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Il clima in un bicchier d'acqua: analogia idraulica
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Il clima in un bicchier d'acqua: analogia idraulica Il clima in un bicchier d'acqua: analogia idraulica Document Transcript

  • Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 Il clima in un bicchiere d’acqua: analogia idraulica Il clima del passato Strumenti di misura (1902-1999) Ricostruzione (1000-1980) Ricostruzione mediata su 40 anni Misurata dagli strumenti nel 1998 Anomalia di temperatura (ºC) rispetto alla media del periodo 1961-1990. Anni Il grafico nella figura rappresenta l’andamento della “deviazione”, o “anomalia”, di temperatura della Terra nell’emisfero boreale negli ultimi 1000 anni. Rappresenta cioè la differenza fra la temperatura superficiale media (con la parola “media” intendiamo mediata sulla superficie terrestre e sull’intero anno solare) e la temperatura media del trentennio 1961-1990, perciò la "deviazione" varia in prossimità dello zero. Poiché non esistono misure globali di temperatura antecedenti all’anno 1900, per gli anni precedenti la temperatura dei vari luoghi è stata ricostruita attraverso misure indirette (la linea blu), ovvero attraverso indicatori sensibili alle variazioni di temperatura quali l’accrescimento degli anelli degli alberi (più è freddo più gli alberi crescono adagio e gli anelli sono distanziati), l’utilizzo di carote di ghiaccio (la minore o maggiore presenza di alcuni elementi chimici nel ghiaccio accumulato in passato ci dice se in un certo periodo era più freddo o più caldo), la lettura di documenti storici (libri, diari, bollettini, lettere e perfino quadri..). Queste misure indirette sono state “calibrate” utilizzando le misure “vere” (la linea rossa che si 1
  • Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 sovrappone alla blu fino al 1980 e poi continua fino al 1998), cioè quelle eseguite con termometri sparsi in tutto il mondo, fra il 1902 e il 1980. La curva nera rappresenta una media temporale su 40 anni, serve per filtrare tutte le brusche variazioni annuali (che non sono quelle che ci interessano in un grafico su un periodo così lungo). Infatti, come potete notare, la linea nera ha meno “spigoli” di quella blu. La banda grigia intorno alle curve, rappresenta invece l’incertezza di queste misure. Notate che questa banda diventa più larga man mano che si procede indietro nel tempo: più si va indietro nel tempo più è difficile calibrare le misure indirette. Guardando questo grafico sicuramente noterete che per un periodo molto lungo di tempo (circa 900/950 anni) la temperatura media del nostro emisfero è stata piuttosto stabile. Certo vi sono state delle oscillazioni, alcuni periodi, lunghi alcune decine di anni, sono stati più freddi, altri più caldi, ma nel complesso l’andamento appare piuttosto stazionario. Che cosa influenza il clima terrestre? Vi siete chiesti come mai la temperatura media dell’atmosfera è stata così stabile per un periodo così lungo di tempo senza aumentare o diminuire più di tanto (notate che le oscillazioni delle curve in figura sono più piccole di mezzo grado)? Da cosa è determinata, in prima approssimazione, la temperatura media terrestre e quindi il clima? Il clima terrestre è determinato dalla differenza fra la quantità di energia che la terra riceve dal Sole e la quantità di energia che la Terra lascia partire verso lo spazio. Per cui se la radiazione solare che raggiunge il nostro pianeta rimane più o meno costante, anche la sua temperatura lo sarà, salvo piccole oscillazioni. La radiazione solare è stata effettivamente piuttosto costante nell’ultimo millennio, questo spiega in prima approssimazione perché la temperatura terrestre sia rimasta stabile per così tanto tempo… Ma cosa è successo poi? (Guardate la linea rossa nella figura, la temperatura non sembra più così costante nell’ultimo periodo) A partire dalla Rivoluzione Industriale (1850 circa) gli uomini hanno cominciato a immettere nell’atmosfera notevoli quantità di anidride carbonica (che si produce come effetto di tutti i processi di combustione) che come sappiamo è un gas “serra”, cioè un gas capace di intrappolare la radiazione infrarossa emessa dalla terra e quindi di scaldare il pianeta. Nel giro di 150 anni la quantità di questo gas in atmosfera è aumentata del 30% rispetto ai livelli preindustriali e continua ad aumentare. Per cui, a parità di radiazione solare incidente, l’aumento di temperatura che si osserva può essere causato da un aumento di quantità di energia “intrappolata”. 2
  • Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 Che cosa serve per l’esperimento • 1 serbatoio con un rubinetto di scarico • 1 striscia di carta adesiva graduata • 1 rubinetto di carico • 1 tubo di scarico Come si procede? • Chiudere il rubinetto di scarico del serbatoio • Riempire il serbatoio fino al livello 0 (equilibrio iniziale statico). • Aprire i due rubinetti di scarico e carico e cercare di raggiungere un nuovo equilibrio, che non sarà necessariamente al livello 0 di partenza (equilibrio dinamico). • Cercare di trovare altri equilibri dinamici regolando i rubinetti di carico e scarico adeguatamente. Per esempio: 1) lasciando invariata l’apertura dello scarico cercare di far variare il livello aprendo e chiudendo il rubinetto di carico; 2) lasciando invariato il flusso dal rubinetto di carico cercare di far variare il livello aprendo e chiudendo il rubinetto di scarico; • Riportare le misure dei livelli così raggiunti su di una tabella (o grafico) • Che cosa si osserva? Che cosa si osserva? Dopo aver aperto i due rubinetti (quello di carico e quello di scarico) e averli regolati in maniera opportuna raggiungiamo un livello di equilibrio nel serbatoio (equilibrio 3
  • Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 dinamico) che rimane stabile. Se vogliamo raggiungere un altro livello di equilibrio (per esempio più alto) possiamo agire in due modi: o aumentando il flusso di acqua dal rubinetto di carico, oppure chiudendo un po’ il rubinetto di scarico. Dobbiamo agire in maniera opposta se desideriamo raggiungere l’equilibrio a un livello più basso. Ma cosa c'entra tutto questo col clima? Spiegazione L’energia irradiata dal Sole è rappresentata dall’acqua che proviene dal rubinetto di carico. L’energia riemessa nello spazio dalla Terra è rappresentata dall’acqua che esce dal rubinetto di scarico. Col rubinetto di carico possiamo cambiare il “Sole”, con quello di scarico possiamo cambiare “l’atmosfera" (ovvero aumentare o diminuire la quantità di gas che intrappolano la radiazione). La temperatura di equilibrio della Terra è rappresentata dall’altezza dell’acqua nel serbatoio: tanto più calda è la terra (tanto più alto è il livello dell’acqua nel serbatoio) tanta più energia verrà ceduta dalla terra allo spazio (tanta più acqua scenderà dal rubinetto di scarico). Se teniamo fisso il rubinetto di scarico (ovvero se non cambiamo l’atmosfera), per cambiare il livello dell’acqua (ovvero per cambiare la temperatura di equilibrio) dobbiamo regolare diversamente il rubinetto di carico (il Sole). Se teniamo fisso il rubinetto di carico (il Sole), dovremo invece variare quello di scarico (l’atmosfera) per cambiare il livello dell’acqua (la temperatura). 4