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Cambiamenti climatici
 

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    Cambiamenti climatici Cambiamenti climatici Document Transcript

    • Università degliStudi di PalermoIndirizzo1: Scienze naturali ~ Classe 60/AAnno Accademico 2008-2009Cambiamenti climaticiCambiamenti climaticiSpecializzando: Supervisore:Gianluca Barreca Prof.ssa Stella Bertuglia
    • TargetSi tratta di una quinta classe del Liceo Scientifico Galileo Galilei costituita da un totale di 20 alunni.La scuola è ubicata in una zona residenziale, il livello socio economico è medio alto. Presenta unabassa dispersione scolastica (circa il 10%) ed un livello socio-culturale medio/alto. Tali aspettifanno sì che l’Istituto sia classificato come una scuola non a rischio. Dopo aver accertato ilpossesso dei prerequisiti da parte degli allievi ed aver, eventualmente, colmato le carenzepossedute da qualcuno di essi, lo svolgimento dellunità didattica avverrà utilizzando tecnichedidattiche differenziate, allo scopo di facilitare la comprensione da parte di tutti gli allievi, di avviarlial metodo scientifico e di facilitare la socializzazione e la collaborazione tra di essi.Inquadramento U.D.Nello studio della geografia astronomica, al quinto anno del liceo scientifico, risulta di primariaimportanza fornire agli studenti una visione sistemica e un’impostazione multidisciplinare, purchétale approccio non faccia perdere la specifica visione delle problematiche reali che oggi stiamovivendo. L’impossibilità di riprodurre i fenomeni naturali in laboratorio, a meno di ricorrere acomplesse simulazioni al computer, rende lo studio dei cambiamenti climatici particolarmentedifficile e soggetto a interpretazioni, ed è in mezzo a questa grande quantità di opinioni, giudizi einformazioni spesso contrastanti che i docenti devono muoversi per indirizzare gli studenti nellascelta dei materiali informativi e dei dati oggettivi di cui tener conto. In Geografia Astronomica icambiamenti climatici dovrebbero essere trattati contestualmente allo studio dell’atmosfera e deimoti della terra. Dato che si tratta di un argomento di sintesi di vari settori disciplinari appareopportuna la sua trattazione verso la fine dell’anno scolastico.PrerequisitiPrima di affrontare lo studio di quanto contenuto in questo capitolo, è indispensabile aver acquisitouna buona conoscenza dei seguenti argomenti:Prerequisiti minimi1. conoscere il concetto di sistemaPrerequisiti specifici2. conoscere la struttura e la composizione dellatmosfera terrestre ed i molteplici fenomeni che inessa hanno luogo, strettamente interdipendenti. Bisogna aver compreso la complessità deiprocessi atmosferici e degli eventi meteorologici. Lalunno deve aver acquisito la consapevolezzache tali processi ed eventi coinvolgono quotidianamente la popolazione del globo e fannodellatmosfera una componente fondamentale del sistema Terra. Il nostro pianeta è lunico corpodel sistema solare ad avere sviluppato unatmosfera con caratteristiche idonee alla comparsa edallo sviluppo della vita così come noi la conosciamo. Mediante il ciclo dellacqua questo involucroaeriforme, che la Terra tiene a se con la sua forza di attrazione gravitazionale, assicura continuiscambi di materia ed energia con lidrosfera, con la litosfera e con la biosfera, a confermadellunitarietà del sistema Terra;
    • 3. conoscere la dipendenza delle condizioni climatiche dai numerosi fattori geografici, strettamenteinterdipendenti,le strette relazioni tra i climi e gli esseri viventi;4. sapere che lidrosfera presenta una molteplicità di aspetti,che coinvolgono la stessa massadellacqua, i suoi rapporti con latmosfera e con la biosfera,i suoi legami con i bacini che li ospitano.Lalunno dovrebbe aver chiaro che: lidrosfera marina è una componente essenziale del sistemaTerra; i movimenti delle acque marine, che esprimono visibilmente i rapporti tra atmosfera edidrosfera;5. conoscere le relazioni fondamentali tra la Terra ed il Sole che dipendono dalla forma, dalledimensione e dai movimenti del nostro pianeta. E importante possedere la consapevolezza dellecause dellalternarsi del dì e della notte e delle cause del ritmo delle stagioni, oltre che lasuddivisione della superficie terrestre in zone di differente riscaldamento;6. conoscere i fenomeni vulcanici come principali protagonisti della dinamica della Terra.Conoscere il processo generale di liberazione dellenergia e dei materiali allinterno della Terra.Lalunno dovrebbe conoscere largomento nei suoi molteplici aspetti, i materiali di partenza(magmi) e quelli di arrivo (gas, vapori e nuove rocce). Bisogna inoltre aver compreso che iltrasferimento di ingenti quantità di materiali dallinterno allesterno del nostro pianeta ha contribuitoalla formazione e dallaccrescimento della crosta ed ha portato alla formazione dellatmosfera edellidrosfera, senza le quali non sarebbe stato possibile il successivo sviluppo della biosfera;7. conoscere la teoria della tettonica delle placche. Bisogna aver acquisito che la Terra èscomponibile in una decina di placche maggiori ed altrettante minori in continuo, lento, movimentoreciproco. Lalunno deve aver compreso che la Terra non è un pianeta statico, ma mobile e che dàcontinui segni della sua attività interna attraverso la formazione e la deformazione delle rocce, leeruzioni vulcaniche ed i terremoti;8. conoscere la storia della Terra. Il tempo, più ancora dello spazio, è il fattore cruciale dei processigeologici. Lalunno deve aver compreso che per ricostruire la storia del nostro pianeta ènecessario far riferimento al principio dellattualismo,senza dimenticare che il passato può aiutarea capire il presente. Bisogna avere la consapevolezza che non è solo la litosfera ad aver subitopesanti cambiamenti: atmosfera ed idrosfera sono mutate sensibilmente da 4,5 miliardi di anni aquesta parte, mentre la biosfera addirittura non è esistita per gran parte del tempo e quellapresente oggi è profondamente mutata nel tempo geologico;9. conoscere alcuni concetti di chimica. Lalunno deve conoscere la struttura della molecoladellacqua e della molecola di anidride carbonica. Bisogna conoscere i legami chimici e le forze dilegame. Risulta importante avere appreso le leggi dei gas.L’analisi e l’eventuale recupero dei prerequisiti saranno realizzati, durante la prima fase delpercorso didattico, attraverso: lezione partecipata, semplici domande dal posto. E da evidenziareche i prerequisiti sono già stati trattati nel programma di geografia astronomica e di chimica e glialunni sono già stati valutati nellambito di precedenti U.D.
    • Verifica dei prerequisiti1) cosa si intende per sistema?a) Un insieme di entità connesse tra di loro tramite reciproche relazioni visibili o definite dal suoosservatore;b) la quantità di materia presente allinterno della Terrac) una relazione matematicad) un lavoro scientifico che mira alla scoperta di una nuova teoria2) vero o falso?a) Al limite superiore della troposfera le temperature sono più elevate in corrispondenza dei poliche in corrispondenza dellequatoreb) Il calore specifico delle terre emerse è maggiore di quello delle acque marinec) Lumidità relativa è più elevata al circolo polare artico che alle latitudini del bacino Mediterraneod) La pressione atmosferica diminuisce allaumentare della quota3) Completa il seguente branoLe regioni temperate sottoposte allinflusso dei venti ..................................... ricevono pioggein ....................., ma con frequenti concentrazioni............................ Quelle continentali più internehanno invece prevalenti precipitazioni .............................4) Le acque marine ricoprono circaa) il 50% di tutta lacqua disponibile sulla Terrab) il 3% di tutta lacqua disponibile sulla Terrac) il 71% di tutta lacqua disponibile sulla Terrad) il 97% di tutta lacqua disponibile sulla Terra5) Completa il seguente branoA causa della diversa ........................ di rotazione dei vari punti della superficie terrestre, un corpoche si muove sulla Terra viene deviato dalla sua direzione iniziale verso....................... se si trovanellemisfero boreale e verso................. se si trova nellemisfero australe.6) Scegli il complemento correttoUna massa rocciosa fusa si muove verso lalto attraverso i solidi circostanti perchè:a) ha densità minoreb) è ricca di gasc) è dotata di elevata velocitàd) ha temperatura minoree) è un residuo refrattario
    • 7) Completa la frase con il termine esattoSe due o più fosse tettoniche si fiancheggiano, i settori che li separano, rimasti relativamentesollevati, prendono il nome di..........................8) Il continente Gondwanaa) si rintraccia ancora oggi negli scudi di vari continentib) ha avuto una deriva versoi sudc) si è originato dalla frammentazione della Pangead) occupava aree prossime al polo nordsi è formato durante il Permiano9) Descrivi la molecola dellacqua e le sue proprietà________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________GRIGLIA TOTALE PER LA VALUTAZIONE DEI PREREQUISITISi danno punteggi diversi nelle diverse domande, i prerequisiti minimi avranno un peso maggiorenella valutazione.Domanda Risposta Punteggio Risp. non data Risp. errata Tot. risp.esattaPrerequisitiminimi1 1 0 ↔ 2 0 -0,5 2Prerequisitispecifici21 0 ↔ 0,25 0 -0,112 0 ↔ 0,25 0 -0,13 0 ↔ 0,25 0 -0,14 0 ↔ 0,25 0 -0,13 1 0 ↔ 0,25 0 12 0 ↔ 0,25 03 0 ↔ 0,25 04 0 ↔ 0,25 0
    • 4 1 0 ↔ 1 0 -0,5 151 0 ↔ 0,33 012 0 ↔ 0,33 03 0 ↔ 0,33 06 1 0 ↔ 1 0 -0,5 17 1 0 ↔ 1 0 18 1 0 ↔ 0,1 0 -0,5 19 1Per la domanda aperta sarà seguito il seguentecriterio di valutazione:⇒ capacità di sintesi (0,2)⇒ comprensione del testo (0,2)⇒ utilizzo del linguaggio specifico (0,2)⇒ livello di padronanza delle tematiche(0,4)1P. min. Prerequisiti specificiAlunno1 Tot. 2 3 4 5 6 7 8 9Tot. TOT.ABC…Saranno previste attività di riequilibrio (≤ 5) o di consolidamento (5,1 – 10)La presente tabella di valutazione, sarà accompagnata da un grafico esplicativo che mostrerà lacondizione didattica iniziale del gruppo classe.Obiettivi
    • Obiettivi generali1. Sapere selezionare e rielaborare informazioni2. acquisire la capacità di valutare criticamente le informazioni sui cambiamenti climaticifornite dai mezzi di comunicazione;3. Sviluppare la capacità di comunicare correttamente ed efficacemente utilizzando unlinguaggio scientifico appropriatoObiettivi specifici3. Conoscere il concetto di clima;4. Conoscere lequilibrio termico dellatmosfera;5. Conoscere le principali cause naturali dei cambiamenti climatici;6. Conoscere le principali cause antropiche dei cambiamenti climatici;7. Avere la consapevolezza che le modificazioni degli equilibri dellatmosfera, dellidrosfera,della litosfera, della criosfera e della biosfera possono produrre conseguenze negative pertutto il pianeta;8. differenziare i fattori naturali che causano i cambiamenti climatici da quelli antropici;9. conoscere alcuni metodi di indagine per la ricostruzione dei climi del passato.TempiLU.D. Avrà una durata di 12 ore così ripartite.Concetto di clima con riferimenti ai metodi di indagine dei climi del passato ed allequilibritermico dellatmosfera2 hFenomeni naturali e clima:• Moto delle placche tettoniche: le glaciazioni sembrano aver sempre inizio allorchéi continenti risultino posizionati in maniera tale da impedire o ridurre il flusso diacque calde dall’equatore ai poli;• Variazione parametri orbitali della Terra: la variazione della quantità di radiazionesolare che raggiunge la superficie terrestre (insolazione), dovuta alla variazione ditali parametri, sembra spiegare correttamente il succedersi di periodi glaciali einterglaciali durante l’ultima glaciazione (teorie astronomiche);• Vulcanismo: in occasione di grandi eruzioni si assiste all’immissionenell’atmosfera di grandi quantità sia di CO2 (aumento dell’effetto serra), sia dipolveri (aumento dell’albedo terrestre).• Fenomeni climatici. Lesempio del Niňo/Southern Oscillation4 hInfluenza delluomo sul clima. Variazione della composizione chimica dellatmosfera Effetto serra Ruolo degli aerosol nell’evoluzione del clima Ruolo dellagricoltura nei cambiamenti climatici La distruzione delle foreste Destabilizzazione del clima globale6 hContenutiLezione 1: Concetto di clima (2 ore)
    • Sebbene molti possano dare una risposta alla domanda su cosa s’intenda con il termine clima,avere una seria definizione scientifica non è semplice. Nella climatologia un periodo di trenta annidi osservazioni è chiamato “reference period” (attualmente gli anni compresi tra il 1961 ed il 1990)e considerando questo, l’Organizzazione Mondiale della Meteorologia (WMO) ha suggerito unadefinizione: “Il clima è la sintesi del tempo, durante un periodo lungo abbastanza, per determinarele proprie caratteristiche statistiche”.I climi del passato possono essere ricostruiti tramite l’analisi dei depositi contemporanei ed unaprima indicazione può essere presa dai tipi di sedimenti. Depositi glaciali testimoniano ad esempioperiodi freddi mentre, laghi salati, che si originano dall’evaporazione dell’acqua di mare, ciindirizzano a climi caldi e asciutti. La Terra si è formata circa 4,5 miliardi d’anni fa, tuttavia isedimenti più antichi che si sono conservati hanno un’età di solo 3.9 miliardi di anni edappartengono all’era più antica della storia della terra, il Precambriano. Ulteriori dettagli sul climadel passato, ovviamente relativi al periodo successivo all’inizio della vita, sono rilevabili dai fossilidi piante e di animali. Si pensa che un’atmosfera con sufficiente ossigeno per permettere larespirazione si sia formata solo negli ultimi 700-800 milioni di anni, la concentrazione di ossigenopresente si è sviluppata molto tardi, nel Devoniano, un periodo del Paleozoico. I resti di piante edanimali, che si sono conservati nei sedimenti, permettono la ricostruzione di una fondamentalestruttura climatica.Dagli anni settanta è disponibile uno strumento per la ricostruzione dei climi del passato moltoraffinato: l’analisi isotopica dell’ossigeno. L’ossigeno ha tre isotopi, quelli usati in paleoclimatologiasono 16O e 18O, poiché il rapporto tra questi due isotopi dell’ossigeno dipende dalla temperatura, èpossibile la ricostruzione della storia climatica. I sedimenti profondi sono composti in considerevoleparte dai gusci calcarei dei piccoli organismi marini, che hanno incorporato ossigeno, diconseguenza la composizione isotopica riflette esattamente quella dell’acqua del mare nel periododi deposizione. L’utilizzo dell’analisi degli isotopi dell’ossigeno può comunque ricostruire la storia diperiodi recenti, questo perché gli oceani sono relativamente giovani, il Nord Atlantico ad esempio siè formato nel Mesozoico. La composizione isotopica del ghiaccio dell’Antartide e della Groenlandiapermette una ricostruzione molto dettagliata degli ultimi 400.000 anni.Dal punto di vista fisico, chimico e biologico, il sistema clima è estremamente complesso edinclude molte componenti distinte che interagiscono su scale di spazio e di tempo anche moltodiverse fra loro. Tradizionalmente, il sistema climatico è suddiviso in cinque sottosistemitermodinamicamente aperti: Atmosfera, Oceano, Litosfera (terra solida), Biosfera, Criosfera(ghiacci). La radiazione solare rappresenta il "motore" di tale sistema; è il principale meccanismoforzante esterno che rende possibile lesistenza stessa di una dinamica, in quanto forniscepraticamente tutta lenergia al sistema stesso. La radiazione solare che raggiunge lo stratosuperiore dellatmosfera viene in parte trasferita e in parte trasformata in altre forme di energia, lequali a loro volta sono in parte dissipate attraverso la circolazione generale dellatmosfera e deglioceani ed in parte utilizzate nei processi chimici e biologici.
    • Le scale temporali caratteristiche dei singoli sottosistemi, vale a dire i tempi di risposta medi asollecitazioni esterne, variano ampiamente sia allinterno di un singolo sottosistema, sia fra luno elaltro. Per esempio, le scale temporali caratteristiche dellatmosfera possono variare fra settimanee mesi; per gli oceani nel loro strato superficiale fra settimane e anni; per lo strato profondo deglioceani fra decenni e millenni; per il ghiaccio marino fra settimane e decenni; per le acque interne ela vegetazione fra mesi e secoli; per i ghiacciai la scala temporale è dellordine dei secoli; per lepiattaforme glaciali millenni e più; e per i fenomeni di tettonica e di erosione della litosferaarriviamo ai milioni di anni.La complessità del sistema climatico e lesistenza di tali e tante differenti scale temporali ciconducono a costruire una gerarchia fra i sistemi interni, basata sui rispettivi tempi di risposta. Nelsenso che, se siamo interessati per esempio a fenomeni che si svolgono su tempi scala dellordinedelle settimane, possiamo considerare latmosfera come lunico componente del sistema climaticoe considerare gli oceani, le masse di ghiaccio, la biosfera e la litosfera come forzanti esterne ocome condizioni al contorno. Per studiare la variabilità climatica su tempi scala dellordine di mesifino ad alcuni secoli, dovremmo includere la dinamica dell’atmosfera, dell’oceano e della biosfera,e così via fino alle scale temporali più lunghe. In sintesi, lintero sistema climatico va consideratocome qualcosa che evolve continuamente, dove ci sono parti del sistema che guidano taleevoluzione ed altre che seguono con un certo ritardo temporale, e dove le interazioni altamentenon lineari che vi sono fra tutte le varie componenti possono ricoprire tutte le scale spaziali etemporali. Ciò significa che le varie componenti non sempre sono in equilibrio l’una con l’altra o alloro interno.
    • L’equilibrio termico dell’atmosfera dipende dal bilancio tra l’energia incidente al suolo, quella persadalla terra per irraggiamento, convezione, evaporazione, turbolenza e quella restituita alla Terradall’effetto serra. Il sole ed il sistema Terra-atmosfera possono essere considerati, grosso modo,come corpi neri. La quantità di radiazione solare incidente perpendicolarmente a 1m2ai limitidell’atmosfera (“costante solare”) ha un valore medio annuo Io =1353 W m-2. Il 9,2% di Io cadenell’ultravioletto, il 42,4% nel visibile e il 48.4% nell’infrarosso. I raggi ultravioletti sono quasiinteramente catturati dall’ossigeno, azoto e soprattutto dall’ozono dell’alta atmosfera; i raggiinfrarossi sono invece fortemente assorbiti dal vapore acqueo e dalla CO2 nello strato tra ilsuolo e 10 Km, nel campo del visibile invece l’assorbimento è trascurabile.Nell’attraversare l’atmosfera la radiazione solare viene anche parzialmente diffusa in tutte ledirezioni, soprattutto da parte dell’aria. L’energia solare che raggiunge il suolo è pertanto compostada una componente diretta I e una diffusa H. La quantità I+H viene denominata “radiazione solareglobale”. Oltre all’assorbimento e alla diffusione, nel percorso attraverso l’atmosfera la radiazionesolare viene anche parzialmente riflessa verso lo spazio dalle nubi e dal suolo. Si definisce“albedo” R il rapporto tra l’energia riflessa e quella totale incidente al suolo. Oltre alla radiazionesolare si deve tener conto della radiazione emessa dalla Terra che cade completamentenell’infrarosso con una massima emissione intorno ai 10µm; di questa soltanto una piccola parteviene persa nello spazio interplanetario, mentre la maggior parte viene catturata dal vaporeacqueo, dalla CO2 e, in minor misura, da O3 stratosferico, NOx e clorofluorocarburi. In definitivasoltanto il 47% della radiazione solare riesce a raggiungere il suolo, soltanto una piccola frazione diquesta penetra per conduzione nel suolo fino a 20-50 cm di profondità nelle ore diurne. Un’altrapiccola parte del calore incidente al suolo viene spesa per riscaldare per conduzione, sempre digiorno, i primi 50-100 cm di atmosfera. La più rilevante perdita del calore termico immagazzinatodal suolo avviene attraverso l’irraggiamento nell’infrarosso. La parte rimanente viene cedutaall’atmosfera, in parte attraverso i moti convettivi e in parte per far evaporare l’acqua dal terreno o
    • dalle distese liquide. Un ruolo importantissimo delle vicende del clima lo ha sicuramente lapressione atmosferica che misura il peso esercitato su una superficie unitaria dalla colonna d’ariasovrastante. Il suo ruolo è molto importante sia perché i dislivelli barici tra aree limitrofedeterminano lo spostamento delle masse d’aria e sia perché i mutamenti climatici a grande scalasono legati essenzialmente alle variazioni di pressione nel tempo.Lezione 2: Fenomeni naturali e clima (4 ore)Nel corso dei tempi le variazioni del clima si sono succedute come fluttuazioni, più o meno regolari,identificabili in determinate scale temporali: da cicli di milioni di anni (pre-quaternari ) a cicli di piùsecoli o decenni.Per evitare equivoci è importante definire la differenza tra: Variabilità: oscillazione di uno o più parametri (temperatura, umidità, precipitazione, ecc..)rispetto ad un valore medio calcolato sulla base di almeno 30 anni di osservazioni Variazione: con questo termine si definisce un mutamento o la tendenza ad unospostamento dei livelli medi che si verifica per una certa durata di tempo.Cambiamenti dovuti alla tettonica delle placche (cicli di milioni di anni)È risaputo che, prima di tutto il livello del mare si abbassa quando i continenti sono aggregati fra diloro, mentre si alza quando si separano. Il livello del mare era mediamente più basso sia al tempodella formazione della Pangea, durante il Permiano che durante il Neoproterozoico al tempo delsupercontinente Gondwana, risalendo rapidamente ai massimi durante lOrdoviciano ed ilCretaceo quando i continenti erano separati. A causa di ciò, si genera anche un effetto climaticoche il ciclo dei supercontinenti amplifica ulteriormente:• Supercontinente: clima continentale dominante; maggior probabilità di glaciazioni; livellomarino ancora più basso;• Deriva continentale: clima marittimo dominante; glaciazioni meno probabili; livello del marenon si abbassa a causa di tale meccanismo.La deriva dei continenti è un processo estremamente lento, per cui la posizione dei continenti fissail comportamento del clima per milioni di anni. Ci sono due aspetti da tenere in considerazione. Daun lato, le latitudini a cui si concentra la massa continentale: se le masse continentali sono situatealle basse latitudini si avranno pochi ghiacciai continentali e, in generale, temperature medie menoestreme. Analogamente, se i continenti sono molto frammentati si avranno zone inferiori di climacontinentale.Mutazioni millenarie. Le variazioni climatiche con periodi millenari sono da attribuire allavariazione dei parametri dell’orbita terrestre quali: Variazione dell’inclinazione dell’asse; Precessione degli equinozi; Eccentricità dell’orbita.L’inclinazione dell’asse terrestre oscilla tra i 22.1° e i 24.5° con un periodicità di 41.000 anni,
    • facendo così variare la posizione dei tropici e poli. Dalle ricerche emerge che: con valori minimi d’inclinazione si hanno scarse variazioni stagionali, per valori alti d’inclinazione la quantità di radiazione che colpisce le alte latitudini nellastagione estiva è maggiore mentre diminuisce nella stagione invernale; in questo modo siaccentua l’escursione termica annua (tendenza continentale).Attualmente l’inclinazione terrestre è pari a 23.4°.A causa dell’attrazione della luna sul rigonfiamento equatoriale e dell’inclinazione dell’asseterrestre rispetto a quello dell’ellittica, si produce il moto di precessione che corrisponde ad unlento movimento dell’asse secondo la generatrice di un cono. Dai calcoli risulta che la rotazionecompleta dell’asse equinoziale avviene in un periodo di circa 21,5 mila anni. Se l’orbita terrestrefosse circolare (ricordiamo che è ellittica) la precessione non determinerebbe nessuncambiamento, invece data la traiettoria della rotazione della terra intorno al sole, la variazione diquesto parametro provoca i seguenti cambiamenti climatici: Attualmente l’emisfero boreale è privilegiato perché l’inverno si presenta al perielio(distanza minore tra terra-sole), quindi inverno più mite ed estate più fresca; al contrarioavviene nell’emisfero australe (estate più calda e inverno più freddo) Fra 12 mila anni il nostro emisfero avrà la coincidenza dell’estate con il perielio e dato chela velocità della terra è maggiore proprio in corrispondenza di questo punto a causa delleforze gravitazionali, l’estate sarà breve e gli inverni saranno più lunghi e rigidi.L’attrazione esercitata dai pianeti appartenenti al sistema solare fa sì che l’orbita della terra neimillenni si discosti dalla forma circolare, assumendo diversi valori di eccentricità (rapporto tra la“distanza sole centro ellisse” e la “lunghezza del semiasse maggiore dell’ellisse stesso”).Attualmente il valore è pari a 0.0017, ma può variare da 0.06 a 0.0018 in un periodo complessivodi circa 400.000 anni, con valori massimi che si ripetono però ad intervalli di 100.000 anni circa,influenzando molto il clima della terra.1) Maggiore è l’eccentricità maggiore è la differenza tra la distanza massima e quella minimadella terra dal sole nel corso dell’anno;2) Nei periodi in cui l’eccentricità è più forte viene intensificato l’effetto determinato dallaprecessione.Riassumendo, i mutamenti millenari del clima, sono dovuti alla combinazione dei tre cicli primadescritti e più precisamente dalla quantità della radiazione solare che arriva sulla terra alle diverselatitudini. A questo proposito dagli studi di Milankovitch (1941) sono emersi dei graficicorrispondenti alla variazione della radiazione solare negli ultimi 300.000 anni rispetto al valoreattuale, ricavati unendo le influenze dei tre fattori astronomici. E’ possibile notare come i periodi diminimo di radiazione ricadano all’interno delle Ere glaciali del Riss e Wurm nei quali sono presentiperò anche dei picchi massimi.A questo proposito i ricercatori propendono ad una maggiore complessità di fattori, che influenzanole variazioni climatiche e lo sviluppo-ritiro dei ghiacciai, alcuni dei quali sono:
    • 1) la variazione della concentrazione dell’anidride carbonica e di altri gas a effetto serra2) la variazione dell’albedoSembra che la teoria di Milankovitch possa coincidere con le leggi generali che regolano l’innescodi un’era glaciale mentre per la sua evoluzione, mantenimento o estinzione debba essereaffiancata ad altri fattori. I tre movimenti sopra descritti fanno si che sulla Terra si alternino dellecondizioni climatiche con contrasti stagionali ora più ora meno marcati. Queste oscillazioni hannoeffetti più sensibili nelle regioni poste alle latitudini più elevate; in queste zone, ad un contrastostagionale poco pronunciato corrisponde una maggiore possibilità di espansione dei ghiacciaiperché, avendosi in questo caso delle estati più fresche, le nevi cadute nella stagione più frescanon riescono a sciogliersi completamente, ma si vanno accumulando di anno in anno e lentamentesi trasformano in ghiaccio. Perciò questi movimenti sono da considerare come una delle causeprincipali del succedersi delle Ere glaciali e interglaciali che si sono avute nel nostro pianeta e dicui abbiamo testimonianze sicure nelle pagine più recenti della lunga storia della Terra, ossianell’Era Quaternaria.Le cause di variazione climatiche con periodi molto brevi sono difficilmente identificabili ed inoltresi presentano sotto due forme: periodiche e aperiodiche.Un esempio di variazione periodiche è l’influenza sul clima dovuto alla comparsa/scomparsa dellemacchie solari, (anche se deve essere ancora del tutto dimostrata); mentre un esempio divariazione aperiodica è quella dovuta ad eruzioni vulcaniche le quali non hanno un andamento
    • prevedibile. La precessione, l’obliquità e l’eccentricità sono dei cambiamenti lenti e non uniformidovuti all’influenza gravitazionale sulla Terra esercitate da altre masse del sistema planetario. Lacosiddetta precessione climatica, il prodotto dell’eccentricità con il coseno dell’angolo diprecessione, è una quantità relativa per l’effetto climatico al cambiamento di precessione. Ilcambiamento della precessione e dell’obliquità influenzerà la distribuzione stagionale e latitudinaledell’insolazione, ma non cambierà l’energia totale del Sole ricevuta dalla Terra in un anno.Ciononostante, la temperatura media globale della superficie terrestre può essere influenzataconsiderevolmente dal cambiamento dell’albedo,della radiazione di onda lunga, dalla circolazioneatmosferica ecc., dovuti al cambiamento temporale e spaziale dell’insolazione.Impatto vulcanico sul clima globale. Se si considera che il fondo degli oceani al di sotto dellacopertura sedimentaria è interamente formato da basalti di origine vulcanica emessiprevalentemente in corrispondenza delle dorsali in espansione, ci si rende conto che siamo difronte al più importante fenomeno geologico che interessa la crosta terrestre.L’attività vulcanica si manifesta in corrispondenza delle dorsali e delle isole oceaniche, dei sistemidi grandi fratture continentali e sopra i lembi di litosfera discendenti nel mantello nelle zone disubduzione. Oltre a numero indefinito di vulcani sottomarini, esistono al mondo circa 600 vulcaniattivi in tempi storici; di questi più della metà (62%) formano un anello attorno al Pacifico (Ande,Sierra Madre, Catena delle Cascate, Alaska, Kamcatka, Giappone, Indonesia, ecc.) e sono aimargini continentali di tipo pacifico e agli archi insulari oceanici dove vi è subduzione attiva. Visono inoltre vulcani sparsi in Italia, Africa, Antartide e lungo le dorsali oceaniche quali quellidell’Islanda; un certo numero di centri vulcanici è ubicato in corrispondenza dei punti caldi che sitrovano per lo più negli oceani, ma a volte anche nei continenti.Il magma è un fuso prevalentemente silicatico (fase liquida) contenente quantità variabili di cristalli(fase solida) e di sostanze volatili (fase vapore). Queste ultime sono disciolte nel magma incondizioni di alta pressione ma si separano (fase vapore) con basse pressioni quando il magmarisale verso la superficie. Quando il magma risale, inizia un frazionamento dei volatili a secondadella loro affinità per la fase liquida e gassosa ed in funzione della loro solubilità. Una quantitàenorme di materiale e di gas è stata liberata nel passato dai flussi basaltici, ciò è stato rilevato daibasalti del Deccan in India (datati circo 65 milioni di anni) e dai basalti del Columbia River (datati16 milioni di anni fa). Un vulcano può emettere gas anche senza eruttare gli altri componenti delmagma: l’Etna, ad esempio, emette in continuazione vapori e gas. I gas vulcanici sono costituitimediamente per più del 90% di H2O; gli altri gas principali sono CO2 , CO, H2, SO2, H2S e HCl. Ilmonossido di carbonio e l’idrogeno sono abbondanti alle alte temperature, mentre l’anidridecarbonica e l’idrogeno solforato alle basse. I costituenti principali delle emissioni vulcaniche, acquae anidride carbonica, producono scarsi effetti sull’atmosfera quando immessi episodicamente dalleeruzioni vulcaniche, perché già presenti nell’atmosfera terrestre in grandi quantità. L’anidridesolforosa è talvolta presente in quantità rilevante e si trasforma in acido solforico; l’acido cloridricoè presente in quasi tutti i vulcani. Il componente volatile più abbondante, l’ H2O, viene emesso in
    • quantità che varia da circa lo 0,1% in peso nei magmi oceanici a circa il 5% in vulcani continentali.La maggior parte degli effetti sul clima sono causati dalla gigantesca immissione di SO2nell’atmosfera, che trasformandosi in acido solforico nell’atmosfera contribuisce a rendere acide lepiogge. La stessa trasformazione avviene nel materiale vulcanico iniettato nella stratosfera inoccasione delle maggiori esplosioni vulcaniche: assorbendo le radiazioni solari può causare untemporaneo raffreddamento del clima terrestre negli anni immediatamente seguenti. Infine l’acidocloridrico introdotto nell’atmosfera può contribuire ad intaccare lo strato di ozono assottigliandolo,come è avvenuto durante l’eruzione del vulcano filippino Pinatubo nel 1991. L’SO2 immessa nellastratosfera viene gradualmente ossidata nell’arco di diverse settimane in solfato, che condensa aformare un “velo” di aerosols. Molti componenti volatili si ossidano e si idratano nell’atmosfera,formando gas acidi e aerosols. I gas acidi possono modificare la durata della vita delle nubi nellatroposfera e le loro proprietà ottiche. I gas dello zolfo possono penetrare la tropopausa attraversola diffusione (CSO) e una maggior quantità per convenzione dopo una eruzione di tipo Pliniano(SO2 e H2S). Questa modificazione della chimica della stratosfera contribuisce alla formazione diuno strato di aerosol stratosferico. Gli aerosols hanno la stessa dimensione (o sono più minuti)della porzione visibile della radiazione solare incidente (media 0.5 mm). L’aerosol modifica il climaglobale attraverso la diffusione e l’assorbimento della luce. Le particelle di aerosol forniscono sitiper reazioni catalitiche che ripartiscono le specie dell’azoto e attivano il cloro e il bromocontribuendo alla riduzione dello strato di ozono. Circa 72 eruzioni vulcaniche tra il 1853 e il 1991hanno sviluppato colonne con un’altezza di circa 10 Km. L’impatto dei composti volatili nellastratosfera è ben documentato dalle eruzioni Pliniane. Nel Nord America, Europa e Asia l’impattodei composti volatili, rilasciati durante l’eruzione dell’El Chichon (Messico 1982), portò ad unadiminuzione dello strato di ozono per 3-4 stagioni dopo l’eruzione. L’eruzione del Pinatubo (1991)fu seguita da una diminuzione dello strato di ozono del 15% per 7 stagioni. L’aerosol stratosfericocausa un notevole impatto sul clima globale perché assorbe la radiazione infrarossa solare eterrestre. La temperatura della bassa stratosfera aumentò di 1-2oC dopo le eruzioni del Pinatubo edel El Chichon, subito dopo però, quando l’atmosfera non fu influenzata dall’emissione vulcanica,si osservò una diminuzione della temperatura nella bassa troposfera.L’aerosol vulcanico influenza il clima attraverso vari meccanismi: la riduzione della radiazione visibile causa un raffreddamento della superficie; l’assorbimento della radiazione infrarossa causa invece un innalzamento della temperatureinvernali continentali.Durante gli anni dopo l’eruzione del Pinatubo si ebbe una diminuzione globale delle temperatureestive, tuttavia un aumento di temperatura invernale fu registrato nell’emisfero Nord alle medielatitudini a causa di una intensificazione della corrente dell’Ovest che a sua volta dipende daiventi della bassa stratosfera. Simili condizioni si ebbero dopo le eruzioni del Aroung (Indonesia),El Chichon e tutte le altre eruzioni dal 1883. Durante un’eruzione vulcanica esplosiva la frazionepiù fine della cenere vulcanica (diametro 5 e 0,5 μm) forma sospensioni meccanicamente stabili
    • nell’atmosfera. Quando la taglia scende sotto 0,1 μm la velocità di sedimentazione divienetrascurabile e queste particelle possono essere trasportate a grande distanza dal punto diemissione. Gli aerosol che prendono origine dall’anidride solforosa sono formate da microgoccedi acido solforico. Circa metà dei gas contenenti zolfo scompare in breve nell’atmosfera, in partetrascinata al suolo dalle piogge e in parte per razioni chimiche dirette con le piante, il suolo el’acqua marina. La quantità restante si ossida reagendo con composti presenti nella troposfera eforma così le particelle che compongono l’aerosol. In effetti quasi tutti i gas contenenti zolforeagiscono chimicamente in presenza di agenti ossidanti, il più importante dei quali è il radicaleossidrile. Le reazioni che portano alla formazione di un aerosol di acido solforico possono esseresuddivise in processi che avvengono a cielo sereno e processi che hanno luogo nelle nubi . Nelprimo tipo il biossido di zolfo reagisce in presenza di vapore acqueo e, attraverso una complessaserie di stadi, produce acido solforico il quale forma particelle di dimensioni pari a una frazione dimicrometro. Il processo avviene per condensazione su particelle già esistenti o per interazionecon vapore acqueo o con altre molecole di acido solforico. E’ questa la cosiddetta conversionegas – particelle. L’acido solforico reagisce poi con piccole quantità di ammoniaca, per dare varieforme idrate di solfato di ammonio. Il processo di produzione di acido solforico all’interno dellenubi, invece, inizia con la dissoluzione del biossido di zolfo nelle goccioline che costituiscono lenubi; qui esso può venir ossidato dal perossido di idrogeno che si forma in piccola concentrazioneper combinazione di ossidrili. La reazione di ossidazione forma quindi acido solforico e i suoi Salidi ammonio in soluzione. Il solfato acido è presente in forma fortemente idrata, nella quale diversemolecole d’acqua sono legate al solfato. L’evaporazione rimuove parte dell’umidità e, dato che isolfati si legano fortemente all’acqua, ne risulta una soluzione fortemente concentrata. Il risultatofinale è un aerosol costituito da goccioline di diametro inferiore a un micrometro, chimicamenteindistinguibili da quelle dell’aerosol prodotto nella conversione gas – particelle. La forte affinitàchimica che l’acido e i suoi sali hanno per l’acqua è importante nel determinare la capacitàdell’aerosol di diffondere la luce. Quando le minuscole goccioline acide si miscelano con ariaumida ,tendono ad assorbire umidità e, quindi, a crescere di volume. Una volta formatesi perreazione chimica, le particelle ricche di zolfo presenti nella troposfera possono produrre unraffreddamento del clima con due meccanismi: il primo, che avviene con il cielo sereno, consistenella riflessione diretta di parte della radiazione solare entrante, e il secondo, più indiretto,nell’aumento della riflettività delle nubi. Nel primo meccanismo le particelle dell’aerosol diffondonola luce solare nello spazio, al di fuori dell’atmosfera, e quindi una minore quantità di radiazionesolare può raggiungere il suolo.Un altro aspetto è, inoltre, quello legato ad eruzioni vulcaniche esplosive, con immissione di gasanche nei livelli più alti dell’atmosfera e quindi relativa formazione di acido solforico nellastratosfera. In tal modo si viene a costituire una nube che avvolge la terra su una larga fascia dilatitudine per un paio di anni con intensità decrescente. L’effetto predominante di questa nube èquello di riflettere la radiazione solare, che, in assenza di altri meccanismi, provocherebbe un
    • raffreddamento della parte bassa dell’atmosfera e, quindi, della superficie. Inoltre essa èresponsabile della formazione di un substrato su cui agiscono i composti capaci di distruggerel’ozono stratosferico.L’anno 1816 è leggendario negli annali della meteorologia. E’ stato chiamato “l’anno senza estate”.Da maggio a settembre, una serie senza precedenti di ondate di freddo colpiva il nordest degliStati Uniti e le province canadesi adiacenti, causando una tardiva primavera, un’estate fredda e unprecoce inverno. Vi fu neve in giugno, gelate in luglio e agosto. Si verificarono danni notevoliall’agricoltura e si verificò una carestia diffusa. La cronaca di questo straordinario periodo è bendocumentata nei diari e nelle memorie di coloro che lo hanno vissuto. La maggior parte delleosservazioni meteo del periodo furono realizzate a Williamstown nell’angolo nordoccidentale delMassachusetts. Nelle statistiche delle temperature si riporta una prima ondata di freddo tra Aprile eMaggio, poi un periodo relativamente caldo fino al 5 giugno, a cui seguì una disastrosa ondatafredda in conseguenza di avvezione di una massa d’aria artica. In seguito, per tutta l’estate, siebbero continue alternanze di periodi freddi seguiti da temporanei e brevi periodi miti. L’ultimaterribile ondata di freddo di quella anomala estate si ebbe il 27 Settembre. Seguì un rigidissimoinverno con gelate diffuse e abbondanti nevicate che colpì prevalentemente i tre stati nordici delVermont, New Hampshire e Maine. L’anomalia climatica che colpì severamente il nordest degliStati Uniti interessò buona parte dell’emisfero settentrionale. Si ebbero carestie anche in Francia eGermania. Ma il motivo di questo anomalo abbassamento delle temperature fu accertato solo unsecolo più tardi da William Humphreys . In seguito agli studi effettuati, egli sostenne che lavariazione climatica era stata causata in gran parte da polvere vulcanica diffusa nell’atmosferaterrestre. Tale polvere proteggeva parzialmente la terra dai raggi del sole, consentendo però lafuga del calore dai bassi strati troposferici e causando così un diffuso abbassamento delletemperature. Infatti tra il 1812 e 1817 vi furono tre importanti eruzioni. Il vulcano Soufriere sull’isoladi St. Vincent nel 1812; ; Mayon nelle Filippine nel 1814; e Tarmbora sull’isola di Sumbawa inIndonesia nel 1815. La peggiore fu quella del Tambora che immise nell’atmosfera enormiquantitativi di cenere vulcanica dal 7 al 12 Aprile 1815. E’ stato stimato che la titanica eruzione delTambora produsse da 69 a 190 Km3 di polvere e cenere che, introdotte nella circolazione generaledell’atmosfera, generarono un velo intorno al globo terrestre.L’ anidride carbonica prodotta dalle emissioni vulcaniche potrebbe aver avuto importanti effetti sulclima della Terra. La maggior parte del carbonio terrestre è contenuta nelle rocce sedimentarie. Ilcarbonio atmosferico è parte del complesso ciclo geochimico che controlla il trasferimento delcarbonio dalle rocce sedimentarie che si trovano sulla superficie terrestre, alla biosfera, oceani equindi atmosfera. Il carbonio presente nell’atmosfera si trova principalmente sotto forma di anidridecarbonica (CO2) che gioca un ruolo fondamentale nel ciclo geochimico. L’ anidride carbonica (CO2)viene assunta dalle piante e da esse fissata nel suolo, dove reagisce con acqua per dare acidocarbonico H2CO3. Questo altera chimicamente i minerali carbonatici producendo ioni bicarbonato,ioni calcio e silice in soluzione. Tali prodotti vengono trasportati dai fiumi fino agli oceani, dove gli
    • organismi incorporano gli ioni calcio e bicarbonato, combinandoli nuovamente in carbonato dicalcio e liberando CO2, che alla fine ritorna nell’atmosfera. L’alterazione dei carbonati noncomporta una diminuzione netta di CO2 atmosferica. Anche gli ioni calcio e bicarbonato risultantidall’alterazione dei silicati, però, reagiscono formando carbonato di calcio; in queste reazioni solometà della CO2 ritorna all’involucro gassoso che ricopre la terra, cosicché si ha come risultato unadiminuzione di questo gas nell’atmosfera. Se questo processo operasse incontrastato per unperiodo di circa 10.000 anni, l’alterazione dei silicati condurrebbe alla totale scomparsadell’anidride carbonica nell’atmosfera. Ciò non è mai avvenuto, altrimenti la vita sulla terra avrebbecessato di esistere; un qualche meccanismo deve intervenire a ripristinare i livelli atmosferici diCO2. Questo meccanismo è la liberazione di anidride carbonica che accompagna le eruzionivulcaniche e i fenomeni correlati.Quando i carbonati di calcio e magnesio si trovano sepolti a profondità di molti chilometri, vannosoggetti a temperature elevate, da far si che abbiano luogo reazioni tra calcio, magnesio e silicaticircostanti. Alla fine l’anidride carbonica riesce a farsi strada fino all’atmosfera, talvolta in mododirompente, come nel corso delle eruzioni vulcaniche , talvolta in modo sommesso e inosservato,come in una sorgente di acqua naturale gassata. Insieme alla liberazione di CO2 che vienegenerata nella sedimentazione dei carbonati questo degassamento delle rocce è il principalemeccanismo attraverso cui il carbonio viene restituito all’atmosfera, chiudendo il ciclo geochimico.Il degassamento può avere luogo in ambienti molto vari, particolarmente diffuso nelle zone disubduzione. Partendo dal presupposto che il livello di CO2 atmosferica non abbia subitofluttuazioni incontrollate nel tempo, il degassamento vulcanico metamorfico deve sostanzialmentecompensare la CO2 sottratta all’atmosfera dai processi di alterazione chimica e di deposizione dicarbonato di calcio. L’assunto secondo cui il livello di anidride carbonica non sarebbe variato neltempo in modo incontrollato è evidentemente valido, per il semplice fatto che la vita esiste sullaterra. Se il tasso di degassamento si dimezzasse , tutta la CO2 atmosferica e quella disponibilenegli oceani verrebbe ad esaurirsi nel giro di 600 000 anni, comportando la cessazione dellafotosintesi. Se il tasso di degassamento raddoppiasse, l’eccesso di CO2 condurrebbe, per effettoserra, all’estinzione della vita animale e vegetale in pochi milioni di anni. Un leggerosbilanciamento nei flussi tra le componenti del ciclo geochimico del carbonio, ha portato a unagenerale diminuzione dell’anidride carbonica atmosferica nel corso degli ultimi 100 milioni di anni.Di conseguenza, a causa dell’attenuazione dell’effetto serra, la temperatura ha subito unraffreddamento. Nel Cretaceo (135 – 65 milioni di anni fa), invece la temperatura mediasuperficiale della terra era più alta di quella attuale. Prove a sostegno sono i fossili di vegetali eanimali che vivono attualmente in climi caldi, ritrovati in luoghi che nel Cretaceo erano regionipolari. Per riscontrare le temperature stimate dai paleontologi e dai geochimici per le alte latitudinidurante il Cretaceo, i livelli di CO2 dovrebbero essere da quattro a otto volte gli attuali. E’ evidenteche le variazioni climatiche del passato geologico siano state causate principalmente davariazioni del contenuto di CO2 in atmosfera. Questa teoria della paleoserra è stata
    • energicamente sostenuta da Alfred G. Fischer (Princeton University). Egli ha dimostrato che pergli ultimi 600 000 milioni di anni vi è una buona correlazione tra periodi con temperature elevate,alti livelli del mare e maggiore abbondanza di rocce ignee. Durante i periodi glaciali si osservanoinvece bassi livelli del mare e una minore quantità di rocce ignee. Risulta quindi chiaro come laTerra sia passata da periodi serra, a periodi glaciali, in dipendenza all’attività tettonica edall’emissione di per CO2 degassamento.Fenomeni climatici. Lesempio del Niňo/Southern OscillationEl Nino è un fenomeno climatico ricorrente, che si verifica ogni quattro o cinque anni circa, la suamanifestazione più recente ha ricevuto molta più attenzione di qualsiasi altro evento analogo delpassato. L’ultimo El Nino è stato molto citato dai mezzi di comunicazione ed il termine è ormaientrato a far parte del vocabolario comune assumendo, spesso a sproposito, il significato di ognievento negativo, dagli ingorghi stradali alle morie di foche in California. In realtà, El Nino è unepisodio di riscaldamento anomalo delle acque dell’Oceano Pacifico che può durare parecchi mesied avere notevoli ripercussioni sulle condizioni climatiche e metereologiche della terraferma.In origine, il termine El Nino si riferiva a una corrente stagionale calda che si instaurava lungo learide coste del Perù nel periodo natalizio, mitigando le condizioni determinate dalle freddi correntida Sud normalmente prevalenti. La prima descrizione scritta del fenomeno risale al 1891, ma ipescatori peruviani ne erano consapevoli già da tempo. A intervalli di alcuni anni la corrente delNord era eccezionalmente calda ed intensa, e si incuneava fino a latitudini molto meridionaliportando con se “doni” in gran quantità. Un viaggiatore in terra peruviana aveva descritto in questitermini lo spettacolo presentatosi ai suoi occhi: “Il mare è pieno di meraviglie, e ancor più la Terra;il suolo si intride d’acqua per le forti piogge, e in poche settimane tutto il paese si ammanta dipascoli verdeggianti. Il bestiame si riproduce in misura doppia rispetto al solito e il cotone puòcrescere in luoghi altrimenti del tutto sterili”. Da questo resoconto si comprende perché l’avventodel Nino non fosse considerato una iattura, ma al contrario un evento positivo, un regalo daBambino Gesù.Oggi però il termine El Nino non si riferisce solo alla corrente costiera annuale, ma al piùspettacolare fenomeno interannuale che influenza gran parte del globo. Inoltre, non solo ècambiata l’accezione del termine, ma anche la percezione del fenomeno; oggi abbiamo unavisione deteriore del Nino, non tanto perché il suo carattere sia cambiato, ma perché abbiamo unadiversa concezione del Mondo: le intense piogge trasformano ancora il deserto in giardino, matravolgono anche case, ponti e strade, ovvero i prodotti di uno sviluppo economico e di un enormeaumento della popolazione.Le temperature superficiali del mare sono alternativamente sopra la media, durante gli eventi di ElNino o sotto di essa, durante i periodi complementari noti come eventi La Nina. Queste fluttuazioniinterannuali sono accompagnate da variazioni di altri parametri, come la pressione superficiale.Per esempio, le fluttuazioni della pressione superficiale rilevate a Darwin e a Tahiti sono correlate
    • con i cambiamenti di temperatura superficiale del mare e sono in opposizione di fase tra loro:quando la pressione risulta sopra la media a Tahiti tende a essere sotto la media a Darwin, eviceversa . Esiste infatti una sorta di altalena planetaria con una periodicità interannule cheattraversa il Pacifico tropicale.La circolazione atmosferica ai tropici è costituita da un certo numero di celle termiche dirette nellequali l’aria sale in corrispondenza delle regioni in cui le temperature superficiali sono più alte, valea dire il bacino amazzonico, nell’Africa tropicale e nel così detto continente marittimo del Pacificotropicale occidentale. Gli Alisei trasportano aria calda e umida verso tali regioni dando origine adalte nubi cumuliformi che riversano piogge abbondanti. Sul Pacifico occidentale, quest’aria ritornaverso Est in quota per poi discendere sul Pacifico centro Orientale e riunirsi agli Alisei che spiranoverso Ovest. L’andamento di questa tipo di cella prende il nome di circolazione di Walker: in essale precipitazioni sono abbondanti in corrispondenza del ramo ascendente e minime in quellodiscendente.Durante gli episodi di El Nino, il riscaldamento del Pacifico tropicale altera drasticamente la formae l’intensità della circolazione di Walker (vedi figura sotto). Poiché il moto di convezione rimane aldi sopra delle acque più calde, la regione di maggiore precipitazione si sposta verso Est, versol’arcipelago delle Galapagos e le coste del Perù e dell’Equador.Figura 1
    • Gli alisei lungo l’equatore sono deboli, al contrario di quanto accade durante gli episodi di La Nina.La variazione interannuale nella localizzazione e nell’intensità del calore latente liberato nelle zonedi convezione influenza la circolazione atmosferica globale. Gli effetti di El Nino si allargano aventaglio su tutto il globo con notevoli differenze geografiche. Alcune regioni dell’AmericaSettentrionale e Meridionale, per esempio, sono colpite più di altre. Le correnti a getto si fanno piùintense durante El Nino, cosicchè, la parte meridionale della California subisce ad esempio unaumento dell’attività temporalesca.Per spiegare i cambiamenti delle temperature superficiali dell’oceano è importante comprenderecome, dal punto di vista termico, esso consista di due strati con caratteristiche diverse: un sottilestrato superficiale di acqua calda, profondo un centinaio di metri, sotto il quale giace uno stratoprofondo e freddo che si estende fino a oltre 4000 metri di profondità divisi da un termoclino. Inassenza di vento, il termoclino è orizzontale e le acque calde superficiali sono distribuiteuniformemente sopra lo strato freddo. Tendenzialmente, è questa la situazione che si instauradurante El Nino, quando gli Alisei sono deboli.Lezione 3: Influenza delluomo sul clima (6 ore)L’aria, in natura, non è mai completamente pura. Taluni gas, come anidride solforosa (SO2),idrogeno solforato (H2S) e ossidi di carbonio (CO), sono continuamente immessi nell’aria come
    • prodotti di alcuni fenomeni naturali, quali attività vulcanica, decomposizione di vegetazione eincendi nei boschi. Inoltre minute particelle solide o liquide sono distribuite nell’aria dai venti,esplosioni vulcaniche e altre simili attività naturali.A questi “inquinanti naturali” si aggiungono le sostanze risultanti dall’attività umana. Si è stimatoche negli Stati Uniti vengono immesse annualmente nell’aria più di 200 milioni di tonnellate disostanze inquinanti prodotte dall’uomo, cioè una tonnellata per persona l’anno, oppure tra 2,5 e 3Kg per persona al giorno.Cinque tipi di sostanze, conosciute come inquinanti primari, sono responsabili di più del 90%dell’inquinamento atmosferico nel mondo: Ossidi di carbonio Ossidi di azoto Idrocarburi Ossidi di zolfo ParticelleLanidride carbonica costituisce il maggior inquinante. Tuttavia la valutazione degli inquinanti edelle fonti di inquinamento fatte solamente in termini di peso comporta un grave inconveniente:essa non tiene sufficientemente conto della dannosità o pericolosità dei singoli inquinanti.Effetto SerraIl nostro secolo ha senza dubbio portato sulla scena mondiale nuove tecnologie e migliorie alla vitaumana. Ma purtroppo il prezzo da pagare è stato alto: la terra è seriamente minacciatadall’inquinamento ed in particolare dal fenomeno chiamato “effetto serra”. I raggi solari cheraggiungono la superficie terrestre passano inalterati attraverso i gas atmosferici. La superficieriscaldata riemette energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche a lunghezza d’ondamaggiore di quelle incidenti. Alcune molecole allo stato gassoso che si trovano nella troposferaassorbono le radiazioni ad elevata lunghezza d’onda, come i raggi infrarossi. In questo modol’energia termica è trattenuta negli strati più bassi dell’atmosfera. Il fenomeno è noto come effettoserra, poiché la troposfera si comporta infatti come una serra che riscalda l’ambiente interno.A partire dal 1850 circa (inizio dell’epoca industriale), l’uomo ha condotto, incosciamente, una sortadi esperimento geochimico globale, restituendo all’atmosfera, attraverso la combustione di grandiquantità di combustibili fossili, una parte del carbonio che era stato fissato, per fotosintesi, milionidi anni addietro. Durante gli ultimi 150 anni la concentrazione di CO2 nell’atmosfera è aumentatada 280 a circa 380 ppm e più di un quinto di questo incremento si è registrato proprio nell’ultimoventennio.Se visto in termini assoluti, l’aumento riscontrato di anidride carbonica può apparire trascurabile,considerando che questo gas è presene nell’atmosfera in concentrazioni non superiori allo 0,03%in volume. Tuttavia, nonostante la sua bassa concentrazione assoluta, la CO2, insieme con altrigas, presenti in concentrazione ancora più bassa esercita un ruolo importantissimo nella
    • regolazione della temperatura globale. Al contrario di azoto e di ossigeno, che sono i gasmacrocostituenti dell’atmosfera, altri gas, anche se presenti in tracce, hanno la capacità diassorbire le radiazioni infrarosse,e, quindi, di trattenere ed immagazzinare il calore irradiato dallasuperficie terrestre. I gas che sicuramente, oltre alla CO2, contribuiscono all’Effetto Serra sulpianeta sono il CH4, l’N2O e i CFC (clorofluorocarburi): indipendentemente dalla loro provenienza(biologica, industriale, agricola), tutti questi gas contribuiscono ad alterare il bilancio radioattivodella Terra.La certezza scientifica della correlazione tra l’aumento dei gas serra e l’aumento della temperaturasul pianeta è deducibile dal lavoro compiuto da scienziati di tutto il mondo riunitisi, già a partire dal1979, in gruppi di studio organizzati dalla Word Metereological Organization (WMO) incollaborazione con lo United Nations Enviromental Program (UNEP). Malgrado gli sforzi fin quicompiuti per la conoscenza del problema, non sono, tuttavia, ancora ben chiare le dimensioni delfenomeno, né i termini temporali in cui esso potrà manifestarsi in maniera drammatica. E’ probabileche una previsione sui tempi di una catastrofe da Effetto Serra non potrà e non dovrà essere fatta,sostenendosi con essa, una qualche forma di ineluttabilità dell’avvenimento. E’ certo che uno deiprovvedimenti da adottare, a livello mondiale, consiste nel stabilire un limite di emissioni dei gasche nell’atmosfera determinano l’Effetto Serra. Per affrontare correttamente la questione èopportuno sottolineare che, senza la presenza dei così detti gas serra, la temperatura dellasuperficie terrestre sarebbe mediamente più basa di circa 33 oC rispetto ai valori attuali, e la vitasarebbe impossibile per la maggior parte delle specie vegetali e animali. Essi dunque esercitano,fino a un certo punto, una azione benefica sul pianeta. Perciò quando si parla di Effetto Serraoccorre distinguere tra un fenomeno a carattere naturale, che ha determinato, peraltro, lecondizioni climatiche attuali del pianeta, e un fenomeno che, rispetto al primo, si presenta sottoforme non desiderabili, per effetto di un eccessivo aumento della concentrazione dei gas.Tra i gas che contribuiscono ad un Effetto Serra naturale, certamente il più importante è il vaporeacqueo. Su di esso,tuttavia, l’incidenza delle attività umane ha poco peso e pertanto le suevariazioni di concentrazione nell’atmosfera sono poco preoccupanti, anche in considerazione deisuoi tempi di permanenza che sono molto brevi. Una incidenza certamente maggiore hanno, dicontro, la CO2, il CH4, l’O3 e i CFC, tutti gas i cui valori di concentrazione, peraltro naturalmentemolto bassi, possono venire abbondantemente modificati per effetto delle attività umane.Il contributo che ognuno di questi gas fornisce all’aumento dell’Effetto Serra dipende, oltre chedalla sua concentrazione, anche dalla capacità di assorbimento della radiazione infrarossa, legatain gran parte alla struttura chimica delle sue molecole. Questi parametri, correlati con il tempo dipermanenza di questi gas nell’atmosfera, determinano l’“effetto climatico per molecola” e il “poteredi riscaldamento globale”, i cui valori, riferiti all’anidride carbonica, per la quale le due funzionivengono assunte come unitarie vengono riportati di seguito.
    • Effetto climatico e potere di riscaldamento globale dei gas serraGas Effetto climatico Potere di riscaldamento globale(20 anni)CO2 1 1CH4 25-32 63N2O 150-250 290O3 2000CFC-11 14000-17500 3500CFC-12 17000-20000 7300Il potere di riscaldamento globale viene definito come il rapporto tra il riscaldamento prodotto in uncerto arco di tempo dalla emissione di un chilogrammo di gas e quello prodotto dalla emissione diuna pari quantità di anidride carbonica.Per capire come è possibile intervenire per ridurre l’aumento dei gas serra nell’atmosfera, e quindiridurne l’effetto, è necessario sapere quali sono le fonti di provenienza di questi gas. La principalefonte di gas serra, a livello mondiale, è rappresentata, senza dubbio, dalla produzione e dalconsumo energetico, necessari per il mantenimento di tutti i processi industriali e agricoli e per gliimpianti di riscaldamento dei centri urbani: più del 50% del contributo totale all’effetto serra infatti èda ascrivere alla CO2, prodotto finale dello sfruttamento delle fonti energetiche tradizionali(combustibili fossili).Le emissioni derivanti dalle pratiche agricole, costituite da CH4 e da N2O, contribuiscono per circa il15% all’Effetto Serra, e si vanno facendo sempre più consistenti i contributi dovuti aiclorofluorocarburi (dell’ordine del 7-8%), usati una volta come gas propellenti e come fluidi comerefrigeranti per gli impianti di condizionamento. Un altro significativo contributo all’Effetto Serra(circa il 9%) viene dalla deforestazione di grandi superfici: l’abbattimento del manto vegetalecorrisponde ad una diminuzione dei processi fotosintetici e incide quindi sulla cinetica ditrasformazione della CO2 atmosferica.In seguito a indagini, effettuate sulle variazioni di temperatura del pianeta negli ultimi 200 anni, glistudiosi di questo problema ritengono, unanimemente, che l’aumento di concentrazione dei gasserra produca un effetto climatico per molecola pari a 2 Watt/m2, cioè ogni metro quadrato disuperficie terrestre trattiene una quantità extra di energia radiante pari a 2 Joules. Il dato, tuttavia,non consente di tradurre direttamente questa energia aggiuntiva trattenuta in termini di aumentodella temperatura; infatti, altri parametri, oltre i gas serra, concorrono seppur indirettamente afavorire un aumento di temperatura globale. Ciononostante, tutti concorrono, congiuntamenteall’aumento di concentrazione dei gas serra, all’incremento di temperatura globale che, negli ultimi100 anni, è stato valutato in 0,5oC.Allo stato attuale si tenta di studiare il fenomeno attraverso la messa a punto di modelli disimulazione, dai quali è possibile ricavare una ipotetica evoluzione di tutte le variabili e valutare,quindi la risposta rispetto ad alcune possibili assunzioni. Per mezzo di modelli di simulazione è
    • stato possibile ipotizzare una situazione in cui la concentrazione di CO2 sarà raddoppiata intornoall’anno 2030: nella situazione di equilibrio determinata da queste condizioni si verificherà unaumento di temperatura compreso tra 1,5 e 4,5 oC, con una temperatura media globale maggioredi circa 2 oC rispetto a quella di 200 anni fa.Diversi e tutti vitali sono i settori sui quali è certamente possibile e doveroso intervenire percontenere e ridurre l’aumento della temperatura per Effetto Serra. Il principale è senza dubbioquello della razionalizzazione dei consumi e del miglioramento dell’efficienza energetica neiprocessi industriali. L’altro importante settore è quello delle scelte delle fonti energetiche, nel sensodi ridurre drasticamente l’uso di combustibili fossili a favore delle fonti rinnovabili. Un terzo settore,di grande importanza per i riflessi che può avere sulla produzione globale di sostanze alimentari, èquello agricolo. Infine sarà necessario bloccare, attraverso accordi internazionali come il Protocollodi Kioto, i processi di deforestazione che, trasformando vaste aree in zone desertiche,impediscono l’assorbimento e la fissazione della CO2 rimandandone, per riflessione, grandiquantità nell’atmosfera.Ruolo degli aerosol nell’evoluzione del climaLe particelle di aerosol sono formate da aggregati molecolari o da minutissimi frammenti dimateriale solido di diversa natura, fissatisi insieme per adesione. In altri casi, come nelle foschie enelle nebbie, le particelle di aerosol sono piccole goccioline di acqua liquida, entro le quali ilmateriale insolubile rimane in sospensione e le sostanze solubili, come sali marini o solfati, si sonosciolte rapidamente. Queste particelle possono essere originate da processi naturali(risospensione, incendi, aerosol marino, polveri vulcaniche e desertiche) o da attività industriali,agricole e minerarie. La forma di una particella di aerosol è solitamente irregolare e di dimensioniche possono variare da pochi millesimi di mm (come negli aggregati molecolari, che si formanonelle aree urbane congestionate dallintenso traffico veicolare) a una decina di mm (come nel casodi particelle di origine marina o di particelle di combustione oppure particelle desertiche). E bennoto che le particelle di aerosol presenti in atmosfera possono produrre importanti processi discattering ed assorbimento della radiazione solare incidente. In seguito a tali processidinterazione, lalbedo del sistema costituito dalla superficie terrestre e dallatmosfera può risultareapprezzabilmente diversa da quella della superficie terrestre. Ad esempio, in aree del pianetacaratterizzate da insediamenti urbani a forte densità di popolazione e da attività industriali moltointense, le particelle di aerosol possono essere presenti in atmosfera in concentrazioni numericheassai elevate e mostrare caratteristiche ottiche fortemente influenzate dalla presenza di sostanzecarboniose che assorbono fortemente la radiazione solare. Essendo lalbedo del sistema"superficie-atmosfera" definita come la percentuale di radiazione incidente che viene riflessaindietro dal sistema su tutto lo spettro elettromagnetico, è evidente che un maggior assorbimentodella radiazione solare da parte delle particelle di aerosol comporta una diminuzione dellapercentuale di radiazione solare che può essere soggetta a scattering. In tal caso, diminuendo
    • anche lo scattering allindietro, lalbedo del sistema non può che decrescere.A causa delle forti interazioni tra le particelle di aerosol e le nubi, esistono anche importanti effettidi forzatura indiretta degli aerosol. Le variazioni nel carico e nelle caratteristiche degli aerosol ed inparticolare dei nuclei di condensazione (CCN) si ripercuotono indirettamente sullo sviluppo e sulleproprietà radiative delle nubi. La presenza di aerosol si ripercuote indirettamente anche sulcontenuto locale di umidità in atmosfera o sulle proprietà riflettenti, per esempio, di una superficiecoperta da neve. Mediante lunione degli effetti diretti e di quelli indiretti, il sistema climaticoterrestre può essere soggetto a forzature radiative positive o negative: le prime tendono ad unriscaldamento del clima mentre le seconde ad un raffreddamento. La forzatura radiativa causatadalle particelle di aerosol sembra quindi essere quasi comparabile come magnitudine, ma di segnoopposto, a quella prodotta dallaumento di gas serra introdotti in atmosfera nellultimo secolo.Occorre comunque precisare che se pur globalmente questi due processi sono comparabili,completamente differenti sono le scale spaziali e temporali su cui essi agiscono. A causadellomogeneità della distribuzione di un gas come la CO2 la forzatura radiativa prodottadallaumento di tale gas è uniformemente distribuita ed aumenta in maniera lineare, analogamentealla crescita della concentrazione di CO2. Al contrario la distribuzione assolutamente disomogeneadel carico aerosolico e delle sorgenti antropiche in particolare, fa si che la relativa forzaturaradiativa si concentri in poche aree e risulti governata anche dai processi di trasporto. Pensareperciò di annullare leffetto serra semplicemente aumentando la concentrazione ad esempio diparticelle carboniose è unidea priva di alcun senso. Nelle aree remote del pianeta il caricoatmosferico di particelle di aerosol è principalmente originato da processi naturali (spray marino,attività eolica, eruzioni vulcaniche, conversione da gas a particelle), cosicchè una percentualeassai modesta della massa di particelle di aerosol risulta possedere le caratteristiche fisico-chimiche proprie delle sostanze generate dalle attività industriali. Comunque, anche nelle areeartiche ed antartiche, la componente del carico di particelle originate da attività antropiche staaumentando di pari passo con laumento del carico aerosolico, quale si sta osservando alle medielatitudini e nelle aree più popolate. Questo lento ma continuo aumento potrà provocare effetti moltoseri sui processi di scambio radiativo che hanno luogo in aree come quella antartica, nelle qualilalbedo della superficie è di per sè molto elevata, grazie alla presenza di ampie distesecontinentali coperte da nevi e ghiacci perenni. Infatti, proprio perchè lalbedo presenta valori cosìgrandi, anche variazioni relativamente piccole del carico aerosolico possono causare variazioniapprezzabili dellalbedo del sistema superficie-atmosfera, tali da produrre effetti non trascurabilisullequilibrio radiativo locale. Il delicato equilibrio che governa tali aree rende tali variazionipotenzialmente in grado di originare mutamenti anche drammatici delle caratteristiche climatichedelle regioni di alta latitudine del nostro pianeta.Il ruolo dell’agricoltura nei cambiamenti climatici
    • L’uso della terra da parte dell’uomo causa un cambiamento della struttura della vegetazione e delbilancio idrico dell’ecosistema terrestre. I principali fattori che contribuiscono a questocambiamento sono di seguito riportati: Conversione delle foreste a campi arabili e al pascolo. Misure di irrigazione e di drenaggio. Dissodamento del suolo e fertilizzazione con azoto. Allevamento intensivo del bestiame e uso di tecnologie inadeguate per l’uso della terra.In generale, le cause principali del cambiamento nell’uso della terra sono gli interessi economicied un’aumentata richiesta di cibo dovuta all’aumento demografico.Il disboscamento consiste nella eliminazione della copertura vegetale per far posto a una diversautilizzazione del terreno: pascoli, campi coltivati, strade, costruzioni, canali, ecc…Nei paesi dellafascia temperata il disboscamento per far posto all’agricoltura è stato molto intenso nei secolipassati, mentre attualmente si è arrestato. Il disboscamento è invece una pratica molto diffusanelle regioni tropicali umide dove si pratica il sistema di “coltura itinerante”. L’impatto ambientaleconseguente alla trasformazione di un ecosistema primario in un agroecosistema è stato rilevatoaccuratamente in alcuni territori della Russia messi a coltura nel nostro secolo: nella steppa, doveprosperavano oltre trecento specie di insetti, con l’avvento dell’agricoltura si è assistito allascomparsa di oltre i due terzi delle specie e di quelle rimaste alcune hanno subito incrementidemografici impressionanti. Inoltre, mentre gli organismi pionieri negli ecosistemi immaturi sono ingrado di sopravvivere in mancanza o quasi di omeostasi, gli organismi selezionati artificialmenteperdono tali caratteristiche. In definitiva, “le piante coltivate sono tutte dei mostri biologici, anemici,ipertrofici, impotenti, che l’uomo deve continuamente difendere dall’assalto della nostra natura”.L’uso della terra può provocare una perdita di fitomassa, una diminuzione di materia organica e,dunque, un’alterazione del budget energetico. Questa alterazione non è ristretta alla scala localema ha pure un impatto regionale e globale. Ad esempio, la deforestazione provoca lamineralizzazione della sostanza organica del suolo e della lettiera. L’agricoltura, sia quellaindustrializzata che quella tradizionale, ha un impatto sull’aria, sul suolo e sulle risorse idrichesuperiore a quello di qualsiasi altra attività umana.L’uso della terra ha un grande impatto anche sul rilascio di metano. Il metano è prodotto dalladecomposizione della sostanza organica in condizioni anossiche dovuta a processi fermantativi diorganismi microbici (cf. Stevens e Laughlin 2001). Il metano contribuisce all’Effetto Serraantropogenico per circa il 13% (Enquete Kommission 1994). Il 20% circa delle emissioni di metanoderivano da sorgenti naturali nelle torbiere e nelle paludi, dove è favorita la produzione microbica acausa delle acque anossiche. L’allevamento intensivo di bestiame incide con la liberazione inatmosfera di circa 215 milioni di tonnellate di CH4 per anno, che corrispondono al 40% delleemissioni totali di metano e al 60% delle emissioni antropogeniche di CH4. L’allevamento delbestiame e la produzione di riso sono considerate tra le maggiori fonti di metano, una terza fonte
    • significativa è la pratica del taglia e brucia praticata ai tropici. La quantità di metano rilasciatadipende dal tipo di bestiame e dall’età degli animali. Un buon allevamento di animali tutti adulti puòrilasciare una quantità di metano superiore a 100 Kg/anno. In un allevamento industrializzato, peravere una miglior produzione di latte, si ha un rilascio di metano 5 volte superiore a quellorilasciato in una campagna sviluppata.La distruzione delle foresteDa quando ebbe inizio l’agricoltura all’incirca 10.000 anni fa, le attività dell’uomo hanno ridotto ilmanto forestale della Terra di almeno un terzo, dal 34% circa dell’intera superficie terrestre al 26%di cui solo il 12% sono ecosistemi forestali intatti.Ogni anno scompaiono decine di migliaia di chilometri quadrati di foreste tropicali. Ladeforestazione distrugge una risorsa naturale di grande valore in vaste aree del mondo in via disviluppo, porta all’estinzione di innumerevoli specie vegetali e animali e potrebbe avereconseguenze significative sul clima del pianeta.Una deforestazione così rapida espone i sistemi naturali a rischi gravissimi. Si stima che leemissioni di anidride carbonica nell’atmosfera dovute a questa pratica costituiscano dal 15 al 30%delle emissioni annue totali e diano un massiccio contributo all’Effetto Serra. Inoltre, con lascomparsa delle foreste tropicali viene rapidamente annientato l’habitat di numerosissime specievegetali e animali. Circa metà delle specie del nostro pianeta vive nelle foreste tropicali.La foresta, contribuisce per oltre il 40% alla produttività primaria, contiene l’80% di tutto il carbonioepigeo e il 40 % di quello ipogeo, e racchiude una grandissima frazione della biodiversità. Lamanomissione dei boschi ha radici profonde; accompagnando lo sviluppo delle civiltà, si èintrecciata a numerosi fattori economici e sociali. Fra 7500 e 4500 anni fa l’Europa era rivestita ingran parte da una foresta a prevalenza di latifoglie. Da allora una grande porzione di questaforesta è andata distrutta a causa del dissodamento agricolo e della pastorizia. Attualmente neipaesi dell’Unione Europea i boschi ricoprono meno di un quarto della loro superficie potenziale.Nella penisola italiana l’agricoltura e la pastorizia hanno causato la quasi completa scomparsadella foresta mediterranea e di quella planiziaria, di cui non rimangono che pochi relitti, laframmentazione dei boschi collinari e montani e un considerevole abbassamento del limitealtitudinale del bosco. La diversità di struttura e composizione dei boschi di oggi rispetto alleforeste primarie è pure dovuta alle scelte colturali dell’uomo.La deforestazione tropicale è fenomeno complesso che ha luogo con modalità variabili da regionea regione, con cause anche notevolmente differenziate. Schematicamente, tuttavia, queste causepossono essere ricondotte a due categorie:1) Cause di tipo interno. Legate alle esigenze energetiche e alle attività agricole delle popolazioniindigene o dei nuovi coloni.2) Cause di tipo esterno. Ruotano intorno ad interessi economici di ampia portata (esportazione dilegname verso i paesi industrializzati, allevamento di bestiame su ampie superfici, sfruttamentodi risorse minerarie, esecuzione di opere idrauliche, viarie e di urbanizzazione).
    • Le influenze della deforestazione tropicale sul clima sono da ricondurre soprattutto al contributoche essa darebbe all’effetto serra dell’atmosfera, determinato in gran parte dall’aumento dellaconcentrazione atmosferica di anidride carbonica. A lungo si è pensato che nella foresta tropicaleprimaria i flussi di anidride carbonica dall’atmosfera verso la vegetazione, dovuti al processofotosintetico, e quelli dalla vegetazione verso l’atmosfera, dovuti alla respirazione, grosso modo siequivalessero, rendendo quindi la foresta neutra in relazione al contenuto atmosferico in CO2. Inrealtà recenti misure, condotte con metodi micrometereologici, indicano che anche la forestavergine può rappresentare un termine di assorbimento della CO2: per la foresta primaria dellaRondonia (Brasile) è stata stimata una produzione primaria lorda di 203 moli di C m-2a-1e unarespirazione sistemica di 195, con un bilancio netto attivo di 8 moli di C m-2a-1, corrispondenti a unassorbimento di 1 t C per etto all’anno; questo dato risulta però sensibile alla temperatura, da cuidipende il tasso respiratorio. Comunque sia, è certo che la distruzione della foresta tropicaleinnesca processi fortemente dinamici per quanto riguarda il ciclo del carbonio. Infatti, dal quadroattivo o di sostanziale equilibrio della foresta primaria si passa a situazioni in cui gli scambi di CO2sono fortemente sbilanciati, in seguito ad intensi fenomeni di rilascio (processi di combustione) o diassorbimento (ricostruzione della foresta secondaria).Il rilascio di anidride carbonica che consegue alla eliminazione della foresta tropicale è legato alladecomposizione dei residui di biomassa legnosa e agli accelerati ritmi di decomposizione cuivanno incontro, per le mutate condizioni microclimatiche, la lettiera e la sostanza organica delsuolo. Negli ultimi 2000 anni è stato consumato, in seguito ai fenomeni di dissodamento agricolo,oltre un quarto del carbonio accumulato nel suolo durante le ere precedenti.Il risultato netto dipende dall’intensità relativa dei vari processi. Dove, per svariati motivi (elevatapressione antropica, condizioni climatiche sfavorevoli), non si verificano i presupposti per unripristino della copertura forestale e della biomassa originale, il risultato del taglio della forestatropicale si può tradurre in un rilevante flusso di carbonio verso l’atmosfera. Le previsioni suglieffetti complessivi del fenomeno non sono tuttavia facili, in quanto esiste incertezza sui tassi dideforestazione sulla velocità di ricostituzione della copertura forestale, sull’efficienza dei processidi combustione, sui possibili feed-back negativi che potrebbero favorire l’omeostasi dei sistemi.Una recente previsione prevede che, nel ventennio 1990-2010, il Brasile rappresenterà, ai tassiattuali di deforestazione e ricostituzione della foresta secondaria, una fonte di carbonio versol’atmosfera di 3-5 Pg. Dal momento che circa il 90% della foresta Amazzonica è a tutt’oggi intatta,quantità sempre più elevate di CO2 e altri gas ad Effetto Serra saranno rilasciati se il tasso dideforestazione aumenterà. Un effetto della deforestazione in senso opposto a quellodell’incremento termico postulato dall’Effetto Serra potrebbe essere determinato da variazioni dialbedo, il cui aumento nelle zone prive di copertura forestale potrebbe ridurre la radiazione netta equindi il calore a disposizione dell’ecosistema.La deforestazione in atto ai tropici può esercitare ripercussioni sul ciclo idrologico e comportare, inalcune zone, il pericolo della desertificazione. La foresta tropicale è, infatti, una grande produttrice
    • di nubi e di piovosità: nel bacino del Rio delle Amazzoni l’evapotraspirazione dalla coperturaforestale fornisce un contributo del 50% alle precipitazioni. Una maggiore durata dei periodisiccitosi può favorire condizioni di maggiore stress idrico, con seri problemi per l’agricoltura epossibilità di mutamenti verso forme di vegetazione xerofile.E’ stata avanzata pure l’ipotesi che la deforestazione tropicale possa determinare una diminuzionedella piovosità nelle zone temperate, in seguito all’aumento dell’albedo, che sarebbe responsabiledi una diminuzione dell’evapotraspirazione e di un indebolimento della circolazione atmosfericagenerale.Destabilizzazione del clima globaleUno dei maggiori rischi climatici, sostanzialmente differente dall’aumento della temperatura e dellivello delle acque, è rappresentato da cambiamenti repentini ed inaspettati del clima. La possibilitàche ciò si verifichi non è alta, ma si tratta di eventi difficili da prevedere, che se avvenisseroavrebbero un impatto molto forte sulla vita del pianeta. Il ristagno della grande corrente oceanica èuno di questi cambiamenti possibili. La corrente oceanica è una circolazione termosalina provocatadalla differenza di densità dell’acqua di mare, che è conseguenza della temperatura e della salinitàdelle acque. Questa corrente trasporta un’enorme quantità di calore verso nord e crea nell’Europaoccidentale un clima che è superiore in media di otto gradi rispetto alla temperatura media allestesse latitudini. Una modifica delle densità delle acque come risultato di un cambiamentoclimatico potrebbe portare ad un indebolimento o addirittura a un ristagno della corrente. In questocaso il clima nell’Europa nord occidentale diventerebbe come quello del Labrador e della Siberia:più di sei mesi di neve all’anno.Il modello di circolazione della corrente oceanica è sensibile alle perturbazioni che risultano daarrivi eccessivi di acqua fredda (precipitazioni, scioglimento di ghiacci) nel Nord Atlantico. I modelliclimatici indicano un aumento delle precipitazioni alle latitudini più alte. Come risultato di questeprecipitazioni, la corrente potrebbe iniziare a ristagnare tra 100-300 anni a partire da oggi. L’arrestodella corrente si avrebbe in meno di dieci anni. I carotaggi sui ghiacci indicano che in passato gliarresti della corrente hanno provocato abbassamenti della temperatura fino a 7 gradi Celsius.Questi carotaggi e modelli elaborati indicano che la corrente si ristabilirebbe, ma solo dopo unperiodo che va dai 100 ai 1000 anni (Broecker 1996).Dopo il lavoro di Broecker del 1996, una serie di gruppi che si occupano di modellazione harilevato una diminuzione nella forza della corrente se si forzano i valori dei gas serra, cheprovocherebbe un raffreddamento dell’Atlantico Settentrionale. Il processo sarebbe il seguente: unaumento delle precipitazioni ad alte latitudini porta ad una diminuzione della concentrazione salinadelle acque di superficie. Al momento, l’abbassamento dei livelli salini nelle vicinanze dellaGroenlandia spinge l’acqua tiepida con una minore salinità verso l’Atlantico Settentrionale. Questoabbassamento a latitudini elevate diminuisce e così potrebbe diminuire la forza di circolazionedella corrente. A lungo termine questa fonte di calore dell’Europa nord occidentale potrebberisultare fortemente indebolita.
    • Wood e colleghi (1999) presentano delle proiezioni relative al riscaldamento dovuto all’effetto serraelaborate insieme ad un modello climatico, che per la prima volta offre una simulazione realisticadelle correnti oceaniche su larga scala. Lo studio mostra che una delle due maggiori pompe cheguidano la formazione delle acque di profondità dell’Atlantico settentrionale potrebbe fermarsi nelgiro di qualche decennio. Come detto in precedenza, questo evento avrebbe conseguenzedrammatiche per la popolazione e gli ecosistemi dell’emisfero boreale, in particolare per l’Europa.La destabilizzazione del clima globale ha basse probabilità ma conseguenze difficili daimmaginare. Però, poiché il clima è un sistema complesso, unico e relativamente pocoapprofondito, anche questi fenomeni che hanno poca possibilità di avvenire ma che avrebbero unenorme impatto vanno presi in considerazione.Collegamenti con Altre DisciplineQuesta unità didattica permette collegamenti trasversali con la chimica, fisica, la storia e la lafilosofia.Verifica finale per l’accertamento degli obiettiviVerifica e valutazioneIl docente avrà la possibilità di valutare il raggiungimento degli obiettivi specifici dell’unità didatticada parte degli studenti attraverso una prova oggettiva o strutturata sotto forma di un test condomande della tipologia: vero-falso, a risposta multipla, di completamento e di corrispondenza o diabbinamento. Nell’ambito della verifica si prevede una piena trasparenza dei criteri di valutazionein modo da favorire l’autovalutazione del discente.Nel procedimento di valutazione il docente seguirà i seguenti criteri: acquisizione dei contenutispecifici della unità didattica, raggiungimento degli obiettivi minimi, capacità di partecipazione,attenzione, coinvolgimento, spirito di iniziativa; acquisizione delle capacità logiche, di analisi, disintesi, di rielaborazione personale, critiche; capacità di migliorare il processo di apprendimentorispetto al livello di partenza; modalità di svolgimento del lavoro sviluppato in aula; esame deiquestionari proposti.I risultati ottenuti dalla verifica effettuata consentiranno di formulare un giudizio complessivo perciascun alunno; inoltre consentiranno di attuare interventi mirati di recupero e potenziamento,utilizzando strategie diverse da quelle adottate precedentemente.Il potenziamento è finalizzato alla valorizzazione delle eccellenze, ed è indirizzato agli allievi chehanno raggiunto gli obiettivi specifici.Il recupero mira a facilitare il raggiungimento degli obiettivi ed è indirizzato agli allievi che nonhanno raggiunto tali obiettivi.Esempi di prove oggettive
    • Domande a risposta multipla: segna con una crocetta la risposta corretta fra quelle proposte. Adogni risposta esatta viene attribuito un punteggio di punti 1:Una carta equivalente mantiene inalteratoGli aerosol atmosferici sono costituiti daa)sostanze allo stato solidob) soluzioni concentratec) sostanze allo stato aeriformed) sospensioni di sostanze allo stato liquido e solidoDomande a completamento. Completa inserendo i termini corretti scegliendoli tra quelli proposti(totale punti 5):Leffetto più evidente dellaumento di anidride carbonica è un ......................... della temperaturamedia della Terra. Leffetto serra è un fenomeno naturale che consiste nell"intrappolamento" diuna radiazione energetica ad opera............................. La presenza attorno ad un pianeta diun ........................che assorbe parte dei raggi ..................... emessi dal suolo riscaldato dallaradiazione ricevuta dalla stella ne è un esempioDomande Vero – Falso. Per ciascuna affermazione indica se vera o falsa. Ad ogni risposta correttasarà attribuito 1 punto.Domande a risposta aperta. (punti 5):Che effetto hanno i fenomeni vulcanici sul clima globale?……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………Per le domande a risposta aperta verrà seguito il seguente criterio di valutazione: capacità di sintesi (1 punto); comprensione del testo (1 punto); utilizzo del linguaggio specifico (1 punto); livello di padronanza delle tematiche (2 punti).
    • ValutazioneIl punteggio massimo è di 30 punti. La sufficienza viene raggiunta con un punteggio di 18 punti. Ipunteggi potranno essere calcolati dagli stessi studenti dividendo il punteggio ottenuto dalla provacon il valore del punteggio massimo e moltiplicando il valore per 10. I valori decimali sarannoapprossimati o per eccesso o per difetto all’unità numerica più vicina.voto Conoscenza dell’argomento0-3 Nulla o scarsa conoscenza4 Conoscenza insufficiente5 Conoscenza Mediocre6 Conoscenza sufficiente7-8 Conoscenza buona9-10 Conoscenza ottimaSaranno previste attività di recupero (≤ 6) o di approfondimento (6,1 – 10)La tabella Griglia di valutazione complessiva, sarà accompagnata da un grafico esplicativo chemostrerà la condizione didattica del gruppo classe alla fine dell’Unità didattica.Attività di recupero e di approfondimentoIn base al risultato conseguito dai singoli alunni nelle prove di verifica, l’insegnante predisporràdelle attività di approfondimento per potenziare le conoscenze degli alunni che hanno conseguito imigliori risultati e delle attività di recupero per quelli che hanno evidenziato incertezze e lacunesugli argomenti trattati.L’attività di approfondimento riguarderà momenti in cui gli alunni verranno coinvolti nellacostruzione di mappe concettuali. Gli alunni che, invece, hanno evidenziato particolari lacune odifficoltà di inserimento nel percorso didattico, saranno coinvolti in un’attività di recupero cosìstrutturata: ripetizione da parte dell’insegnante o dei compagni dei concetti ancori poco chiari,rielaborazione dei concetti attraverso la somministrazioni di ulteriori test di verifica con tabelle,schemi e l’ausilio del libro di testo.
    • GRIGLIA DI VALUTAZIONE COMPLESSIVAPrerequisiti ObiettiviInteressemostratoComportamentodomande domande livello livelloAlunnoTot. Tot. Tot.Tot.TOT.AABBCC…Il comportamento verrà valutato sulla base alla “Tabella di valutazione del comportamento”esplicata in seguito.I tre livelli di giudizio verranno valutati singolarmente in modo da evidenziare il miglioramentoottenuto dal livello iniziale dei prerequisiti a quello finale riguardante gli obiettivi. Il comportamentodarà una stima del livello di partecipazione e dell’impegno del singolo studente.I tre livelli di giudizio verranno accorpati in un voto finale espresso in trentesimi.TABELLA DI VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTOComportamenti Livelli Voto in decimi
    • Partecipazione: costruttivaImpegno: notevoleMetodo: elaborativoA 9-10Partecipazione: attivaImpegno: notevoleMetodo: organizzatoB 8Partecipazione: recettivaImpegno: soddisfacenteMetodo: organizzatoC 7Partecipazione: da sollecitareImpegno: accettabileMetodo: non sempre organizzatoD 6Partecipazione: dispersivaImpegno: discontinuoMetodo: mnemonicoE 5Partecipazione: opportunisticaImpegno: deboleMetodo: ripetitivoF 3-4Partecipazione: di disturboImpegno: nulloMetodo: disorganizzatoG 2