1. Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti
Ottobre 2006
Il clima in un bicchiere d’acqua:
analogia idraulica
Il clima del passato
Strumenti di misura (1902-1999)
Ricostruzione (1000-1980)
Ricostruzione mediata su 40 anni Misurata dagli strumenti nel 1998
Anomalia di temperatura (ºC) rispetto
alla media del periodo 1961-1990.
Anni
Il grafico nella figura rappresenta l’andamento della “deviazione”, o “anomalia”, di
temperatura della Terra nell’emisfero boreale negli ultimi 1000 anni. Rappresenta
cioè la differenza fra la temperatura superficiale media (con la parola “media”
intendiamo mediata sulla superficie terrestre e sull’intero anno solare) e la
temperatura media del trentennio 1961-1990, perciò la "deviazione" varia in
prossimità dello zero.
Poiché non esistono misure globali di temperatura antecedenti all’anno 1900, per gli
anni precedenti la temperatura dei vari luoghi è stata ricostruita attraverso misure
indirette (la linea blu), ovvero attraverso indicatori sensibili alle variazioni di
temperatura quali l’accrescimento degli anelli degli alberi (più è freddo più gli alberi
crescono adagio e gli anelli sono distanziati), l’utilizzo di carote di ghiaccio (la
minore o maggiore presenza di alcuni elementi chimici nel ghiaccio accumulato in
passato ci dice se in un certo periodo era più freddo o più caldo), la lettura di
documenti storici (libri, diari, bollettini, lettere e perfino quadri..). Queste misure
indirette sono state “calibrate” utilizzando le misure “vere” (la linea rossa che si
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sovrappone alla blu fino al 1980 e poi continua fino al 1998), cioè quelle eseguite
con termometri sparsi in tutto il mondo, fra il 1902 e il 1980. La curva nera
rappresenta una media temporale su 40 anni, serve per filtrare tutte le brusche
variazioni annuali (che non sono quelle che ci interessano in un grafico su un periodo
così lungo). Infatti, come potete notare, la linea nera ha meno “spigoli” di quella blu.
La banda grigia intorno alle curve, rappresenta invece l’incertezza di queste misure.
Notate che questa banda diventa più larga man mano che si procede indietro nel
tempo: più si va indietro nel tempo più è difficile calibrare le misure indirette.
Guardando questo grafico sicuramente noterete che per un periodo molto lungo di
tempo (circa 900/950 anni) la temperatura media del nostro emisfero è stata piuttosto
stabile. Certo vi sono state delle oscillazioni, alcuni periodi, lunghi alcune decine di
anni, sono stati più freddi, altri più caldi, ma nel complesso l’andamento appare
piuttosto stazionario.
Che cosa influenza il clima terrestre?
Vi siete chiesti come mai la temperatura media dell’atmosfera è stata così stabile per
un periodo così lungo di tempo senza aumentare o diminuire più di tanto (notate che
le oscillazioni delle curve in figura sono più piccole di mezzo grado)? Da cosa è
determinata, in prima approssimazione, la temperatura media terrestre e quindi il
clima?
Il clima terrestre è determinato dalla differenza fra la quantità di energia che la terra
riceve dal Sole e la quantità di energia che la Terra lascia partire verso lo spazio. Per
cui se la radiazione solare che raggiunge il nostro pianeta rimane più o meno
costante, anche la sua temperatura lo sarà, salvo piccole oscillazioni. La radiazione
solare è stata effettivamente piuttosto costante nell’ultimo millennio, questo spiega in
prima approssimazione perché la temperatura terrestre sia rimasta stabile per così
tanto tempo…
Ma cosa è successo poi? (Guardate la linea rossa nella figura, la temperatura non
sembra più così costante nell’ultimo periodo)
A partire dalla Rivoluzione Industriale (1850 circa) gli uomini hanno cominciato a
immettere nell’atmosfera notevoli quantità di anidride carbonica (che si produce
come effetto di tutti i processi di combustione) che come sappiamo è un gas “serra”,
cioè un gas capace di intrappolare la radiazione infrarossa emessa dalla terra e quindi
di scaldare il pianeta. Nel giro di 150 anni la quantità di questo gas in atmosfera è
aumentata del 30% rispetto ai livelli preindustriali e continua ad aumentare. Per cui, a
parità di radiazione solare incidente, l’aumento di temperatura che si osserva può
essere causato da un aumento di quantità di energia “intrappolata”.
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Che cosa serve per l’esperimento
• 1 serbatoio con un rubinetto di scarico
• 1 striscia di carta adesiva graduata
• 1 rubinetto di carico
• 1 tubo di scarico
Come si procede?
• Chiudere il rubinetto di scarico del serbatoio
• Riempire il serbatoio fino al livello 0 (equilibrio iniziale statico).
• Aprire i due rubinetti di scarico e carico e cercare di raggiungere un nuovo
equilibrio, che non sarà necessariamente al livello 0 di partenza (equilibrio
dinamico).
• Cercare di trovare altri equilibri dinamici regolando i rubinetti di carico e
scarico adeguatamente. Per esempio: 1) lasciando invariata l’apertura dello
scarico cercare di far variare il livello aprendo e chiudendo il rubinetto di
carico; 2) lasciando invariato il flusso dal rubinetto di carico cercare di far
variare il livello aprendo e chiudendo il rubinetto di scarico;
• Riportare le misure dei livelli così raggiunti su di una tabella (o grafico)
• Che cosa si osserva?
Che cosa si osserva?
Dopo aver aperto i due rubinetti (quello di carico e quello di scarico) e averli regolati
in maniera opportuna raggiungiamo un livello di equilibrio nel serbatoio (equilibrio
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dinamico) che rimane stabile. Se vogliamo raggiungere un altro livello di equilibrio
(per esempio più alto) possiamo agire in due modi: o aumentando il flusso di acqua
dal rubinetto di carico, oppure chiudendo un po’ il rubinetto di scarico. Dobbiamo
agire in maniera opposta se desideriamo raggiungere l’equilibrio a un livello più
basso.
Ma cosa c'entra tutto questo col clima?
Spiegazione
L’energia irradiata dal Sole è rappresentata dall’acqua che proviene dal rubinetto di
carico. L’energia riemessa nello spazio dalla Terra è rappresentata dall’acqua che
esce dal rubinetto di scarico.
Col rubinetto di carico possiamo cambiare il “Sole”, con quello di scarico possiamo
cambiare “l’atmosfera" (ovvero aumentare o diminuire la quantità di gas che
intrappolano la radiazione). La temperatura di equilibrio della Terra è rappresentata
dall’altezza dell’acqua nel serbatoio: tanto più calda è la terra (tanto più alto è il
livello dell’acqua nel serbatoio) tanta più energia verrà ceduta dalla terra allo spazio
(tanta più acqua scenderà dal rubinetto di scarico). Se teniamo fisso il rubinetto di
scarico (ovvero se non cambiamo l’atmosfera), per cambiare il livello dell’acqua
(ovvero per cambiare la temperatura di equilibrio) dobbiamo regolare diversamente il
rubinetto di carico (il Sole). Se teniamo fisso il rubinetto di carico (il Sole), dovremo
invece variare quello di scarico (l’atmosfera) per cambiare il livello dell’acqua (la
temperatura).
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