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Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CAMBIAMENTI CLIMATICI
Cause Naturali e Antropogeniche
Sergio Ligasacchi
Un ringraziamento particolare a Bernardino Billi , Mario Cioni e Giancosimo Grazzini
per il prezioso supporto fornito nella preparazione del documento.
Pisa, 7 Febbraio 2018 1
Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Introduzione
• Il biossido di carbonio (CO2) è un potente gas serra, responsabile
dell’intrappolamento della radiazione ad onda lunga (infrarossa) e che
assicura l’abitabilità della Terra. Variazioni nella sua concentrazione sono
considerate importanti per controllare l’evoluzione del clima del nostro
pianeta su scala geologica (da centinaia di migliaia a milioni di anni).
• Tuttavia l’evoluzione del clima non è solo forzata dalla concentrazione di
CO2. Lo stesso fanno i movimenti tettonici che modificano la posizione dei
continenti, le variazioni nella vegetazione e nell’estensione dei ghiacci
modificando l’albedo (riflettività) della Terra, la luminosità del Sole che
nella sua evoluzione stellare continua ad aumentare col passare del
tempo.
• Ultimamente un’altra potente forza si è sommata a quelle naturali:
l’uomo, che ha imparato ad usare le energie fossili, ha modificato
sensibilmente la concentrazione di CO2 nell’aria andando a modificare il
Clima.
Pisa, 7 Febbraio 2018 2
Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (1)
Fonte: CO2-forced climate thresholds during the Phanerozoic, Dana L. Royer, ScienceDirect 2005
• La corrispondenza fra la concentrazione di CO2 e le temperature superficiali
mediate globali nel recente passato suggerisce che questo accoppiamento possa
essere molto antico.
• In questo lavoro del 2005, pubblicato su ScienceDirect, Dana L. Royer, del
Department of Earth and Environmental Sciences, Wesleyan University,
Middletown CT USA ha comparato 490 record pubblicati di proxy della CO2, che
vanno dall’Ordoviciano al Neogene con registrazioni di eventi freddi globali per
valutare la forza dell’accoppiamento CO2 -temperatura durante l’Eone Fanerozoico
(gli ultimi 542 milioni di anni).
• Riguardo alla temperatura, la misura più robusta della temperatura globale per
periodi anteriori al Pleistocene (2,28 Ma-11.700 anni fa) è la presenza o assenza di
grandi distese continentali di ghiaccio, perché è difficile concepire grandi volumi
di ghiacci che coesistano con temperature globalmente alte. Indicatori diretti di
glaciazione continentale comunemente preservate nelle rocce includono superfici
rocciose abrase, chattermark (piccole fratture rotonde sulle rocce), tilliti (rocce
depositate da un ghiacciaio), e proxy di temperatura bentonica (es. δ18O).
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Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (2)
Fonte: en.wikipedia.org/wiki/Proxy_(climate)
• Nello studio dei climi del passato i proxy del clima sono caratteristiche fisiche
conservate del passato che consentono agli scienziati di ricostruire le condizioni
climatiche su una frazione più lunga della storia della Terra.
• Esempi di proxy includono carote di ghiaccio, anelli degli alberi, pollini sub-fossili,
pozzi trivellati per temperature fossili, coralli, sedimenti lacustri e oceanici, foglie e
speleo temi di carbonati (stalattiti, stalagmiti ecc.). Il tipo di deposizione o il tasso
di crescita dei materiali depositati è stato influenzato dalle condizioni climatiche
nelle condizioni in cui si sono stabiliti o cresciuti.
• Tracce chimiche prodotte da cambiamenti climatici, come quantità di particolari
isotopi, possono essere recuperate dai proxy. Alcuni proxy, come le bolle di gas
intrappolate nel ghiaccio, consentono di recuperare e misurare direttamente le
tracce dell’antica atmosfera per fornire una storia di fluttuazioni nella
composizione dell’atmosfera terrestre.
• Per produrre i risultati più precisi, è necessaria una verifica incrociata sistematica
tra gli indicatori proxy per la precisione nelle letture e nella conservazione dei
registri.
Pisa, 7 Febbraio 2018 4
Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (3)
C – Cambriano da 542 Ma
O – Ordoviciano da 485 Ma
S – Siluriano da 444 Ma
D – Devoniano da 419 Ma
Carb – Carbonifero da 359 Ma
P – Permiano da 299 Ma
Tr –Triassico da 252 Ma
J – Giurassico da201 Ma
K – Cretaceo da 100 Ma
Pg – Paleogene da 64 Ma
Ng – Neogene da 23 Ma
_______________________
Stomata – Stomi delle foglie
Liverworts - Epatofite
Figura 1 - CO2 atmosferica nel corso del
Fanerozoico.
(A)- Distribuzione temporale dei record dei proxy
della CO2, espressi in blocchi di 10 Ma.
(B)- Record proxy della CO2 categorizzati per metodo.
Gli errori nelle stime della CO2 e dell’età sono fornite
quando disponibili.
Pisa, 7 Febbraio 2018 5
Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (4)
• Viene riportata la comparazione fra le più
affidabili predizioni del modello geochimico
GEOCARB III (Berner and Kothavala, 2001)
con una rappresentazione smorzata dei dati
proxy, trattati in modo da poterli comparare
alla stessa scala temporale di 10 milioni di
anni (Ma).
• I valori di CO2, soprattutto nella parte
sinistra del grafico, sono elevatissimi rispetto
ai nostri giorni. Va ricordato che a quei
tempi la luminosità del Sole era più debole
Figura 1 - CO2 atmosferica nel corso del
del 5% circa rispetto ad ora.
Fanerozoico. (D)- Comparazione con le • Il grafico successivo infatti mostra che il
migliori ipotesi di predizione di GEOCARB III
Forcing radiativo, dovuto all’effetto
(linea tratteggiata) con una rappresentazione
smorzata dei record di proxy (linea piena) combinato del Sole e della CO2, all’inizio del
regressione localmente pesata [LOESS]. Cambriano era analogo a quello pre-
industriale.
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Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (5)
• Se GEOCARB e i proxy della CO2 sono
usati per calcolare il forcing radiativo
(Fig. 2) lo stesso andamento della Fig. 1
rimane: il forcing radiativo è il
medesimo o più debole rispetto alle
condizioni pre-industriali solo durante i
due intervalli di glaciazione diffusa e di
lunga durata, il Permo-Carbonifero e il
tardo Cenozoico (26 - 2 Ma) (Fig. 2).
• La differenza principale fra il forcing
radiativo di Fig. 2 e l’andamento della
Figura 2 -Forcing radiativo lungo il Fanerozoico. Il Forcing
CO2 (Fig. 1) è che il forcing radiativo è
radiativo è derivato secondo il protocollo di Crowley (2000a) relativamente basso durante il primo
e l’espressione di Myhre et al. (1998) per la CO2.
L’irraggiamento solare aumenta linearmente a partire dal
Paleozoico (dal Cambriano al
94,5% del valore attuale. I valori sono espressi relativamente Permiano) a causa di una più debole
alle condizioni preindustriali (CO2 =280 ppm, irraggiamento
solare 342 W/m2) Le bande scure corrispondono a periodi
costante solare (radiazione media) a
con forte evidenza di ghiacci geograficamente diffusi. quel tempo.
Pisa, 7 Febbraio 2018 7
Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (6)
• La più lunga ed estesa glaciazione del
Fanerozoico è avvenuta durante il Carbonifero
ed il Permiano, nel periodo in cui l’Antartide e
l’Australia sono passati attraverso il Polo Sud.
Questo intervallo freddo corrisponde a livelli
molto bassi di CO2 atmosferica.
• E’ interessante notare che la CO2 può essere
rimasta a livelli inferiori a 500 ppm per 10-15
Ma prima dello stabilirsi di ghiacci
permanenti.
• Tra le due fasi la copertura di CO2 è scarsa, ma
Figura 3- Record di CO2 e temperatura per (A) da un periodo di CO2 elevata (1500 ppm) è
tardo Ordoviciano a primo Triassico 460-240 evidente alla fine di questa fase interglaciale.
Ma). I record di CO2 derivano dalla Fig. 1B. Periodi
freddi con forte evidenza di ghiacci diffusi sono
• In concomitanza con l’inizio della seconda fase
evidenziati con bande scure. Periodi da freschi a glaciale la CO2 scende rapidamente sotto 500
freddi, con evidenze indirette ed equivoche della ppm e rimane a questi livelli per la durata
presenza di ghiacci sono segnate con bande più della fase fredda.
leggere.
Pisa, 7 Febbraio 2018 8
Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (7)
• Al termine della fase glaciale (290 Ma) la Terra è passata ad uno stato
fresco fino a 267 Ma. Durante la fase fresca la CO2 è rimasta sotto 500
ppm. Direttamente dopo il termine della fase fresca la CO2 è saltata a
più di 1.000 ppm ed è rimasta alta fino al Triassico.
• Questi andamenti sono ampiamente consistenti con un forte
accoppiamento fra temperatura e CO2 : i livelli di CO2 erano alti prima
e dopo la glaciazione Permo-Carbonifera e generalmente bassi
durante l’evento.
• Per periodi sufficientemente forniti di dati relativi alla CO2, i periodi
più freddi sono associati a livelli di CO2 minori di 1000 ppm.
• Una soglia più bassa di circa 500 ppm appare legata all’inizio di estese
glaciazioni continentali, con una soglia probabilmente più alta nel
Paleozoico (che va dal Cambriano al Permiano), a causa di una
luminosità significativamente più bassa (4% circa) del Sole in quel
periodo.
Pisa, 7 Febbraio 2018 9
Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (8)
• In base ai dati che coprono il
periodo fra il Giurassico e il
Cretaceo, una soglia di CO2
inferiore ai 1.000 ppm sembra
legata all’inizio di condizioni
fresche non glaciali.
• Sebbene non ci sia una evidenza
definitiva dell’esistenza di
ghiacci permanenti durante il
Giurassico e il Cretaceo,
Figura 3- Record di CO2 e temperatura per (B) da Giurassico
a tardo Cretaceo (200-80Ma). I record di CO2 derivano dalla un’ampia varietà di proxy
Fig. 1B. I periodi supportati solo da una debole evidenza sono alternativi di temperatura
segnati con un punto di domanda. Le linee tratteggiate
orizzontali a 1.000 e 500 ppm di CO2 rappresentano le soglie fornisce un caso convincente di
proposte di CO2 per, rispettivamente, l’inizio di eventi accoppiamento fra CO2 e
globalmente freschi, e di quelli pienamente glaciali. I periodi
supportati solo da una debole evidenza sono segnati con un
temperatura alla scala
punto di domanda. temporale di milioni di anni.
Pisa, 7 Febbraio 2018 10Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (9)
• Multiple linee di evidenza puntano
verso brevi raffreddamenti globali nel
periodo di tempo 71,6-65,5 Ma.
• Il primo evento è supportato da rapidi
cambiamenti del livello dei mari e dai
valori di isotopi proxy della temperatura
contenuti in carbonati marini.
• Negli ultimi 34 milioni di anni il livello di
CO2 in atmosfera ha continuato a
diminuire, con chiare evidenze di clima
freddo con presenza di ghiacci estesi.
Figura 4 - Registrazioni di CO2 e temperatura per il
• Il periodo meglio documentato di
periodo compreso fra il tardo Cretaceo e il tempo glaciazioni continentali è la glaciazione
attuale (80-0 Ma). Il record della CO2 è derivato più recente, che è iniziata nel tardo
dalla Fig. 1B. Eocene (34 Ma) e continua fino ai giorni
nostri.
Pisa, 7 Febbraio 2018 11Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (10)
Conclusioni (1)
• La CO2 atmosferica è positivamente correlata con le
temperature superficiali globalmente mediate per la
maggior parte del Fanerozoico. Questo andamento è stato
precedentemente mostrato a livelli di scala temporale di 10
milioni di anni ed è dimostrato qui a risoluzione più fine(da 1
a 5 milioni di anni).
• Nel Fanerozoico è stato individuato un numero crescente di
periodi freschi, apparentemente non glaciali, caratterizzati
dalla loro brevità (1-3 Ma). Significativamente, nessuno di
questi periodi freschi è stato associato a livelli di CO2
superiori a 1000 ppm .
Pisa, 7 Febbraio 2018 12Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Soglie Climatiche Forzate dalla CO2 durante il Fanerozoico (11)
Conclusioni (2)
• Molti fattori sono importanti nel controllo della temperatura media
della superficie terrestre, inclusi la luminosità solare, l’albedo, la
distribuzione dei continenti e la vegetazione, i parametri orbitali e
gli altri gas-serra.
• Il messaggio di questo studio non è che la CO2 sia sempre la
forzante dominante; però, data la varietà di fattori che possono
influenzare le temperature globali, è impressionante il fatto che un
così coerente schema fra CO2 e Clima emerga per un gran numero
di intervalli di tempo del Fanerozoico.
• Questa corrispondenza indica che la CO2 può spiegare in parte
l’andamento delle temperature mediate durante il Fanerozoico.
Pisa, 7 Febbraio 2018 13Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Clima, CO2 e Temperatura nell’ultimo Periodo Glaciale (1)
Fonte: NOAA Glacial-Interglacial Cycles
• Nell’Emisfero Nord grandi distese di
ghiaccio continentale e marino sono
cresciute e si sono ritirate molte volte
nel passato.
• Noi chiamiamo i periodi caratterizzati
da grandi distese di ghiacci “Periodi
Glaciali o Glaciazioni” mentre
https://www.ncdc.noaa.gov/sites/default/files/styles/full_page_width/public/North
_Hemisphere_Ice_Cover_Summer.jpg?itok=8wmIV4d7 Comparison between chiamiamo i periodi senza grandi
summer ice coverage from 18,000 years BP (see, for example, Peltier 1994) and
modern day observations. Note that when more water is locked up in ice, more land distese di ghiaccio “Periodi
is exposed due to lower sea levels
Interglaciali”.
• Il più recente periodo glaciale è intercorso fra circa 120.000 e 11.500 anni fa.
Da allora la Terra si trova in un periodo interglaciale chiamato Olocene.
• I periodi glaciali sono più freddi, polverosi e generalmente più asciutti
rispetto ai periodi interglaciali. Questi cicli glaciali-interglaciali sono evidenti
in molti depositi marini e terrestri in tutto il mondo.
Pisa, 7 Febbraio 2018 14Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Clima, CO2 e Temperatura nell’ultimo Periodo Glaciale (2)
Fonte: https://it.wikipedia.org/wiki/Cicli_di_Milanković
• Le variazioni dell’orbita terrestre nel tempo cambiano la quantità di radiazione solare
che la Terra riceve in ogni stagione. I periodi interglaciali tendono a presentarsi
durante periodi di più intensa radiazione solare nell’Emisfero Nord. Questi cicli
Glaciali-Interglaciali sono apparsi lungo tutto il Periodo Quaternario (gli ultimi 2,6
milioni di anni).
• In accordo con la teoria di Milanković, la Precessione degli Equinozi (dovuta allo
spostamento dell’asse di rotazione a causa dell’attrazione esercitata dal Sole e dalla
Luna sulla Terra e per la rotazione terrestre), la variazione nell'inclinazione dell’asse
terrestre da 22,1° a 24,5° (Obliquità) e le variazioni dell‘Eccentricità dell’orbita
descritta dalla Terra attorno al Sole (compresa fra un massimo di 0,054 e un minimo
di 0,003) sono responsabili dei cicli di glaciazione in un’Era Glaciale, a causa delle
variazioni della luce solare che irraggia la Terra in luoghi e tempi differenti, in
particolare durante le estati alle alte latitudini.
• Queste variazioni nell'orbita terrestre sono prevedibili conseguenze delle interazioni
tra la Terra, la Luna e gli altri corpi celesti del sistema solare.
Pisa, 7 Febbraio 2018 15Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Clima, CO2 e Temperatura nell’ultimo Periodo Glaciale (3)
Questo grafico illustra le variazioni dei moti • I dati orbitali sono ricavati da
terrestri e le risultanti variazioni nel flusso Quinn et al. (1991). Sono indicate
di radiazione solare alle alte latitudini, oltre le principali frequenze per ognuno
che i cicli di glaciazione osservati. dei tre tipi variazione.
• Il grafico del forcing solare è
derivato dall'insolazione al 1 luglio
a 65° N, secondo il calcolatore di
insolazione di Jonathan Levine.
• I dati glaciali sono ricavati da
Lisecky e Raymo (2005) e le barre
grigie indicano i periodi
interglaciali, qui definiti come
deviazioni sulla media di 5.000
anni di entità di almeno 0,8
deviazioni standard sopra la
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ca/V media.
ariazioni_Milankovitch.png/350px-Variazioni_Milankovitch.png
Pisa, 7 Febbraio 2018 16Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Clima, CO2 e Temperatura nell’ultimo Periodo Glaciale (4)
Fonte: https://www.ncdc.noaa.gov/abrupt-climate-change/Glacial-Interglacial%20Cycles
• I periodi interglaciali (vedi Fig. Dome Fuji
Antarctica) tendono ad avvenire durante i
periodi di picco della radiazione solare
durante l’Estate nell’Emisfero Nord.
• Tuttavia i periodi interglaciali completi
avvengono, nel periodo considerato, solo
ogni 5 picchi nel ciclo della Precessione.
• La spiegazione completa di questa
osservazione è ancora un’area attiva di
https://www.ncdc.noaa.gov/sites/default/files/styles/716px_width/public/glacial-
ricerca.
interglacial.jpg?itok=19bwFcU9
Solar radiation varies smoothly through time (top, orange line) with a strong • Processi non lineari, come feedback
cyclicity of ~23,000 years, as seen in this time series of July incoming solar radiation
at 65°N (Berger and Loutre 1991(link is external)). In contrast, glacial–interglacial positivi fra i vari componenti del sistema
cycles last ~100,000 years (middle, black line) and consist of stepwise cooling events
followed by rapid warmings, as seen in this time series inferred from hydrogen climatico possono essere molto
isotopes in the Dome Fuji ice core from Antarctica (Kawamura et al. 2007(link is
external)). Atmospheric CO2 measured from bubbles in Dome Fuji ice (bottom, blue importanti nel determinare quando
line) shows the same pattern as the temperature time series (Kawamura et al.
2007(link is external)). Yellow columns indicate interglacial periods avvengono i periodi Glaciali e interglaciali.
Pisa, 7 Febbraio 2018 17Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Clima, CO2 e Temperatura nell’ultimo Periodo Glaciale (5)
Fonte: https://www.ncdc.noaa.gov/abrupt-climate-change/Glacial-Interglacial%20Cycles
• Le variazioni di temperatura in Antartide sono in fase con le variazioni
della radiazione solare alle alte latitudini dell’Emisfero Nord, mentre i
cambiamenti nella radiazione solare alle alte latitudini in Antartide sono
effettivamente fuori fase con le variazioni della temperatura, così che i
periodi più freddi nella più recente Era Glaciale sono avvenuti all’incirca
nel periodo in cui la regione sperimentava un picco nell’insolazione locale.
• Ciò significa che la crescita del manto glaciale nell’Emisfero Nord esercita
un’importante influenza sul clima mondiale, a causa delle differenze di
superfici occupate dalle terre emerse e dell’inerzia termica fra i due
emisferi Nord e Sud.
• Un ruolo rilevante nella variazione di CO2 in atmosfera viene giocato dal
congelamento e scongelamento del permafrost quando i ghiacci
continentali avanzano o si ritirano a causa della temperatura.
Pisa, 7 Febbraio 2018 18Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Clip – Il Permafrost
• Il Permafrost è suolo che
resta congelato tutto l’anno.
• In caso di riscaldamento il
suolo si scioglie e i microbi
degradano i resti vegetali e
animali liberando CO2 e
metano in atmosfera.
• Il contenuto di carbonio
organico nella regione che
circonda il Polo Nord della
Terra rappresenta attualmente
quasi il doppio del carbonio
presente in atmosfera.
• Il rilascio di una sua frazione
come gas serra è in grado di
modificare il clima globale.
Fonte: Le Scienze feb 2017 Previsioni sul permafrost di Ted Schuur
Pisa, 7 Febbraio 2018 19Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Clima, CO2 e Temperatura nell’ultimo Periodo Glaciale (6)
Fonte: https://www.ncdc.noaa.gov/abrupt-climate-change/Glacial-Interglacial%20Cycles
• Diversi feedback positivi sono responsabili della variazione di temperatura
globale. Uno è il feedback dell’albedo (riflettività) dei ghiacci. Un secondo
feedback coinvolge la concentrazione di CO2 atmosferica.
• Misure dirette dell’antica CO2 intrappolata nelle bolle nel ghiaccio
mostrano che la quantità di CO2 atmosferica diminuisce durante i periodi
glaciali, in parte a causa dell’aumento della CO2 immagazzinata nelle
profondità degli oceani per l’aumento della sua solubilità, e anche a
cambiamenti della miscelazione oceanica o ad attività biologica.
• Bassi livelli di CO2 indeboliscono l’effetto serra atmosferico ed aiutano a
mantenere temperature più basse. Il riscaldamento alla fine dei periodi
glaciali libera CO2 dal permafrost nell’emisfero settentrionale e dall’oceano,
rinforzando l’effetto serra atmosferico e contribuendo ad un ulteriore
riscaldamento.
Pisa, 7 Febbraio 2018 20Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Evoluzione della Temperatura Globale negli ultimi Due Milioni di Anni (1)
Fonte: Evolution of global temperature over the past two million years, Carolyn W. Snyder, Nature 538, 226–228 (13 October 2016)
• Un importante contributo alla comprensione dei meccanismi che causano
l’inizio, la continuazione e la fine dei cicli glaciali e interglaciali è stato dato
da Carolyn W. Snyder (Interdisciplinary Program in Environment and
Resources, Stanford University, Stanford California, USA) con la sua Lettera
“Evolution of global temperature over the past two million years” pubblicata
su Nature nell’ottobre 2016.
• In questo lavoro Carolyn Snyder presenta una ricostruzione proxy
spazialmente ponderata della temperatura globale negli ultimi 2 milioni
anni stimata da un database multiproxy di oltre 20.000 punti di temperature
superficiali marine.
• Con la raccolta di migliaia di dati relativi alle temperature medie globali è
stato possibile ricavare i fattori di correzione che consentono di ricavare la
variazione della temperatura globale da quella misurata in Antartide e
prevedere come reagirà il nostro pianeta all’aumento attuale dei gas serra.
Pisa, 7 Febbraio 2018 21Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Evoluzione della Temperatura Globale negli ultimi Due Milioni di Anni (2)
• La temperatura globale si è raffreddata
gradualmente fino a circa 1,2 milioni di anni
fa e il raffreddamento poi si è fermato fino
al tempo presente.
• Il trend di raffreddamento è probabilmente
in stallo prima dell'inizio della transizione
medio-pleistocene (781-126 Ka), e pre-data
l'aumento della dimensione massima della
copertura glaciale intorno a 0,9 milioni di
anni fa.
• Pertanto, il raffreddamento globale
Figura 1 | Ricostruzione della temperatura media superficiale globale
(GAST) negli ultimi 2 milioni di anni rispetto ad altri variabili
potrebbe essere stato una condizione
paleoclimatiche chiave. a, GAST (Global Average Surface Temperature) preliminare, ma probabilmente non è il solo
come deviazione di temperatura (in °C) dal presente (media lungo 0-5
ka) in blu. b, ricostruzione del cambiamento di temperatura in Antartide meccanismo causale, per il passaggio a cicli
(°C) in ciano. c, ricostruzione delle concentrazioni di CO2 atmosferica
(ppm) in rosso. d, valori di isotopi di ossigeno del mare profondo, δ 18O
glaciali di quasi-100.000 anni a metà della
(‰), in grigio. In tutti i pannelli, le linee nere solide mostrano il mediano transizione del Pleistocene.
stima e le aree a colori ombreggiate mostrano l'intervallo del 95%. In
tutti i grafici, le linee nere mostrano il valore mediano stimato, mentre le
aree colorate mostrano l’intervallo del 95%
Pisa, 7 Febbraio 2018 22Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Evoluzione della Temperatura Globale negli ultimi Due Milioni di Anni (3)
Figura 2 | Relazione delle variazioni nel GAST con le variazioni di temperatura in Antartide e del forcing
radiativo dei GHG nel corso degli ultimi 800 mila anni. a, b, Ogni punto rappresenta le stime campionate
random da simulazioni di GAST verso la temperatura antartica (a) e il forcing radiativo GHG (b) negli ultimi 800
mila anni. La linea nera tratteggiata mostra la mediana lineare stimata in °C per °C in a e in °C per W m-2 in b. La
linea tratteggiata rossa mostra la mediana stimata quadratica in b.
Pisa, 7 Febbraio 2018 23Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Evoluzione della Temperatura Globale negli ultimi Due Milioni di Anni (4)
Conclusioni
• Una comparazione della nuova ricostruzione della temperatura con la
forzante radiativa dovuta ai gas serra stima una sensibilità del sistema
Terra di 9 gradi Celsius (range da 7 a 13 gradi Celsius, intervallo di
confidenza 95%) in media della temperatura media globale per un
raddoppio di anidride carbonica atmosferica alla scala temporale di
millenni.
• Questo risultato suggerisce che la stabilizzazione ai livelli di gas serra
di oggi può già impegnare la Terra per un eventuale riscaldamento
globale di 5 gradi Celsius (intervallo da 3° a 7°C, intervallo di confidenza
del 95%) nei prossimi millenni man mano che le distese glaciali, la
vegetazione e la polvere atmosferica continueranno a rispondere al
riscaldamento globale.
Pisa, 7 Febbraio 2018 24Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (1)
per gli Ultimi 11.300 Anni
Fonte: A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11.300 years. Shaun A. Marcott , Jeremy D.
Shakun et al. (SCIENCE 8 March 2013)
Gli autori: Shaun A. Marcott lavora presso il College of Earth, Ocean
and Atmospheric Sciences, Oregon State University, Corvallis, OR, USA;
Jeremy D. Shakun lavora presso il Department of Earth and Planetary
Sciences, Harvard University, Cambridge MA, USA.
• Porre il Clima attuale in una prospettiva storica aldilà delle registrazioni
strumentali è importante per distinguere le influenze antropogeniche sul
clima dalla variabilità naturale.
• Le ricostruzioni pubblicate relative allo scorso millennio sono largamente
basate sugli anelli degli alberi e possono sottostimare la variabilità a bassa
frequenza (da multi centenaria a millenaria), mentre le registrazioni a
risoluzione più bassa qui usate, basate su proxy degli ultimi 1500 anni sono
molto adatte per la ricostruzione di cambiamenti a più lungo termine.
Pisa, 7 Febbraio 2018 25Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (2)
per gli Ultimi 11.300 Anni
• Le 73 registrazioni di temperatura globalmente distribuite usate in questa
analisi si basano su una varietà di proxy di temperature ed hanno risoluzioni
di campionamento da 20 a 500 anni, con una risoluzione mediana di 120
anni. I record terrestri dominano le ricostruzioni dello scorso millennio,
mentre i dati qui utilizzati in gran parte (80%) da archivi marini.
• Per sviluppare un andamento globale relativo all’Olocene (riferita come
ricostruzione Standard5x5) sono state usate medie 5°x5° (latitudine e
longitudine) pesate per area, dei 73 record di dati.
• Per comparare la ricostruzione Standard con la moderna climatologia, gli
autori hanno allineato la media dell’andamento dell’intervallo 500-1450 anni
BP (Before Present,) dove gli anni BP sono quelli anteriori al 1950 CE-
Corrente Era, con la media dello stesso intervallo del Climate Research Unit
error-in-variables globale (CRU-EIV), registrazione composita di temperatura
che, a sua volta, è riferita alla media strumentale degli anni 1961-1990 CE.
Pisa, 7 Febbraio 2018 26Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (3)
per gli Ultimi 11.300 Anni
CRU-EIV
• La presente ricostruzione della
Standard
temperatura globale degli scorsi 1500
anni è indistinguibile entro l’intervallo di
confidenza da quella effettuata da Mann
et al.
• Entrambe le ricostruzioni documentano
un trend di raffreddamento da un
intervallo caldo (~1500÷1000 anni BP) a
un intervallo freddo (~500÷1000 anni BP)
che è approssimativamente equivalente
alla Piccola Era Glaciale (Fig. 1A)
Fig. 1. Comparazione di diversi metodi e ricostruzione delle
anomalie di temperatura globale. (A,B) temperatura raccolta
globalmente per il calcolo della media 5°x5° pesata per area
(linea rossa) col suo 1σ di incertezza (banda blu) e la temperatura
media globale (Mann et al.) CRU-EIV (linea grigio scura) con la sua
incertezza (banda grigio chiara).(I,J) Numero dei punti di controllo
dell’età (cioè datazioni 14C) che limitano le serie temporali
attraverso il tempo.
Pisa, 7 Febbraio 2018 27Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (4)
per gli Ultimi 11.300 Anni
• La ricostruzione Standard5x5 mostra un
Picco riscaldamento di 0,6°C dal primo Olocene
(11.300 anni BP) fino ad un plateau di
temperatura che si estende da 9.500 a 5.500
anni BP. Questo intervallo caldo è seguito da
un lungo raffreddamento (0,7°C) da 5.500 fino
a circa 100 anni BP-Before Present (Fig. 1B).
• I siti extratropicali (pagina seguente)
dell’Emisfero Nord (30°-90°N), in particolare
nel settore Nord-Atlantico, contribuiscono alla
maggioranza della variazione del segnale
globale; le temperature in questa regione
calano di circa 2°C da 7.000 anni BP fino a circa
100 anni BP.
Fig. 1. Comparazione di diversi metodi e ricostruzione delle anomalie di temperatura globale. (A,B) temperatura
raccolta globalmente per il calcolo della media 5°x5° pesata per area (linea rossa) col suo 1σ di incertezza (banda blu) e
la temperatura media globale (Mann et al.) CRU-EIV (linea grigio scura) con la sua incertezza (banda grigio chiara).(I,J)
Numero dei punti di controllo dell’età (cioè datazioni 14C) che limitano le serie temporali attraverso il tempo.
Pisa, 7 Febbraio 2018 28Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (5)
per gli Ultimi 11.300 Anni
picco
• Il raffreddamento particolarmente
pronunciato dell’Emisfero Nord
extratropicale indica un importante ruolo
dell’insolazione estiva in quella regione,
forse attraverso l’albedo delle nevi e dei
ghiacci, e un feedback della vegetazione.
• Un tale meccanismo che media
l’insolazione stagionale è plausibile a
queste latitudini, dove la frazione di terre
continentali relativamente all’Oceano è
alta (circa 50% di terre emerse fra 30° e
90°N; 25% fra 30°N e 30°S; 15% di terre
emerse fra 30° e 90° Sud).
Fig. 2. Forcing climatico nell’Olocene e record del paleoclima. (I,J,K) ricostruzione delle temperature medie zonali per
fasce di 60° di latitudine comparate a dati speleothem e dati Ti (titanio e ferro), che sono proxy per precipitazioni e
temperatura locale. I punti speleothem sono stati smorzati con una media mobile a 7 punti per chiarezza. ITC,
Intertropical Convergence Zone; EASM, East Asian Summer Monsoon; AISM, Australian Indonesian Summer Monsoon.
Pisa, 7 Febbraio 2018 29Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (6)
per gli Ultimi 11.300 Anni
A1FI-Fossile intensivo;
A2–Continuo aumento della
popolazione;
A1B–Bilancio fra tutte le
risorse;
B2-Enfasi a soluzioni locali. E’
un mondo in cui la
popolazione cresce meno di
A2 con sviluppo economico
intermedio.
A1T–No fossile;
B1–Come A2 ma con un rapido
cambio della struttura
economica di informazione e
servizi e consumo energetico
meno intensivo;
Fig. 3. Distribuzione di temperatura dell’Olocene comparata con le temperature moderne e le proiezioni future. Sono
mostrati diagrammi di frequenza relative alle anomalie di temperatura dell’Olocene in blocchi da 0,05 °C usando
multipli sottoinsiemi di dati e ricostruzioni (linee colorate), medie strumentali per gli anni 1900-1909 e 2000-2009 CE
(linee nere verticali), proiezioni al 2100 basate su vari scenari di emissioni (quadrati neri e barre grigie) danno la
migliore stima e l’intervallo di confidenza del 66%) e la mediana dell’Olocene e il range al 66% per il caso
Standard5x5+alta frequenza (quadrato nero e barra blu).
Pisa, 7 Febbraio 2018 30Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (7)
per gli Ultimi 11.300 Anni
Conclusioni (1)
• I risultati indicano che la temperatura globale media 2000-2009 non ha
ancora superato le temperature più alte del primo Olocene (10.000-5.000
anni BP).
• Queste temperature sono tuttavia più calde dell’82% della distribuzione di
temperature dell’Olocene, come rappresentato dalla curva Standard5x5,
oppure del 72% dopo avere fatto una plausibile correzione per inerente
smorzatura delle alte frequenze della curva (Standard5x5+high frequency).
• In contrasto, la temperatura media decadale (dieci anni) globale dell’inizio
del 20° secolo era più fredda di più del 95% della distribuzione di
temperatura dell’Olocene, sia nello scenario Standard5x5 che in quello
corretto +alta frequenza.
Pisa, 7 Febbraio 2018 31Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Una Ricostruzione della Temperatura Regionale e Globale (8)
per gli Ultimi 11.300 Anni
Conclusioni (2)
• Quindi durante il secolo scorso le temperature globali sono passate dai
livelli di temperatura più freddi a quelli più caldi dell’Olocene, rovesciando il
trend di raffreddamento a lungo termine che è iniziato circa 5.000 anni fa.
• I modelli climatici prevedono che entro il 2.100 le temperature possano
superare tutta la distribuzione di temperatura del periodo caldo
dell’Olocene, per ogni versione di curva di temperatura per qualsiasi scenario
di emissioni di gas serra, eccetto lo scenario a composizione costante anno
2.000 (che è già stato superato dai fatti).
Pisa, 7 Febbraio 2018 32Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CO2 nel Passato e nel Futuro (con lo zampino dell’Uomo) (1)
Fonte: Past and future CO2 – Posted on 1 May 2014 by Gavin Foster, Dana Royer and Dana Lunt
skepticalscience.com/Past-and-Future-CO2.html
Queste note sono state ricavate da un guest post di Gavin Foster, Dana Royer e Dan
Lunt, pubblicato l’ 1 Maggio 2014 su Skeptical Science
______
• Nella figura 1 sono state riportate tutte le ricostruzioni di CO2 antecedenti a quelle
contenute negli strati di ghiaccio per gli ultimi 423 milioni di anni, per un totale di
circa 800 punti e comparati con dati più recenti e proiezioni per il futuro.
• I dati della paleo-CO2 possono essere recuperati andando sul post originale, che
fornisce tutti i richiami necessari.
• Per i dati relativi all’antica CO2 c’è una variabilità aumentata, dovuta sia
all’esistenza di variabilità a breve termine (ad es. cambiamenti guidati da parametri
orbitali, come i ben noti cicli glaciali-interglaciali) ed un aumentato disturbo dovuto
all’aumentata incertezza nella CO2 ricostruita da questi metodi più indiretti.
• Per tener conto di questo e per meglio rivelare l’andamento di lungo termine nei
dati della CO2, gli autori hanno adattato una curva smorzata, che ha un’incertezza
dovuta all’incertezza dell’età e della CO2 di ciascun dato.
Pisa, 7 Febbraio 2018 33Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CO2 nel Passato e nel Futuro (con lo zampino dell’Uomo) (2)
Fig.1 – Raccolta dei dati disponibili di CO2 per gli ultimi 50 milioni di anni. I gruppi di dati proxy sono codificati a colori ed etichettati
nel pannello pertinente. Notare la scala logaritmica variabile per il tempo. Per i dati geologici, una curva attenuata è stata adattata
ai dati con un'incertezza che tiene conto dell'incertezza dell'età della CO2. La linea nera descrive la più probabile CO2 a lungo
termine con i limiti di confidenza al 68% in rosso e quelli al 95% in rosa. Scenari di emissioni di gas-serra (RCP:Representative
Concentration Pathways) usati nell’IPCC AR5 sono mostrati nel pannello a destra.
Pisa, 7 Febbraio 2018 34Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CO2 nel Passato e nel Futuro (con lo zampino dell’Uomo) (3)
Scenari di Emissioni gas-serra:
• RCP3PD: l’andamento delle emissioni è rappresentativo di scenari che conducono a
concentrazioni molto basse di gas-serra. E’ uno scenario a “picco e declino”: il
livello del forcing radiativo raggiunge inizialmente un valore di 3,1W/m2 per la metà
del secolo e scende a 2,6 W/m2 nel 2100. Per raggiungere questi livelli di forzante
radiativa le emissioni di gas-serra sono ridotte sostanzialmente nel tempo (Van
Vuuren et al. 2007).
• RCP4,5 è uno scenario di stabilizzazione in cui il forcing radiativo totale si stabilizza
poco dopo il 2100, senza superare l’obiettivo di lungo periodo (Clarke et al.2007;
Smith and Wigley 2006; Wise et al. 2009).
• RCP6 è uno scenario di stabilizzazione nel quale il forcing radiativo totale viene
stabilizzato appena dopo il 2100, senza superarlo, grazie all’applicazione di una
gamma di tecnologie e di strategie per la riduzione delle emissioni di gas-serra
(Fujino et al. 2006; Hijioka et al. 2008).
• RCP8,5 è caratterizzato dall’aumento nel tempo dei gas-serra, rappresentativo di
scenari che conducono ad alte concentrazioni di emissioni di gas-serra.
Pisa, 7 Febbraio 2018 35Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CO2 nel Passato e nel Futuro (con lo zampino dell’Uomo) (4)
Da quanto sopra riportato si possono trarre le seguenti considerazioni:
• Nonostante una considerevole variabilità, c’è stato un graduale declino a lungo
termine della CO2 durante gli ultimi 450 milioni di anni, in media circa 13 ppm per
milione di anni
• Valori simili agli attuali sono stati osservati durante brevi periodi nel Pliocene fra 3
e 5 milioni di anni fa, ma l’ultimo periodo durante il quale la CO2 media ha
mantenuto per molto tempo i valori attuali fu nell’ottimo climatico del Medio
Miocene(16 milioni di anni fa)
• Per il resto degli ultimi 450 milioni di anni la Terra ha mantenuto generalmente un
livello di CO2 più elevato di ora (ad eccezione del Carbonifero-Permiano, circa 300
milioni di anni fa) quando la CO2 era a livelli simili ad ora.
• Lo scenario di emissioni Business as Usual (RCP 8.5) predice che la CO2 atmosferica
raggiungerà 1.000 ppm intorno al 2.100. L’ultima volta che la CO2 è stata così alta è
stato durante l’ottimo climatico del primo Eocene (55,8-33,9 Ma), il periodo più
caldo degli ultimi 450 milioni di anni.
Pisa, 7 Febbraio 2018 36Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CO2 nel Passato e nel Futuro (con lo zampino dell’Uomo) (5)
• Il Pianeta è stato così caldo durante il primo Eocene (~50Ma), da essere
completamente libero dai ghiacci (livello dei mari +65 m rispetto ad ora) e
gli ultimi calcoli danno una temperatura di +13±2.6°C più calda di ora.
• E’ importante notare però che circa il 5°C di questo riscaldamento è stato
dovuto alla variazione della configurazione dei Continenti, della
vegetazione e la perdita dei ghiacci continentali.
• Lo stesso scenario (RCP8,5) predice anche che la CO2 atmosferica
raggiungerà i 2.000 ppm verso il 2.250.
• L’ultima volta che la CO2 è rimasta per lungo tempo su questi livelli è stata
200 milioni di anni fa nel passaggio fra Triassico e Giurassico, quando la
CO2 era elevata a causa di massicce colate di lava (che hanno coperto
un’estensione di 11 milioni di km2) nel periodo in cui il Supercontinente
Pangea si separò e l’Atlantico del Sud si aprì per la prima volta.
Pisa, 7 Febbraio 2018 37Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CO2 nel Passato e nel Futuro (con lo zampino dell’Uomo) (6)
Fig. 2 – Forcing Climatico al cambiare della CO2 e delle emissioni solari per gli ultimi 450 milioni di
anni. I dati della CO2 e le proiezioni sono quelli riportati in Fig. 1.
Pisa, 7 Febbraio 2018 38Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
CO2 nel Passato e nel Futuro (con lo zampino dell’Uomo) (7)
• Ciò che viene rivelato è che, nonostante il drammatico cambio nella
luminosità solare negli ultimi 500 milioni di anni, il forcing combinato della
CO2 e del Sole è rimasto relativamente costante nel tempo.
• Ciò è probabilmente dovuto all’azione di un forte processo di feedback
negativo su scala geologica in funzione della temperatura globale (silicate
weathering e ciclo minerale del carbonio).
• Data questa visione a lungo termine del forcing climatico, gli scenari per il
futuro uso dei combustibili fossili appaiono ancora più estremi, e lo
scenario Business as Usual (RCP8,5) porterebbe ad un forcing climatico da
CO2 che è assolutamente senza precedenti nei dati geologici (per quanto
ne sappiamo).
Pisa, 7 Febbraio 2018 39Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (1)
Fonte: Global Carbon Project 2016
Global Carbon Project 2017, (*Corinne le Quéré et al.), *Tyndall Centre for Climate Change Research, University of East Anglia, Norwich Research Park, Norwich, UK.
• La concentrazione di CO2
nell’atmosfera è aumentata
da circa 277 ppm del 1750
(Joos and Spahni, 2008)
all’inizio dell’Era Industriale a
più di 400 ppm del 2016,
valore misurato per la prima
volta dalla stazione di Mauna
Loa nel maggio del 2013.
• Nel 2016 questo valore è
stato sempre superato nel
corso di tutto l’anno.
Pisa, 7 Febbraio 2018 40Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (2)
• Inizialmente l’aumento di CO2
atmosferica al di sopra dei livelli
pre-industriali era causato
soprattutto dal rilascio di carbonio
in atmosfera dalla deforestazione e
da altre attività di cambio di uso del
suolo e altro.
• Le emissioni da combustibili fossili
divennero la fonte dominante solo
intorno al 1920 ed il loro contributo
continua ad aumentare fino ad ora.
• Le emissioni antropogeniche avvengono in cima ad un attivo ciclo Naturale del Carbonio
che fa circolare il carbonio fra i serbatoi naturali dell’atmosfera, degli oceani e della
biosfera terrestre alle scale temporali da meno di un giorno a millenni, mentre gli
scambi con le riserve geologiche avvengono in tempi più lunghi (Archer et al. , 2009).
Pisa, 7 Febbraio 2018 41Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (3)
Pisa, 7 Febbraio 2018 42Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (4)
• Il bilancio globale del carbonio qui presentato si riferisce alla media, alle
variazioni e alle tendenze nelle perturbazioni della CO2 in atmosfera, con
riferimento all’inizio dell’Era Industriale.
• Esso quantifica l’ingresso in atmosfera dovuto alle attività umane, il tasso
di crescita della concentrazione atmosferica di CO2 e i risultanti
cambiamenti nell’immagazzinamento nei serbatoi terrestri e oceanici in
risposta all’aumento dei livelli atmosferici della CO2, al cambio del clima e
alla sua variabilità e altre cause antropogeniche e naturali.
• Una conoscenza di come varia l’interscambio nel tempo, e della
sottostante variabilità e tendenze del ciclo naturale del carbonio è
necessaria per capire la risposta dei sink (serbatoi, pozzi naturali) ai
cambiamenti del clima, della CO2 e dell’uso della terra, e le emissioni
accettabili per un dato obbiettivo di stabilizzazione.
Pisa, 7 Febbraio 2018 43Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (5)
I componenti del bilancio della CO2 includono stime separate per le
emissioni di CO2 da:
1) combustione e ossidazione dei combustibili fossili e produzione di
cemento (EFF), e
2) le emissioni risultanti da deliberate attività umane di gestione dei suoli e
di cambio dell’uso dei suoli (ELUC), così come la ripartizione fra
3) il tasso di crescita della concentrazione della CO2 atmosferica (GATM) e
l’assorbimento di CO2 dai “CO2 sink” in
4) gli oceani (SOCEAN) e
5) la superficie terrestre(SLAND).
• I serbatoi di CO2 come così definiti includono la risposta della superficie
terrestre e oceanica ad elevati valori di CO2 e variazioni del clima e altre
condizioni ambientali.
• Le emissioni globali e la loro ripartizione fra atmosfera, oceano e terra
sono in bilancio. Pisa, 7 Febbraio 2018 44Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (6)
EFF + ELUC = GATM + SOCEAN +SLAND (1)
• L’equazione (1) omette in parte due tipi di processi. Il primo è dovuto
all’ingresso netto di CO2 in atmosfera di gas reattivi contenente carbonio
proveniente da fonti diverse dai combustibili fossili (es. emissioni di CH4
antropogenico fuggitive, processi industriali ed emissioni biogeniche da
cambio della vegetazione, fuochi, paludi), principalmente metano,
CO,composti organici volatili.
• Il secondo processo è la perturbazione antropogenica del ciclo del carbonio
delle acque dolci terrestri, estuari, aree costali, che modificano i flussi
laterali dagli ecosistemi terrestri all’oceano aperto; l’evasione di CO2 da
fiumi, laghi, estuari in atmosfera; e il flusso netto aria-mare della CO2
antropogenica delle aree costali.
• L’inclusione dei flussi antropogenici delle acque dolci modificherebbero le
stime di SLAND ed SOCEAN in modi complementari, ma non avrebbero effetto
sugli altri termini.
Pisa, 7 Febbraio 2018 45Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (7)
GATM è usualmente riportato in ppm/anno, che si possono convertire in unità
di massa di carbonio per anno usando la formula : 1ppm CO2 = 2,12GtC
(Gt= miliardi di tonnellate).
EFF - Il calcolo delle emissioni di CO2 globali e nazionali da combustibili
fossili, incluse le fiaccole del gas e la produzione di cemento si basa
primariamente sui dati di consumo di energia, specificatamente sugli
idrocarburi, raccolti e conservati da molte organizzazioni.
ELUC - Le emissioni dovute al cambio di uso della terra includono flussi di CO2
da deforestazione, rimboschimento, taglio e trasporto degli alberi,
degradazione delle foreste e attività di raccolta, cambiamento di
coltivazione (ciclo di taglio della foresta e poi abbandono) e ricrescita
della foresta dopo il taglio del legname o abbandono dell’agricoltura.
Alcune di queste attività causano emissioni di CO2 in atmosfera,
mentre altre portano al sequestro della CO2. Queste emissioni sono
state calcolate da un’insieme di simulazioni DGVM (Dynamic Global
Vegetation Model).
Pisa, 7 Febbraio 2018 46Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (8)
GATM –Il tasso di crescita della CO2 atmosferica è fornito dal NOAA/ESRL (US
National Oceanic and Atmospheric Administration Earth System research
Laboratory). Per il periodo 1959-1980 il tasso globale di crescita della CO2 si
basa su misure mediate delle stazioni di Mauna Loa e del Polo Sud.
SOCEAN – Le stime del sequestro globale di CO2 nell’oceano sono basate su una
combinazione di stime per gli anni ’90 del secolo scorso ottenute da
osservazioni, e con dati per gli anni 1959-2015 ottenuti con modelli globali della
biochimica oceanica.
SLAND – Il sequestro di CO2 atmosferica da parte del terreno avviene in parte a
causa dell’effetto fertilizzante dell’aumento della CO2 atmosferica sulla crescita
delle piante, alla deposizione di azoto (N deposition) e ad effetti del
cambiamento del clima e dell’allungamento della stagione di crescita nelle aree
temperate del Nord e boreali. Questo dato può essere ricavato sia per
differenza che come sottoprodotto del programma DGVM.
Pisa, 7 Febbraio 2018 47Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (9)
• Nel seguente grafico viene
riportato il bilancio del ciclo del
carbonio per gli anni 1900-2016.
Nella prossima figura gli stessi
dati sono riportati
singolarmente per il periodo
1960-2016.
• Il sequestro della CO2 ha
continuato a crescere con
l’aumento delle emissioni, ma il
cambiamento climatico
influenzerà i processi del ciclo
del carbonio in modo tale da
esacerbare l’aumento di CO2
nell’atmosfera.
Pisa, 7 Febbraio 2018 48Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (10)
Pisa, 7 Febbraio 2018 49Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (11)
Il contributo cumulativo al global carbon budget nell’arco di tempo compreso fra il
1870 e il 2016 mostra a sinistra i contributi all’aumento della concentrazione di CO2
atmosferica dovuti al carbone, al petrolio, al gas naturale, dalla produzione e dal
cambio d’uso della terra, mentre a destra sono riportati i sink della terra e degli oceani.
Attualmente la CO2 emessa finora è
distribuita nel seguente modo:
• Land sink 32.3% circa
• Ocean sink 25.4%.
• Atmosfera 42.3%.
Il budget di sbilancio si ottiene sottraendo
alle emissioni di combustibili fossili e
industria, sommate a quelle causate dal
cambio d’uso della terra i dati di: aumento
della CO2 in atmosfera, del sequestro
terrestre e di quello oceanico.
Questo valore riflette i limiti della nostra
attuale conoscenza del ciclo del carbonio.
Pisa, 7 Febbraio 2018 50Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (12)
• Il grafico seguente mostra le
tendenze attuali nella CO2
emessa e nella concentrazione
in atmosfera.
• Osservando il grafico si può
dire che le emissioni globali di
CO2 si sono stabilizzate negli
ultimi 3-4 anni, ma nel
frattempo la concentrazione
di CO2 atmosferica continua
ad aumentare.
Pisa, 7 Febbraio 2018 51Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (13)
• E’ necessario poter verificare un cambiamento sostenuto della emissione
della CO2 nel tempo, ma la nostra capacità di individuare il cambiamento
delle emissioni di CO2 in atmosfera sono limitate dalla nostra conoscenza
delle variabilità del ciclo del carbonio.
Le osservazioni
mostrano una grande
variabilità, da
interannuale a
decadale, che può
essere solo
parzialmente ricostruita
attraverso il global
carbon budget.
Pisa, 7 Febbraio 2018 52Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (14)
• Il grafico dell’anomalia della temperatura globale continua a crescere, e
rende sempre più difficile sostenere che l’aumento così forte e veloce degli
ultimi decenni non dipenda dal Riscaldamento Globale.
Fonte: climatemonitor.it/wp-content/uploads/2017/08/AllInOneQC1-2GlobalMonthlyTempSince1979.gif?resize=838%2C458
Pisa, 7 Febbraio 2018 53Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche - Global Carbon Budget 2017 (15)
L’ultima figura mostra
le variazioni della
concentrazione della
CO2 atmosferica nel
corso degli ultimi anni
misurata
all’osservatorio di
Mauna Loa, comprese
le misure nel corso del
2017, e la previsione
per fine anno.
La concentrazione di CO2 il 23 Novembre 2017 è stata di 406,05 ppm, con un
aumento di 2,58 ppm rispetto alla stessa data dell’anno precedente.
Pisa, 7 Febbraio 2018 54Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche – Cosa ci Aspetta in Futuro (1)
Quanto aumenterà la temperatura globale?
• In questo grafico è riportato
l’andamento dell’Anomalia di
Temperatura (in blu) in
Antartide e della
concentrazione della CO2
atmosferica (in rosso) per gli
ultimi 26.000 anni, cioè dalla
fine dell’ultimo periodo
glaciale.
• Il picco di CO2 si riferisce
all’anno 2016
Dati CO2 - Fonte: www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/ e https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-08/ghg-concentrations_fig-1.csv
Dati Anomalia di temperatura - Fonte: http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/ftp/trends/temp/jonescru/global.txt
Pisa, 7 Febbraio 2018 55Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche – Cosa ci Aspetta in Futuro (2)
Quanto aumenterà la temperatura globale?
• In questo grafico è riportato
l’andamento (in blu) della
relazione fra l’Anomalia di
Temperatura Globale e la
concentrazione della CO2
atmosferica, per gli ultimi 26.000
anni.
• In rosso è riportato anche
l’andamento Δt –CO2 dal 1850 al
2016 (Anomalia Moderna).
• Il cerchio rosso indica l’aumento
di temperatura globale che ci si
può attendere all’”equilibrio” se
le previsioni sono corrette.
Pisa, 7 Febbraio 2018 56Cambiamenti Climatici - Cause Naturali e Antropogeniche
Cause Antropogeniche – Cosa ci Aspetta in Futuro (3)
Cosa sta accadendo al Permafrost?
• I dati forniti dai ricercatori sul campo fanno
pensare che fra il 5 e il 15 % del carbonio
contenuto nel permafrost potrebbe fuggire
dal terreno in questo secolo.
• Se fosse il 10% entrerebbero in atmosfera fra
130 e 160 GtC (miliardi di tonnellate di
carbonio), un quantitativo che, se fosse
emesso primariamente come CO2 sarebbe
simile alla quantità di carbonio finora
rilasciata per deforestazione e cambiamenti
Fonte: Le Scienze feb 2017 Previsioni sul permafrost di Ted Schuur nell’uso del territorio.
• Il rilascio non sarà una scarica capace di alterare bruscamente il clima, ma sarà un
fenomeno diffuso che durerà parecchi decenni, complicando il già difficile compito
di rallentare il riscaldamento globale.
Pisa, 7 Febbraio 2018 57Puoi anche leggere
