermente diminuite. Gli assorbimenti netti di CO2 da parte degli oceani e degli ecosistemi terrestri sono aumentati proporzionalmente alle emissioni dalle attività umane, lasciando la frazione di tali emissioni che rimane in atmosfera (airborne fraction) relativamente costante nel tempo (circa 45%). È importante notare la grande variabilità interannuale degli assorbimenti netti di CO2 da parte degli ecosistemi terrestri, che causa una corrispondente forte variabilità di accumulo di CO2 nell’atmosfera.

Fonte: Global Carbon Project

Fonte: Global Carbon Project

 

Quanto siamo certi di queste stime? Alcune cose le sappiamo molto bene, altre meno. Ad esempio, è elevata la precisione delle stime delle emissioni da combustibili fossili (incertezza del 5%) e dell’accumulo di CO2 in atmosfera (incertezza del 2%). Tuttavia, siamo ancora un po’ incerti sugli assorbimenti netti di CO2 (incertezza del 14% per gli oceani e del 24% per gli ecosistemi terrestri) e soprattutto delle emissioni dall’uso del suolo e deforestazione (incertezza del 54%).

 

Torniamo ora a quanto affermato nello studio di Koutsoyiannis.

È vero che nella storia climatica del pianeta prima aumenta la temperatura e poi la concentrazione atmosferica di CO2? In alcuni casi sì, come ben noto a tutti i climatologi e spiegato qui: i cambiamenti dei cicli glaciali negli ultimi 800.000 anni sono stati avviati da cambiamenti nell’orbita terrestre e poi amplificati dal feedback temperatura-CO2, mediati soprattutto dagli oceani (più l’oceano è caldo, minore è la quantità di CO2 in esso disciolta, e viceversa; si veda ad esempio questo precedente post). In altri casi, invece, la sequenza è stata opposta, con la CO2 di origine vulcanica che ha provocato l’innalzamento delle temperature. Attenzione però: che un fenomeno sia stato osservato in passato, e che possa essere tuttora parzialmente in atto, non dice nulla sul fatto che tale fenomeno rappresenti la spiegazione prevalente di ciò che osserviamo oggi, in particolare l’aumento di CO2 atmosferica. Conclusioni come ‘il clima è sempre cambiato per cause naturali, quindi anche oggi l’uomo non c’entra nulla’ rappresentano una fallacia logica estranea al metodo scientifico (vedi figura sotto).

da Skeptical Sciense

Modificato da Skeptical science

 

È vero che le emissioni umane di CO2 sono il 4% di quelle naturali? Si, più o meno questo è l’ordine di grandezza se si prendono i valori delle emissioni naturali lorde. In queste emissioni naturali lorde rientrano i flussi di respirazione delle piante e degli animali e lo scambio di CO2 tra oceani e atmosfera. Quello che Koutsoyiannis non chiarisce è che queste emissioni naturali lorde sono più che compensate dagli assorbimenti naturali lordi (vedi figura sotto), tra i quali la fotosintesi terrestre e marina e lo scambio di CO2 tra oceani e atmosfera. Quello che conta per l’accumulo di CO2 in atmosfera è il flusso netto, cioè la differenza tra emissioni e assorbimenti lordi.

da Skeptical Sciense

Modificato da Skeptical science

 

Spieghiamolo con un’analogia: immaginate una vasca da bagno con un continuo flusso di acqua in entrata e in uscita (ad esempio, 20 litri al minuto). In assenza di interferenze umane (emissioni da combustibili fossili), questi flussi (assorbimenti ed emissioni) si compensano a vicenda, ed il livello dell’acqua nella vasca (CO2 in atmosfera) rimane costante. Immaginate ora di aggiungere un flusso aggiuntivo in entrata (emissioni umane) piccolo rispetto a quello naturale (1 litro al minuto) e che a sua volta stimola un ulteriore piccolo flusso in uscita (0.5 litri al minuto di ulteriori assorbimenti naturali). Per quanto questi due flussi aggiuntivi siano modesti rispetto a quelli originari, nel tempo sono capaci di alterare significativamente l’equilibrio naturale: di conseguenza, il livello dell’acqua nella vasca cresce, minuto dopo minuto. Lo stesso avviene con le emissioni e la concentrazione di CO2 nell’atmosfera, anno dopo anno.

da Skeptical

Modificato da Skeptical science

 

È possibile quello che sostiene Koutsoyiannis, che l’aumento delle emissioni naturali causate dall’aumento della temperatura sia più di tre volte superiore alle emissioni umane?

Verificarlo non è difficile, utilizzando i dati ben noti sul ciclo del carbonio. E qui casca l’asino. Se fosse vera la tesi di Koutsoyiannis, ne discenderebbe che: (i) l’aumento di CO2 nell’atmosfera sarebbe tre volte superiore a quello delle emissioni umane e (ii) i processi naturali sarebbero una fonte netta di emissioni di CO2. È facile verificare come entrambe le conseguenze non si stanno affatto verificando: l’aumento di CO2 nell’atmosfera è la metà delle emissioni umane (non tre volte tanto) e di conseguenza i processi naturali non possono che essere una fonte netta di assorbimenti di CO2 (non di emissioni).

Un’altra verifica si può fare analizzando gli isotopi del carbonio: il calo del rapporto 13C/12C dall’inizio dell’epoca industriale indica che la CO2 in eccesso proviene da carbonio fossile, non da fonti biogeniche, come ben illustrato nella figura sotto.

Da Rubino et al. 2013

 

Ulteriori conferme sul ruolo dei combustibili fossili si possono trarre dall’acidificazione degli oceani e dalle tendenze dei livelli di O2, come spiegato qui. Insomma, proprio non ci sono dubbi che Koutsoyiannis ha preso un clamoroso abbaglio.

 

Ma allora, come vanno interpretate le correlazioni tra aumento di temperatura e aumento, in ritardo rispetto al primo, della concentrazione atmosferica di CO2 trovate nello studio?

Semplicemente, le anomalie interannuali della CO2 atmosferica sono controllate dalla variabilità climatica, mediata ad esempio da El Niño, il riscaldamento ciclico del Pacifico equatoriale che influenza il clima in tutto il mondo, con impatti sulla produttività degli ecosistemi terrestri e sulla frequenza degli incendi. Questo influenza la quantità netta di CO2 che viene assorbita dagli ecosistemi terrestri in un certo anno, e quindi la quantità di CO2 che rimane in atmosfera. È una novità?  Beh, proprio no: l’IPCC l’ha scritto circa 23 anni fa (IPCC TAR WG1 capitolo3, figure 3.3, 2001, riprodotta sotto), ed altri studi successivi hanno approfondito la questione (ad esempio, qui e qui).

Da IPCC TAR, WG1, capitolo 3

 

Osservazioni analoghe sono incluse in questo studio, in risposta a precedenti lavori di Koutsoyiannis, dove si fa notare come la correlazione tra CO2 e temperatura dipende fortemente dalla scala temporale utilizzata. Se è noto che le fluttuazioni della CO2 atmosferica su un orizzonte temporale di un paio di anni sono causate da variazioni di temperatura, nel medio periodo è la CO2 che può guidare la correlazione (come nelle ultime decine di anni, a causa dei combustibili fossili), mentre nel lungo periodo altri fattori possono determinare le variazioni di temperatura (ad esempio variazioni orbitali per le glaciazioni) e la CO2 rappresentarne semplicemente un feedback positivo.

In conclusione, i dati sono molto chiari: è l’uso dei combustibili fossili ad aver causato l’aumento della CO2 atmosferica negli ultimi decenni, raggiungendo livelli mai visti in almeno 800.000 anni. I sistemi naturali rappresentano un assorbimento netto di CO2: rallentando l’aumento di CO2 in atmosfera, non possono esserne la causa. La variabilità interannuale di tale assorbimento netto è influenzata dalla temperatura, che di conseguenza influenza indirettamente anche la variabilità interannuale di accumulo di CO2 nell’atmosfera.

Immaginate di agire con il piede destro sull’acceleratore (emissioni di CO2 dai combustibili fossili) e con quello sinistro sul freno (assorbimento di CO2 dai sistemi naturali). L’acceleratore è costantemente premuto mentre la pressione sul freno oscilla. È evidente che l’oscillazione sul freno influenza la velocità (accumulo di CO2 in atmosfera), ma sarebbe sbagliato concludere che sia il piede sinistro la causa della velocità. Eppure, è quello che fa lo studio di Koutsoyiannis et al., confondendo il freno con l’acceleratore.

La statistica è uno strumento essenziale in gran parte dei lavori scientifici. Occasionalmente, può diventare uno strumento fine a sé stesso, usato per trarre conclusioni incompatibili con la realtà che conosciamo al di là di ogni ragionevole dubbio. Essere esperti di una disciplina (ad esempio, la statistica) non autorizza a trarre conclusioni importanti in ambiti nei quali si è a digiuno di competenze. Infrangere questa semplice regola può portare a scivoloni scientificamente imbarazzanti, prendendo fischi per fiaschi.

 

Testo di Giacomo Grassi, con contributi di Stefano Caserini, Giorgio Vacchiano, Gianni Comoretto, Claudio della Volpe e Mario Grosso

13 responses so far

13 Responses to “Prima l’uovo o la gallina? Come prendere fischi per fiaschi nella correlazione tra CO2 e temperatura”

  1. Antonioon Apr 26th 2024 at 14:28

    Divertente… certo che figura da peracottaio questo Koutsoyiannis

  2. […] Prima l’uovo o la gallina? Come prendere fischi per fiaschi nella correlazione tra CO2 e temperatu… […]

  3. stefano carnevalion Apr 29th 2024 at 19:13

    lo studio è molto bellino, da far leggere ai licei..e sono sicuro che già in seconda molti ragazzi riuscirebbo a scovare l’inghippo..
    Credo che meriti però una menzione, seguita però da una levata di scudi, la trasmissione di ieri ‘diritto e rovescio’ dove il rovescio credo si riferisse alla visione della realtà e della fisica atmosferica.
    Sono state dette una serie di mostruosità che, in confronto, vedere Alien da soli in una sala cinematografica a metà anni ’70 sarebbe stato uno scherzo.
    Si è passati dall’inutilità della comunicazione ONU sui cambiamenti climatici, alla solita ‘ricerca’ dell’heartland institute, all’inesistenza della siccità dell’anno scorso (Scafetta), alle temperature fredde di aprile in Milano che ci sono sempre state (Scafetta in realtà elencando i dati non confuta la sua stessa tesi..ma qui si parla di meteo più che di clima..)..al ‘clima che è sempre cambiato’, fino ad arrivare alle ‘colpe’ dei verdi (addidirttura dei morti delle alluvioni), giungendo all’apoteosi quando si è paragonato il silicio a materiale radioattivo (uranio).
    Il dibattito, ormai sporadico per via di questioni legate agli ultimi tragici eventi mondiali, si è fatto totalmente sconclusionato con l’apporto di tesi al grande pubblico che lasciano semplicemente sconcertati.
    Un caro saluto.

  4. stefano carnevalion Apr 30th 2024 at 07:35

    chiedo scusa..in studio era presente Battaglia e non Scafetta..

  5. Stefano Caserinion Apr 30th 2024 at 22:30

    @Stefano Carnevali

    pazzesco.. vivono una loro realtò parallela.. ma fanno danni nel nostro mondo

  6. Alessandro Saragosaon Mag 2nd 2024 at 09:32

    Beh, l’audience di Diritto e Rovescio fa ben sperare…

    Rete 4: Dritto e Rovescio, il programma di approfondimento giornalistico dedicato principalmente a temi di attualità e politica condotto da Paolo Del Debbio ha registrato 0.000.000 spettatori con il 0.00% di share.

    Peccato che il dato sia dovuto allo sciopero dei dipendenti Auditel, minacciati di sostituzione da una AI…

  7. Alessandro Saragosaon Mag 2nd 2024 at 10:26

    Ho scritto a Koutsoyiannis, segnalando il vostro articolo e chiedendogli se voleva commentare. Questa è la sua risposta.

    Dear Alex,

    Thanks for letting me know. I do not see any argument (e.g. refuting the graph from the paper, which this post reproduces). It’s just hand waving.

    If you want to see an extended critique of my paper in Judith Curry’s blog (about 1000 contributions), including my replies (a total of 177), see the book-size document that I produced, Causality, Climate, Etc.

    As per the graph with the δ13C evolution, see my latest paper “Met isotopic signature …”, last link below my signature.

    Kind regards,

    Demetris

    Demetris Koutsoyiannis
    National Technical University of Athens

  8. paolo zamparuttion Mag 2nd 2024 at 11:40

    ma questa cosa non è nota già da tempo? mi ricordo se ne parlasse e fosse noto il motivo già 20 anni fa

  9. Alessandro Saragosaon Mag 2nd 2024 at 20:48

    Parlare oggi di accelerazione del cambiamento climatico, è il rovescio della medaglia del parlare di pausa 20 anni fai, dice Mann: i dati erano insufficienti allora per arrivare a quella conclusione, come sono insufficienti oggi.

    https://www.newscientist.com/article/2429315-is-climate-change-accelerating-after-a-record-year-of-heat/

  10. Giacomo Grassion Mag 3rd 2024 at 11:49

    @Alessandro
    Che Koutsoyiannis dica “I do not see any argument” peggiora la situazione per lui, e di molto. O, più semplicemente, non sa cosa rispondere.

    Ho letto (gran parte) dei commenti nel blog di Curry. Alcuni (pochi) vanno nella direzione del nostro post, ma la maggior parte (incluse tutte le risposte di Koutsoyiannis) si perdono in dettagli statistici irrilevanti.
    Il paper di Koutsoyiannis è incompatibile con il principio di conservazione della massa del carbonio, sulla base di flussi arci-noti (il fatto che solo una parte delle emissioni fossili rimane in atmosfera indica che i sistemi naturali sono un sink, cioè un freno, non un acceleratore – lo capirebbe anche un bambino).

    Basta questo per decretare il game over.
    Lascio ad altri rispondere sugli isotopi

    Di fatto, Koutsoyiannis sembra reinventare un realtà che vale solo per lui, gioca con la statistica ed ignora quello che è accettato da tutti gli altri sulla base di dati inconfutabili.

    Il suo caso, temo, ha più a che fare con la psicologia che con la scienza del clima.

  11. Stefano Caserinion Mag 3rd 2024 at 13:20

    Giacomo
    @ Il suo caso, temo, ha più a che fare con la psicologia che con la scienza del clima.

    Questo penso valga per molti negazionisti climatici. Per altri è una forte componente ideologica che porta a negare o deformare la realtà e 40 anni di scienza del clima. Poi sappiamo che i confini fra pscologia e ideologia sono labili.

  12. Gianni Comorettoon Mag 4th 2024 at 14:11

    L’analisi di Koutsoyiannis è corretta, ma evidenzia solo una cosa che sappiamo già: esiste un feedback tra temperatura e concentrazione di CO2. Se aumento la temperatura, la CO2 viene assorbita con più difficoltà.
    Detto questo, occorre guardare A COSA è sensibile l’analisi fatta. Di fatto, solo a variazioni molto rapide, quelle che NON sono dovute all’accumulo di CO2 in atmosfera. L’analisi è completamente sorda a qualsiasi variazione che avvenga su scala secolare (come appunto l’AGW). Ed è perfettamente plausibile che, sovrapposta alla grossa variazione del carbonio antropogenico, e alla ciclicità annuale, ci sia una variazione di CO2 dovuta alle variazioni di temperatura per le mille altre cause non antropogeniche.
    Per analizzare le variazioni secolari non c’è altra strada che, come dice questo post, misurare gli stock di carbonio presenti. Non possiamo misurare i flussi annuali e basta, cioè, basterebbe anche ma poi ti salta fuori uno come Koutsoyiannis che ti dice che piccoli errori non valutati ribaltano il risultato. Se si guarda invece a quanto CO2 è presente nella biomassa, negli oceani, quanto ne abbiamo immesso noi con i fossili, non ci sono dubbi a riguardo.

  13. […] Comoretto, Claudio della Volpe, and Mario Grosso – appeared in the Italian climate website Climalteranti. The version here has been checked and further enriched by Pierre Friedlingstein (Global Carbon […]

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