10 casi di fluttuazioni antropiche nel clima terrestre

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Per molto tempo, il clima della Terra ha oscillato per dieci ragioni diverse, tra cui oscillazioni orbitali, spostamenti tettonici, cambiamenti evolutivi e altri fattori. Hanno immerso il pianeta nelle ere glaciali o nel caldo tropicale. Come si relazionano al cambiamento climatico antropogenico contemporaneo?

Storicamente, la Terra è riuscita ad essere una palla di neve e una serra. E se il clima è cambiato prima della comparsa dell'uomo, allora come facciamo a sapere che siamo noi la colpa del forte riscaldamento che osserviamo oggi?

In parte perché possiamo tracciare una chiara relazione causale tra le emissioni antropiche di anidride carbonica e un aumento di 1,28 gradi Celsius della temperatura globale (che, per inciso, continua) durante l'era preindustriale. Le molecole di anidride carbonica assorbono la radiazione infrarossa, quindi all'aumentare della loro quantità nell'atmosfera, trattengono più calore, che evapora dalla superficie del pianeta.

Allo stesso tempo, i paleoclimatologi hanno fatto grandi passi avanti nella comprensione dei processi che hanno portato al cambiamento climatico in passato. Ecco dieci casi di cambiamento climatico naturale - rispetto alla situazione attuale.

Cicli solari

Scala:raffreddamento di 0, 1-0, 3 gradi Celsius

Tempi:cadute periodiche dell'attività solare che durano da 30 a 160 anni, separate da diversi secoli

Ogni 11 anni, il campo magnetico solare cambia e con esso arrivano cicli di 11 anni di schiarimento e oscuramento. Ma queste fluttuazioni sono piccole e influenzano il clima terrestre solo in modo insignificante.

Molto più importanti sono i "grandi minimi solari", periodi di dieci anni di ridotta attività solare che si sono verificati 25 volte negli ultimi 11.000 anni. Un esempio recente, il minimo di Maunder, si è verificato tra il 1645 e il 1715 e ha causato un calo dell'energia solare dello 0,04% -0,08% al di sotto della media attuale. Per molto tempo, gli scienziati hanno creduto che il minimo di Maunder potesse causare la "Piccola era glaciale", un'ondata di freddo che durò dal XV al XIX secolo. Ma da allora è emerso che è stato troppo breve ed è successo nel momento sbagliato. L'ondata di freddo è stata molto probabilmente causata dall'attività vulcanica.

Nell'ultimo mezzo secolo, il Sole si è leggermente oscurato e la Terra si sta riscaldando ed è impossibile associare il riscaldamento globale a un corpo celeste.

Zolfo vulcanico

Scala:raffreddamento di 0, 6 - 2 gradi Celsius

Tempi:da 1 a 20 anni

Nel 539 o 540 d. C. e. c'è stata un'eruzione così potente del vulcano Ilopango in El Salvador che il suo pennacchio ha raggiunto la stratosfera. Successivamente, estati fredde, siccità, carestie e pestilenze devastarono gli insediamenti in tutto il mondo.

Le eruzioni sulla scala di Ilopango lanciano nella stratosfera goccioline riflettenti di acido solforico, che schermano la luce solare e raffreddano il clima. Di conseguenza, si accumula ghiaccio marino, più luce solare viene riflessa nello spazio e il raffreddamento globale è intensificato e prolungato.

Dopo l'eruzione di Ilopango, la temperatura globale è scesa di 2 gradi in 20 anni. Già nella nostra era, l'eruzione del Monte Pinatubo nelle Filippine nel 1991 ha raffreddato il clima globale di 0,6 gradi per un periodo di 15 mesi.

Lo zolfo vulcanico nella stratosfera può essere devastante, ma sulla scala della storia della Terra, il suo effetto è minimo e anche transitorio.

Fluttuazioni climatiche a breve termine

Scala:fino a 0, 15 gradi Celsius

Tempi: da 2 a 7 anni

Oltre alle condizioni meteorologiche stagionali, ci sono altri cicli a breve termine che influenzano anche le precipitazioni e la temperatura. Il più significativo di questi, El Niño o Oscillazione del Sud, è un cambiamento periodico della circolazione nell'Oceano Pacifico tropicale per un periodo da due a sette anni che colpisce le precipitazioni nel Nord America. L'oscillazione del Nord Atlantico e il dipolo dell'Oceano Indiano hanno un forte impatto regionale. Entrambi interagiscono con El Niño.

L'interrelazione di questi cicli ha a lungo ostacolato la capacità di dimostrare che il cambiamento antropogenico è statisticamente significativo e non solo un altro salto nella variabilità naturale. Ma da allora, il cambiamento climatico antropogenico è andato ben oltre la variabilità meteorologica naturale e le temperature stagionali. La valutazione nazionale del clima degli Stati Uniti del 2017 ha concluso che "non ci sono prove conclusive dai dati osservativi che potrebbero spiegare il cambiamento climatico osservato dai cicli naturali".

Vibrazioni orbitali

Scala: circa 6 gradi Celsius nell'ultimo ciclo di 100.000 anni; varia con il tempo geologico

Tempi: cicli regolari e sovrapposti di 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 e 2.400.000 anni

L'orbita della Terra fluttua quando il Sole, la Luna e gli altri pianeti cambiano le loro posizioni relative. A causa di queste fluttuazioni cicliche, i cosiddetti cicli di Milankovitch, la quantità di luce solare fluttua alle medie latitudini del 25% e i cambiamenti climatici. Questi cicli hanno operato nel corso della storia, creando strati alternati di sedimenti che si possono osservare nelle rocce e negli scavi.

Durante il Pleistocene, che terminò circa 11.700 anni fa, i cicli di Milankovitch mandarono il pianeta in una delle sue ere glaciali. Quando lo spostamento dell'orbita terrestre ha reso le estati settentrionali più calde della media, enormi calotte glaciali in Nord America, Europa e Asia si sono sciolte; quando l'orbita si è spostata di nuovo e le estati sono diventate di nuovo più fredde, questi scudi sono ricresciuti. Man mano che l'oceano caldo dissolve meno anidride carbonica, il contenuto atmosferico aumenta e diminuisce all'unisono con le oscillazioni orbitali, amplificandone l'effetto.

Oggi la Terra si sta avvicinando a un altro minimo di luce solare settentrionale, quindi senza emissioni antropiche di anidride carbonica, entreremmo in una nuova era glaciale nei prossimi 1.500 anni circa.

debole giovane sole

Scala: nessun effetto della temperatura totale

Tempi: permanente

Nonostante le fluttuazioni a breve termine, la luminosità del sole nel suo insieme aumenta dello 0,009% per milione di anni e, dalla nascita del sistema solare, 4,5 miliardi di anni fa, è aumentata del 48%.

Gli scienziati ritengono che dalla debolezza del giovane sole dovrebbe derivare che la Terra è rimasta congelata per l'intera prima metà della sua esistenza. Allo stesso tempo, paradossalmente, i geologi hanno scoperto rocce di 3,4 miliardi di anni, formatesi nell'acqua con le onde. Il clima inaspettatamente caldo della Terra primordiale sembra essere dovuto a una combinazione di fattori: meno erosione del suolo, cieli più limpidi, giorni più brevi e una composizione speciale dell'atmosfera prima che la Terra diventasse un'atmosfera ricca di ossigeno.

Le condizioni favorevoli nella seconda metà dell'esistenza della Terra, nonostante l'aumento della luminosità del sole, non portano a un paradosso: il termostato meteorologico terrestre contrasta gli effetti della luce solare aggiuntiva, stabilizzando la Terra.

Termostato per anidride carbonica e agenti atmosferici

Scala: contrasta altri cambiamenti

Tempi: 100.000 anni o più

Il principale regolatore del clima terrestre è stato a lungo il livello di anidride carbonica nell'atmosfera, poiché l'anidride carbonica è un gas serra persistente che blocca il calore, impedendogli di salire dalla superficie del pianeta.

I vulcani, le rocce metamorfiche e l'ossidazione del carbonio nei sedimenti erosi emettono anidride carbonica nel cielo e le reazioni chimiche con le rocce silicatiche rimuovono l'anidride carbonica dall'atmosfera, formando calcare. L'equilibrio tra questi processi funziona come un termostato, perché quando il clima si riscalda, le reazioni chimiche sono più efficaci nel rimuovere l'anidride carbonica, rallentando così il riscaldamento. Quando il clima si raffredda, l'efficienza delle reazioni, al contrario, diminuisce, facilitando il raffreddamento. Di conseguenza, per un lungo periodo di tempo, il clima della Terra è rimasto relativamente stabile, fornendo un ambiente abitabile. In particolare, i livelli medi di anidride carbonica sono diminuiti costantemente a causa della crescente luminosità del sole.

Tuttavia, occorrono centinaia di milioni di anni perché il termostato meteorologico reagisca all'ondata di anidride carbonica nell'atmosfera. Gli oceani della Terra assorbono e rimuovono il carbonio in eccesso più velocemente, ma anche questo processo richiede millenni e può essere fermato, con il rischio di acidificazione degli oceani. Ogni anno, la combustione di combustibili fossili emette circa 100 volte più anidride carbonica rispetto all'eruzione dei vulcani - gli oceani e gli agenti atmosferici falliscono - quindi il clima si riscalda e gli oceani si acidificano.

Spostamenti tettonici

Scala: circa 30 gradi Celsius negli ultimi 500 milioni di anni

Tempi: milioni di anni

Il movimento delle masse terrestri della crosta terrestre può spostare lentamente il termostato degli agenti atmosferici in una nuova posizione.

Negli ultimi 50 milioni di anni, il pianeta si è raffreddato, le collisioni di placche tettoniche hanno spinto rocce chimicamente reattive come il basalto e la cenere vulcanica nei tropici caldi e umidi, aumentando il tasso di reazioni che attirano l'anidride carbonica dal cielo. Inoltre, negli ultimi 20 milioni di anni, con l'ascesa dell'Himalaya, delle Ande, delle Alpi e di altre montagne, il tasso di erosione è più che raddoppiato, portando ad un'accelerazione degli agenti atmosferici. Un altro fattore che ha accelerato la tendenza al raffreddamento è stata la separazione del Sud America e della Tasmania dall'Antartide 35,7 milioni di anni fa. Una nuova corrente oceanica si è formata intorno all'Antartide e ha intensificato la circolazione di acqua e plancton, che consuma anidride carbonica. Di conseguenza, le calotte glaciali dell'Antartide sono cresciute in modo significativo.

In precedenza, durante i periodi Giurassico e Cretaceo, i dinosauri vagavano per l'Antartide, perché senza queste catene montuose, l'aumento dell'attività vulcanica manteneva l'anidride carbonica a livelli di circa 1.000 parti per milione (rispetto alle 415 odierne). La temperatura media in questo mondo senza ghiaccio era di 5-9 gradi Celsius più alta di quella attuale e il livello del mare era di 75 metri più alto.

Cascate dell'asteroide (Chikshulub)

Scala: prima raffreddando di circa 20 gradi Celsius, quindi riscaldando di 5 gradi Celsius

Tempi: secoli di raffreddamento, 100.000 anni di riscaldamento

Il database degli impatti di asteroidi sulla Terra contiene 190 crateri. Nessuno di loro ha avuto un effetto notevole sul clima terrestre, ad eccezione dell'asteroide Chikshulub, che ha distrutto parte del Messico e ucciso i dinosauri 66 milioni di anni fa. Le simulazioni al computer mostrano che Chikshulub ha gettato abbastanza polvere e zolfo nell'atmosfera superiore per eclissare la luce solare e raffreddare la Terra di oltre 20 gradi Celsius e acidificare gli oceani. Il pianeta ha impiegato secoli per tornare alla sua temperatura precedente, ma poi si è riscaldato di altri 5 gradi a causa dell'ingresso nell'atmosfera di anidride carbonica dal calcare messicano distrutto.

Il modo in cui l'attività vulcanica in India ha influenzato il cambiamento climatico e l'estinzione di massa rimane controverso.

Cambiamenti evolutivi

Scala: dipendente dagli eventi, raffreddamento di circa 5 gradi Celsius nel tardo periodo Ordoviciano (445 milioni di anni fa)

Tempi: milioni di anni

A volte l'evoluzione di nuove specie di vita ripristinerà il termostato terrestre. Ad esempio, i cianobatteri fotosintetici, sorti circa 3 miliardi di anni fa, hanno avviato il processo di terraformazione, rilasciando ossigeno. Mentre si diffondevano, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera stava aumentando 2,4 miliardi di anni fa, mentre i livelli di metano e anidride carbonica diminuivano drasticamente. Nel corso di 200 milioni di anni, la Terra si è trasformata più volte in una "palla di neve". 717 milioni di anni fa, l'evoluzione della vita oceanica, più grande dei microbi, ha innescato un'altra serie di palle di neve, in questo caso, quando gli organismi hanno iniziato a rilasciare detriti nelle profondità oceaniche, prelevando carbonio dall'atmosfera e nascondendolo in profondità.

Quando le prime piante terrestri apparvero circa 230 milioni di anni dopo, nel periodo Ordoviciano, iniziarono a formare la biosfera terrestre, seppellendo il carbonio nei continenti ed estraendo sostanze nutritive dalla terra: si riversarono negli oceani e stimolarono anche la vita lì. Questi cambiamenti sembrano aver portato all'era glaciale, iniziata circa 445 milioni di anni fa. Successivamente, nel periodo Devoniano, l'evoluzione degli alberi, insieme alla costruzione delle montagne, ridusse ulteriormente i livelli di anidride carbonica e le temperature, e iniziò l'era glaciale paleozoica.

Grandi province ignee

Scala: riscaldamento da 3 a 9 gradi Celsius

Tempi: centinaia di migliaia di anni

Le inondazioni continentali di lava e magma sotterraneo - le cosiddette grandi province ignee - hanno provocato più di un'estinzione di massa. Questi terribili eventi hanno scatenato un arsenale di assassini sulla Terra (tra cui pioggia acida, nebbia acida, avvelenamento da mercurio e riduzione dell'ozono) e hanno anche portato a un riscaldamento del pianeta, rilasciando enormi quantità di metano e anidride carbonica nell'atmosfera - più velocemente di quanto potrebbe gestire gli agenti atmosferici del termostato.

Durante la catastrofe di Perm di 252 milioni di anni fa, che distrusse l'81% delle specie marine, il magma sotterraneo diede fuoco al carbone siberiano, fece aumentare il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera a 8.000 parti per milione e scaldò la temperatura di 5-9 gradi Celsius. Il massimo termico del Paleocene-Eocene, un evento più piccolo 56 milioni di anni fa, ha creato metano dai giacimenti petroliferi nel Nord Atlantico e lo ha inviato verso il cielo, riscaldando il pianeta di 5 gradi Celsius e acidificando l'oceano. Successivamente, le palme sono cresciute sulle coste artiche e gli alligatori si sono crogiolati. Emissioni simili di carbonio fossile si sono verificate nel tardo Triassico e all'inizio del Giurassico e si sono concluse con il riscaldamento globale, le zone morte dell'oceano e l'acidificazione degli oceani.

Se qualcosa di tutto questo ti suona familiare, è perché le attività antropogeniche oggi hanno conseguenze simili.

Come un gruppo di ricercatori sull'estinzione del Triassico-Giurassico ha osservato ad aprile sulla rivista Nature Communications: "Stimiamo che la quantità di anidride carbonica emessa nell'atmosfera da ogni impulso di magma alla fine del Triassico sia paragonabile alla previsione delle emissioni antropiche per il 21 ° secolo."