2 maggio 2018 - 7:00 am Pubblicato da
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Autore: Donato Barone
Data di pubblicazione: 24 Aprile 2018
Fonte originale:  http://www.climatemonitor.it/?p=48199

Uno degli attori principali del clima terrestre è rappresentato dalla circolazione termoalina. Si tratta di correnti marine che ridistribuiscono il calore accumulato nelle acque tropicali in tutto il globo. Il meccanismo è molto complesso, ma in modo estremamente schematico può essere schematizzato così come segue. Le acque marine hanno una densità variabile in funzione della temperatura e della salinità. Nelle aree tropicali le acque superficiali si riscaldano per effetto della forte irradiazione solare, mentre nelle aree polari e circumpolari esse sono molto più fredde e salate a causa della scarsa insolazione. Nelle aree polari le acque superficiali tendono, pertanto, a sprofondare, richiamando acqua più calda dalle latitudini più basse che trasporta enormi quantità di calore dalle aree tropicali a quelle polari. Man mano che le acque che si muovono dall’equatore ai poli cedono calore all’atmosfera, diventano più dense e salate fino a che non raggiungono le condizioni che le fanno inabissare in corrispondenza delle latitudini più settentrionali o più meridionali. Si creano, in altre parole, delle gigantesche celle convettive che condizionano in modo pesante il clima terrestre.

Secondo un articolo di Tzedakis e colleghi del 2012 (qui su CM) che io considero fondamentale, la concordanza tra particolari condizioni astronomiche e particolari condizioni della circolazione termoalina, è in grado di innescare le glaciazioni e determinare i periodi glaciali ed interglaciali.

In un articolo del 2015 Buizert e collaboratori (qui un ampio resoconto) mettevano in evidenza come le condizioni climatiche dei poli fossero caratterizzate da un comportamento opposto: a periodi più caldi nell’emisfero nord, corrispondevano periodi più freddi nell’emisfero sud e viceversa. La responsabilità  di questo comportamento apparentemente strano dei due poli terrestri, definita anche “altalena bipolare”, deve essere ricercata principalmente nell’AMOC (acronimo che sta per Atlantic Meridional Overturning Circulation). Secondo Buizert e colleghi un raffreddamento della Groenlandia è in grado di innescare un riscaldamento dell’area antartica e viceversa, con uno sfasamento temporale di circa 200 anni. Il mezzo con cui il segnale climatico si trasmette dal polo settentrionale a quello meridionale è rappresentato principalmente  dalla circolazione termoalina che caratterizza l’Oceano Atlantico. In questa figura (fonte IPCC), sono visibili i principali rami che caratterizzano la circolazione termoalina.

Recentemente G. Guidi ha  scritto un post che commentava due studi pubblicati quasi contemporaneamente su Nature. Volevo sviluppare qualche considerazione sull’argomento in un commento al post di G. Guidi, ma mi sono accorto che avevo bisogno di più spazio e, quindi, ho pensato di scrivere questo post.

Entrambi gli studi segnalati, individuano un rallentamento dell’AMOC del 15% circa rispetto ai decenni o secoli precedenti. Questo è, però, l’unico aspetto che accomuna i due lavori, per il resto essi sono del tutto diversi: per le metodologie utilizzate, per il periodo indagato e per le cause del rallentamento. Nel primo,

Anomalously weak Labrador Sea convection and Atlantic overturning during the past 150 years

D.J.R. Thornalley e colleghi (da ora Thornalley et al., 2018), hanno ricostruito i cambiamenti verificatisi in AMOC mediante due serie di campioni prelevati in corrispondenza della piattaforma del Labrador. I ricercatori hanno analizzato la granulometria del limo contenuto nei campioni allo scopo di individuare il diametro caratteristico delle varie epoche. Secondo uno studio pubblicato nel 1995 su AGU da A. McCave e colleghi, la velocità delle paleocorrenti marine è correlata al diametro caratteristico dei sedimenti marini. In particolare McCave e colleghi accertarono che i grani di limo di diametro superiore a 10 micrometri, si rinvengono nella pila di sedimenti in concentrazioni che dipendono da processi idrodinamici, ovvero dalla velocità delle correnti che li trasportano.

Applicando ai sedimenti marini da loro studiati i risultati di McCave e colleghi, Thornalley et al., 2018, hanno potuto ricostruire il profilo delle velocità del ramo freddo dell’AMOC nel nord Atlantico in corrispondenza della costa del Labrador. Il periodo indagato copre circa 1600 anni e consente di individuare diversi periodi in cui si sono registrate variazioni della velocità del ramo settentrionale della Corrente del Golfo a nord di Capo Hatteras. Analizzando la fig. 3 dell’articolo si nota una notevole variabilità multidecadale della velocità della Corrente del Golfo (ramo del Labrador), ma la velocità oscilla intorno ad un valore medio che può essere considerato costante: non si riescono ad individuare trend secolari significativi. Ciò fino alla metà del 19° secolo. A partire da quel momento continuano ad osservarsi delle oscillazioni multidecadali, ma esse avvengono in presenza di una netta tendenza negativa.

Lo studio utilizza un approccio che potremmo definire sperimentale in quanto inferisce la velocità della corrente da misure effettuate in loco, ma offre il fianco ad una critica fondata: il rallentamento della corrente registrato nei sedimenti, potrebbe essere un fatto locale e, quindi, scarsamente rappresentativo dell’intera Corrente del Golfo e, quindi, di AMOC. In realtà i ricercatori hanno affrontato anche questo problema in quanto hanno messo in correlazione le variazioni di velocità rilevate nell’area oggetto di indagine, con la densità del Labrador Sea Water (che rappresenta la parte principale della North Atlantic Deep Water) e con la temperatura del Vortice Sub-polare. Si tratta di correlazioni estremamente importanti, in quanto consentono di generalizzare le conclusioni dello studio all’intera AMOC.

L’altro studio,

Observed fingerprint of a weakening Atlantic Ocean overturning circulation

di L. Caesar e colleghi (da ora Caesar et al., 2018), ricostruisce la velocità della Corrente del Golfo sulla scorta di elaborazioni modellistiche basate sulla suite di modelli CMIP5 e del modello climatico CM2.6. Questo modello oceano-atmosfera opera su una griglia di 50 km di lato in atmosfera e 10 km di lato in acqua e consente di simulare le temperature superficiali del mare (SST) per poterle confrontare con quelle disponibili a partire dalla seconda metà del 19° secolo. Il ragionamento seguito da Caesar et al., 2018 è condivisibile: la temperatura superficiale dell’Oceano Atlantico settentrionale dipende principalmente dal calore trasportato dal ramo superficiale di AMOC, per cui le sue variazioni dipendono dalla velocità della corrente. Il modello è stato fatto girare due volte. In una prima simulazione si è considerata costante la concentrazione di CO2 atmosferica per 80 anni (al livello del 1860). In una seconda simulazione si è incrementata la concentrazione della CO2 secondo una tendenza costante dello 1% all’anno per 70 anni e la si è mantenuta costante per altri 10 anni. Gli output sono costituiti dalle temperature superficiali del mare. Particolarmente importanti appaiono quelle determinate in due punti ben precisi: in corrispondenza della Corrente del Golfo ed in corrispondenza del Vortice Sub-polare. Confrontando gli output del modello con i dati misurati, si nota che essi differiscono di un fattore 4: quelli sperimentali sono 4 volte più grandi (o 4 volte più piccoli, dipende dal segno) di quelli misurati. Tale differenza deve essere ricercata nella diversità tra il forcing utilizzato per il modello e quello storico: se ho ben capito, gli autori non hanno potuto utilizzare il forcing storico a causa degli elevati costi di utilizzo del modello. A parte la differenza di scala, il pattern generato dal modello non è molto diverso da quello derivato dai dati di SST che gli autori hanno utilizzato (fig. 1 dell’articolo). Caesar et al., 2018, sulla scorta di altri studi citati in bibliografia, concludono che il pattern delle temperature superficiali marine, evidenziato tanto dalla simulazione che dai dati, (riscaldamento lungo le coste nord-americane e raffreddamento del Vortice Sub-polare) è compatibile solo con un rallentamento dell’AMOC. Sulla base delle SST misurate nel corso dei secoli, si vede che la tendenza al riscaldamento della superficie marina lungo le coste nord-americane ed il raffreddamento del Vortice Sub-polare, si manifesta a partire dalla metà del XX secolo.

Questi sono in estrema sintesi ed a mio giudizio, i punti salienti dei due studi. Ed a questo punto cominciano i problemi che, sempre secondo me, sono molti ed anche grossi.

Caesar et al., 2018 considera il rallentamento dell’AMOC una conseguenza del riscaldamento globale di origine antropica in quanto i suoi risultati dimostrano che solo in un mondo in cui agisce il forcing antropico può verificarsi un rallentamento della Corrente del Golfo. Secondo questa tesi è a partire dal 1950, infatti, che il riscaldamento globale guidato dal diossido di carbonio di origine antropica, ha cominciato a far affluire nell’Oceano Atlantico l’acqua dolce derivante dallo scioglimento dei ghiacciai della calotta groenlandese e, quindi, a frenare l’AMOC o, il che è lo stesso, a far abbassare di latitudine il punto in cui si verifica l’inversione del verso del moto. Sembra ovvio, a questo punto, che in un mondo più caldo le cose non possono che peggiorare, con conseguenze che possiamo solo immaginare.

Thornalley et al., 2018 dimostra, invece, che il rallentamento della Corrente del Golfo deve essere imputato a cause del tutto naturali in quanto esso è avvenuto a partire dalla fine della Piccola Era Glaciale.  Fu in tale epoca, infatti, che le calotte glaciali terrestri cominciarono a sciogliersi, facendo affluire nell’Oceano Atlantico le acque dolci che hanno determinato il trend climatico evidenziato dai dati di prossimità che gli autori dello studio hanno esaminato.

Chi ha ragione? Molto difficile dare una risposta definitiva sulla scorta dei dati a disposizione. Personalmente propendo per Thornalley et al., 2018 per diversi motivi. Secondo Tzedakis e colleghi del 2012 il segnale climatico che determina l’altalena bipolare, parte dal Nord Atlantico e si propaga fino all’Antartico. Ciò presuppone che il fenomeno non è nuovo, ma si è verificato molte e molte volte nel corso del tempo. Appare, pertanto, riduttivo attribuire alla sola CO2 antropica l’effetto di rallentare la Corrente del Golfo. Deve esistere, in altre parole, un meccanismo naturale che determina anomalie nell’AMOC. La tesi di Thornalley et al., 2018 mi sembra più lineare, semplice e logica di quella di Caesar et al., 2018: cessato un periodo freddo, i ghiacciai si sciolgono e il maggior afflusso di acque fredde e dolci genera anomalie in AMOC.

Secondo Caesar et al., 2018 le anomalie di AMOC iniziano a manifestarsi nel 1950 ed i suoi dati suffragano l’ipotesi. Chi ci garantisce, però, che quella del 1950 non sia parte di un’oscillazione secolare che la lunghezza della serie non consente di individuare?

Thornalley et al., 2018 lavora, invece, su diverse centinaia d’anni per cui il segnale climatico che emerge dalle sue elaborazioni, mi sembra più solido di quello di Caesar et al., 2018.

Tanto Thornalley et al., 2018 che Caesar et al., 2018 utilizzano dei modelli matematici per simulare il comportamento di AMOC nel passato per cui, da questo punto di vista, potrebbero essere considerati alla pari. Anche sotto questo aspetto, però, io preferisco Thornalley et al., 2018, perché l’uso del modello mi sembra meno invasivo e, soprattutto, prescinde dalla CO2.

Nel caso di Caesar et al., 2018 c’è anche l’aggravante della simulazione che copre un arco temporale sperimentale diverso da quello storico. Un sistema complesso come quello climatico, reagisce in modo diverso rispetto a piccole variazioni delle condizioni iniziali. Se io modello la variazione della concentrazione di CO2 in modo diverso da quanto è avvenuto effettivamente (anche se su questo avverbio ci sarebbe molto da dire), chi mi garantisce che il sistema si comporti allo stesso modo? Nessuno e, difatti, il sistema, ammesso e non concesso che il modello riesca a rappresentarlo in modo efficace, mostra delle anomalie che sono ben 4 volte maggiori di quelle misurate. Caesar et al., 2018 dicono che è solo un fatto di scala, ma io ho qualche perplessità in merito proprio a causa della complessità del sistema che, ricordiamocelo bene, non ha affatto un comportamento lineare.

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