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Autore: Donato Barone
Data di pubblicazione: 13 Ottobre 2020
Fonte originale:  http://www.climatemonitor.it/?p=53554

Avevo da poco finito di scrivere un articolo in cui analizzavo, tra l’altro, il modo piuttosto estemporaneo con cui la stampa generalista (dis)informa il grande pubblico, riguardo ai risultati di alcuni studi scientifici in grado di catalizzare l’interesse della pubblica opinione e dei gruppi di pressione politico/economica, che incappai in un altro caso piuttosto curioso. La mia attenzione fu attratta da una nota dell’ANSA con un titolo piuttosto preoccupante: “Dai gas serra temperature mai viste negli ultimi 50 milioni di anni“.

Viste le esperienze pregresse, pensai subito che l’agenzia di informazione nazionale avesse perseverato nel suo errore, per cui iniziai a ricercare la fonte della nota di agenzia: ANSA ha la pessima abitudine di non citare mai il titolo dell’articolo originale, cui si riferisce il lancio. Dopo una breve ricerca individuai la fonte della nota. Si trattava di un articolo pubblicato su Science da qualche giorno:

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An astronomically dated record of Earth’s climate and its predictability over the last 66 million years

La firma è di Thomas Westerhold ed altri 24 ricercatori che per ragioni di spazio non elenco. Voglio fare, però, un’eccezione per Claudia Agnini, Vittoria Lauretano e Fabio Florindo in quanto sono dei ricercatori italiani (da ora Westerhold et al., 2020).

Di questo articolo si è già occupato l’amico F. Zavatti qualche settimana fa. Egli ha analizzato, però, i materiali supplementari, per cui nelle righe che seguono mi concentrerò sul testo di Westerhold et al., 2020.

Dopo aver letto l’articolo, devo riconoscere che, questa volta, ANSA ha interpretato in modo abbastanza corretto la vicenda.

Un breve cenno a quello che considero l’aspetto più interessante di Westerhold et al., 2020, ovvero la ricostruzione delle temperature terrestri negli ultimi 66 milioni di anni, a partire da dati di prossimità, derivati da carote di sedimenti marini profondi.

La nostra storia inizia dal 1975, allorché alcuni studiosi ricostruirono per la prima volta l’evoluzione climatica terrestre negli ultimi 40 milioni di anni, attraverso lo studio dei resti fossili dei foraminiferi bentonici presenti nei sedimenti profondi. I foraminiferi sono organismi unicellulari ameboidi che popolano tutti gli ambienti acquatici terrestri e sono dotati di gusci mineralizzati che, a volte, assumono dimensioni eccezionali rispetto a quelle della cellula. I gusci dei foraminiferi sono una miniera di informazioni di inestimabile valore, in quanto consentono di ricostruire non solo le temperature atmosferiche, ma anche l’evoluzione dei volumi di ghiaccio terrestre e marino, la temperatura dell’acqua marina, le correnti oceaniche e via cantando. A partire dal 1975 sono stati recuperati moltissimi campioni di sedimenti marini ed ognuno di essi ha raccontato un pezzo della nostra storia climatica. Su queste pagine vi ho raccontato alcuni brani di queste storie, ma oggi, forse, potremo leggere l’intera storia climatica degli ultimi 66 milioni di anni.

La ricostruzione delle temperature terrestri in epoche remote viene effettuata mediante l’analisi delle variazioni del rapporto tra i vari isotopi dell’ossigeno. L’isotopo diciotto dell’ossigeno (δ18O) é legato in modo inverso alla temperatura dell’ambiente in cui vive l’organismo vivente: maggiore è la concentrazione dell’isotopo, minore è la temperatura e viceversa. Partendo dall’analisi di 14 carote ottenute perforando i fondali oceanici ed analizzando in via quasi esclusiva fossili di due ben precisi generi di foraminiferi, per ridurre al massimo gli errori dovuti al diverso modo in cui i protozoi assimilano l’ossigeno, Westerhold et al., 2020 ha potuto creare un’unica serie di dati relativi alla temperatura terrestre che copre un periodo di circa  sessantasei milioni di anni a partire da oggi. La serie ottenuta è quella riportata anche nell’articolo di F. Zavatti e che, per ulteriore chiarezza, riporto qui di seguito.

Fig. 1 tratta da Westerhold et al., 2020

Zavatti ha ampiamente commentato questo diagramma, per cui non mi dilungo più di tanto: a partire da 66 milioni di anni fa ad oggi le temperature sono diminuite anche se la diminuzione non è stata costante ed interrotta da periodi relativamente caldi e periodi relativamente freddi. E’ su questi periodi che mi soffermerò in modo più marcato.

Westerhold et al., 2020 hanno individuato quattro periodi caratteristici che essi definiscono stati: Hothouse, Warmhouse, Coolhouse ed Icehouse.

Lo stato Warmhouse si instaurò una prima volta tra 66 milioni di anni fa e 56 milioni di anni fa ed una seconda volta tra 47 milioni di anni fa e 34 milioni di anni fa. In questo periodo le temperature medie terrestri erano di circa 8°C maggiori di quelle attuali (scala termica a destra del diagramma).

Nel periodo compreso tra 56 milioni di anni fa e 47 milioni di anni fa, si colloca lo stato Hothouse caratterizzato da temperature medie di ben 10°C maggiori di quelle attuali (in media, ma con punte di anomalie che superano i 12°C). In questo stato è compreso anche il famoso massimo termale Paleocene-Eocene (PETM) lungo circa 150000 anni e verificatosi poco meno di 56 milioni di anni fa, durante il quale le temperature terrestri furono enormemente più alte di quelle attuali (in studi precedenti si parlava di circa 8-9 °C, ma sulla base dello studio che stiamo esaminando, i valori sembrano addirittura doppi).

Lo stato Coolhouse contraddistingue il periodo compreso tra 34 milioni di anni e 3 milioni di anni fa e, infine, lo stato Icehouse si sviluppa negli ultimi tre milioni di anni.  Durante gli stati Hothouse e Warmhouse non esistevano ghiacci terrestri e marini. Essi iniziarono a formarsi nello stato Coolhouse, durante il quale i ghiacci si concentravano soprattutto al polo sud.

Questi i risultati della ricerca.  Westerhold e colleghi non si sono accontentati, ovviamente, solo di questo, ma hanno cercato di capire perché si sono verificati questi particolari stati climatici. Hanno cercato, cioè, di individuare le cause che hanno determinato gli effetti descritti. E qui entriamo in un campo estremamente scivoloso e complesso.

Il sistema climatico terrestre è, secondo la definizione universalmente accettata, un sistema dinamico non lineare caotico, ovvero un sistema dinamico influenzato in modo determinante dalle condizioni di partenza. Secondo il mio modesto parere, il sistema climatico è caratterizzato da stati di equilibrio all’interno dello spazio delle fasi. Si tratta di stati di equilibrio caratterizzati da vari gradi di stabilità e fortemente dipendenti dalle relazioni tra le variabili che li caratterizzano. Un sistema dinamico come quello climatico, sempre secondo la mia modesta opinione, anche se si trova in una condizione diversa da quella di equilibrio stabile, tende a riportarsi in uno stato di equilibrio che può essere uguale o diverso da quello di partenza. L’insieme di tutti gli stati di equilibrio che il sistema climatico può assumere, determina una forma geometrica detta attrattore che può avere dimensione intera o frazionaria (in quest’ultimo caso l’attrattore si dice strano). La giustificazione di quanto ho appena finito di scrivere, deve essere ricercata nella storia del nostro pianeta: quando il sistema si è spostato rispetto a precedenti condizioni di equilibrio, ne ha raggiunte altre, simili a quelle precedenti (periodi glaciali e periodi interglaciali ne sono un esempio). Westerhold et al., 2020, dimostra che nel corso delle ere geologiche il nostro pianeta ha conosciuto periodi caratterizzati da stati climatici molto diversi gli uni dagli altri. A periodi freddi sono succeduti periodi caldi e viceversa ed ognuno di questi periodi è stato caratterizzato da un grado più o meno elevato di stabilità. Questo non significa che il clima è stato costante all’interno di un certo periodo o stato. Il sistema ha conosciuto variazioni ad alta frequenza, caratterizzate da oscillazioni intorno al suo attrattore. A titolo puramente e grossolanamente esemplificativo, possiamo pensare al sistema climatico come ad un pendolo semplice che oscilla intorno al suo attrattore. Nel caso del pendolo tale attrattore è, ovviamente, il punto della traiettoria più vicino al piano orizzontale di riferimento.

A questo punto appare chiaro il significato degli stati individuati da Westerhold et al., 2020: si tratta di stati di equilibrio del sistema climatico terrestre particolarmente stabili. I ricercatori sono giunti a questa conclusione sottoponendo i dati ad una serie di analisi statistiche (in particolare l’analisi delle ricorrenze) che hanno consentito di individuare i quattro “blocchi” climatici precedentemente elencati e che costituiscono altrettanti stati di equilibrio del sistema climatico. Questo tipo di analisi consente, inoltre, di stabilire se un sistema si comporta in modo stocastico (dominato dal caso), caotico o periodico (regular, secondo la dizione dell’articolo). L’analisi consente, in altre parole, di stabilire la prevedibilità o meno del comportamento del sistema climatico in risposta a opportune forzature.

Westerhold et al., 2020 analizza la risposta del sistema climatico a due tipi di forzature: quella astronomica e quella relativa alla concentrazione di diossido di carbonio nell’atmosfera. L’analisi dei sedimenti bentonici consente, infatti, di ricostruire la concentrazione di diossido di carbonio nell’atmosfera attraverso il dosaggio dell’isotopo 13 del carbonio (δ13C).

A questo punto della discussione abbiamo gettato le basi per poter giungere alle conclusioni.

L’analisi delle ricorrenze applicata alla concentrazione dell’isotopo 18 dell’ossigeno (proxi della temperatura) consente di individuare i quattro stati climatici essenziali che ho già elencato. L’analisi delle ricorrenze applicata alla concentrazione dell’isotopo 13 del carbonio consente di individuare alcuni sottoperiodi dei quattro stati climatici principali. Personalmente condivido le conclusioni di Westerhold e colleghi in quanto i diagrammi in cui sono rappresentati i risultati delle analisi delle ricorrenze (fig. 2 dell’articolo), lasciano poco spazio alle interpretazioni. Condivido, infine, un’altra delle conclusioni di Westerhold e colleghi: il periodo climatico che copre gli ultimi 3 milioni di anni è del tutto diverso da quelli precedenti. L’analisi delle ricorrenze mette in evidenza, infatti, la mancanza di una trama ben definita che possa essere assimilata a quanto accadeva nelle epoche precedenti: stiamo vivendo un momento unico nel corso degli ultimi 66 milioni di anni. E’ solo per eccesso di pignoleria che voglio precisare che tale periodo eccezionale non è iniziato nel secolo scorso o due secoli fa, ma dura da oltre tre milioni di anni: l’uomo non c’entra nulla con la sua eccezionalità, anzi è proprio questa diversità dello stato del sistema climatico rispetto a quelli del passato che, forse, ha reso possibile la nascita e lo sviluppo della specie umana.

L’analisi condotta, ha consentito di accertare che nel corso del tempo il sistema climatico ha assunto caratteristiche diverse:

  • durante lo stato Warmhouse il sistema climatico era relativamente prevedibile tanto da poter essere considerato, quasi un sistema deterministico;
  • lo stato Hothouse fu caratterizzato, invece, da una minore prevedibilità ed in qualche caso il sistema tendeva ad assumere un comportamento stocastico;
  • il periodo caratterizzato dallo stato Coolhouse fu contraddistinto da una prevedibilità molto bassa e la casualità divenne il tratto qualificante del sistema climatico.

Durante l’ultimo periodo (lo stato Icehouse) il sistema climatico ha raggiunto il minimo livello di prevedibilità. Gli autori avanzano l’ipotesi che la comparsa delle calotte glaciali terrestri ha reso il sistema climatico terrestre meno prevedibile e, infatti, il crollo del grado di prevedibilità del sistema, coincide con la comparsa delle calotte glaciali terrestri. Qualche dubbio e perplessità riguarda l’ultima parte del periodo analizzato. Mentre nel periodo compreso tra 66 milioni di anni fa e 15 milioni di anni fa il grado di prevedibilità del sistema desunto dall’analisi della concentrazione del (δ18O) e quello desunto dalla concentrazione del (δ13C) risultano concordi, nel periodo successivo entrano in opposizione di fase, per cui, oggi, il sistema tende ad assumere un comportamento stocastico se consideriamo l’analisi riferita al (δ13C), meno casuale se consideriamo l’analisi relativa al (δ18O). Quando succede una cosa del genere, c’è sempre qualcosa che non va: gli autori passano questo fatto sotto silenzio, ma esso è nei fatti, chiaramente visibile nei diagrammi.

Applicando la trasformata veloce di Fourier al set di dati a disposizione, Westerhold et al., 2020, individua lo spettro dei periodi che caratterizzano le oscillazioni climatiche registrate. La conclusione è che nelle epoche più lontane da noi, il clima era guidato dalle oscillazioni astronomiche di lungo e lunghissimo periodo: da 100000 a 400000 anni. A partire da circa 40 milioni di anni fa, è aumentato il numero di cicli con periodo più breve: la frequenza con cui si presentano i periodi compresi tra 21000 e 100000 anni, è diventata confrontabile con quella dei periodi maggiori di 100.000 anni. Ciò significa che il clima terrestre risponde in modo differente ai cicli astronomici, a seconda dello stato fondamentale in cui si trova.

Questa conclusione di Westerhold e colleghi mi lascia piuttosto perplesso. L’esame dei periodogrammi relativi ai due isotopi presi in considerazione, dimostra che essi non sono completamente sovrapponibili, per cui le conclusioni a cui giungiamo, sono viziate dal tipo di isotopo preso in considerazione. Quale consideriamo più attendibile, il periodogramma dell’ossigeno o quello del carbonio? Francamente non lo so, ma credo che non lo sappiano neanche gli autori dell’articolo. Diciamo che, in via di larga massima, possiamo accettare l’idea che è cambiata nel corso del tempo la sensibilità del sistema climatico alle forzature astronomiche, ma poco o nulla possiamo dire circa la causa di ciò.

Ad onor del vero Westerhold et al., 2020 sembra piuttosto sicuro circa le cause del cambiamento della sensibilità del sistema alle forzature astronomiche. Gli autori della ricerca individuano nel diossido di carbonio e nel volume dei ghiacci terrestri la causa che ha determinato il cambiamento della sensibilità climatica alle forzature astronomiche. Per quel che riguarda il volume del ghiaccio, non ho difficoltà a dargli ragione relativamente alla prevedibilità del comportamento del sistema: i diagrammi sono piuttosto espliciti. Non sono d’accordo, invece, per quel che riguarda il diossido di carbonio. Le mie perplessità nascono da alcune considerazioni relative ai diagrammi presenti nell’articolo.

La figura 2 di Westerhold et al., 2020 (pannelli A e B) riporta i risultati dell’analisi delle ricorrenze condotta per i due isotopi presi in considerazione (ossigeno e carbonio). Mentre quella relativa all’ossigeno mostra chiaramente i quattro stati climatici descritti dai ricercatori, quella relativa al carbonio non è altrettanto esplicita: la trama che l’analisi genera è piuttosto costante e le discontinuità sono molto meno marcate e di ampiezza piuttosto ridotta. Nulla a che vedere con la trama generata dall’analisi delle ricorrenze applicata all’isotopo dell’ossigeno: sembrano due sistemi del tutto diversi.

Neanche su questa diversità emergente dalle analisi, gli autori si pronunciano.

E veniamo ora agli ultimi due pannelli della figura 2 (C e D). Essi rappresentano le relazioni tra l’isotopo dell’ossigeno e quello del carbonio bentonici nel corso del tempo, come desunte dai due pannelli precedenti (C) e tra l’isotopo dell’ossigeno e le concentrazioni atmosferiche di CO2 (D). Partendo dal pannello C possiamo dire che, al netto delle perplessità che ho illustrato in precedenza, si può certamente ipotizzare un legame diretto: entrambi gli isotopi sono reperiti nello stesso foraminifero e nello stesso ambiente. La figura che si ottiene è piuttosto complessa, ma riesce a darci un’idea di come le concentrazioni dei due isotopi si correlassero nel corso del tempo.

Nel pannello D la correlazione che si esamina è quella tra la concentrazione dell’isotopo dell’ossigeno e quella della concentrazione atmosferica di diossido di carbonio che, come detto all’inizio, dovrebbe essere correlata con quella dell’isotopo 13 del carbonio. Questo pannello ha, secondo me, un unico scopo: tirare in ballo (forse per i capelli) il diossido di carbonio e fargli “guidare” il clima. Non si spiegherebbe, infatti, perché diavolo gli autori hanno introdotto in tale diagramma non solo le effettive concentrazioni dell’anidride carbonica atmosferica, desunte dalle concentrazioni dell’isotopo 13 del carbonio, ma anche la concentrazione di CO2 al 2100 desunta dallo scenario di emissione RCP 8.5! Il tutto per affermare che, se tutto va bene, torneremo a condizioni climatiche del tipo Warmhouse o, addirittura, Hothouse.

Un mio compianto cliente avrebbe detto: per un cucchiaio d’olio, abbiamo rovinato la pietanza. Uno studio ben fatto, ben argomentato, ben articolato, ma rovinato da una palese contraddizione in termini. Stupisce, infatti, che gli autori temano che il sistema climatico possa tornare nello stato Warmhouse o Hothouse, se le concentrazioni di diossido di carbonio atmosferico saranno quelle del fantasioso ed irrealistico scenario di emissioni RCP 8.5, ma non si preoccupino minimamente del fatto che, con le attuali concentrazioni di CO2, dovremmo essere nel pieno dello stato Warmhouse. Questo è quello che dice il loro diagramma (fig. 2 pannello D).  Fortunatamente ne siamo ancora abbastanza lontani.

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