Moti millenari della Terra e variazioni climatiche

La durata di ogni stagione astronomica dipende dalla velocità con cui la Terra percorre il tratto di orbita corrispondente. Poiché la precessione degli equinozi fa variare la posizione delle stagioni sull’orbita, ne deriva nel corso dei millenni anche una variabilità della loro durata (vedi figura).

Attualmente il semestre autunno-inverno cade per il nostro emisfero boreale nel settore dell’orbita terrestre più vicino al perielio, dove la Terra ha una velocità di rivoluzione maggiore, e perciò esso dura circa 7 giorni e 6 ore in meno del semestre primavera-estate, che corrisponde al tratto di orbita più vicino all’afelio (dove la velocità della Terra è minore). Ma fra 10 500 anni circa la situazione sarà opposta.

A questo bisogna aggiungere che la distanza Terra-Sole, variabile nel corso dell’anno, influisce anche sul riscaldamento, sebbene in misura non considerevole. Se un emisfero ha il suo inverno quando la Terra è alle minori distanze dal Sole – come avviene attualmente per l’emisfero boreale – questo sarà meno freddo e la stagione estiva sarà meno calda perché più lontana dal Sole. Quando ciò si verifica in un emisfero, nell’altro si ha la situazione opposta. A causa della precessione degli equinozi si ha un continuo cambia mento di questo stato di cose: i due emisferi passano alternativamente dall’una all’altra situazione.

L’oscillazione dell’escursione calorica annua (cioè la differenza di riscaldamento fra le due stagioni estreme) prodotta dalla precessione degli equinozi varia di intensità con il tempo, in conseguenza di un altro moto millenario del nostro pianeta, e cioè della variazione dell’eccentricità dell’orbita poiché con essa varia la differenza tra le distanze Sole-afelio e Sole-perielio.

Anche il mutamento dell’inclinazione dell’asse terrestre ha importanti effetti sulle condizioni climatiche del nostro pianeta. Difatti, quando l’inclinazione dell’asse – rispetto alla perpendicolare al piano dell’orbita – assume i valori maggiori, il contrasto stagionale diventa più marcato; nel caso opposto tale contrasto si riduce. Data la lentezza di questi movimenti, le variazioni climatiche che essi inducono sono estremamente graduali e pertanto sfuggono all’osservazione diretta. Sappiamo però che sono una delle cause principali delle glaciazioni.

precessione-degli-equinozi

(In alto in figura) Precessione degli equinozi. II moto doppio-conico dell’asse terrestre fa mutare la disposizione nello spazio del piano equatoriale celeste (che è perpendicolare all’asse) e quindi determina la rotazione in senso orario dell’intersezione tra tale piano e il piano dell’Eclittica, ossia della linea degli equinozi (precessione).

Le glaciazioni

Il fatto che i tre movimenti millenari descritti non alterino sostanzialmente l ‘insolazione totale della Terra, ma soltanto la sua distribuzione alle diverse latitudini e nel corso dell’anno, potrebbe far pensare che i loro effetti sul clima siano di modesta entità. È invece ormai accettata l’ipotesi – proposta dall’astronomo M. Milankovitch nella prima metà del Novecento – secondo la quale le glaciazioni che si sono verificate verosimilmente cinque volte nel corso degli ultimi 2 milioni di anni siano da mettere in relazione con i principali moti millenari del nostro pianeta.

Una delle cause determinanti dell’alternarsi di età glaciali ed età interglaciali non è tanto la variazione dell’insolazione globale della Terra, ma piuttosto l’insolazione estiva, la quale alle alte latitudini può variare anche del 20%, cioè molto più che l’insolazione totale, in conseguenza dei moti millenari della Terra (vedi figura). Infatti, nelle zone poste alle alte latitudini (ed anche sui rilievi montuosi che raggiungono le quote più elevate) la neve si accumula facilmente anche durante un inverno relativamente mite, come è quello che si verifica quando la Terra si trova in prossimità del perielio. Ma è importante considerare quanta della neve caduta in inverno riesce a conservarsi durante l’estate: ciò dipende essenzialmente dall’entità dell’insolazione estiva.

variazione eccentrica


(In alto in figura) La variazione dell’eccentricità dell’orbita modifica l’intensità delle oscillazioni climatiche dovute alla precessione degli equinozi.

A La situazione più favorevole allo sviluppo del le coltri glaciali nell’emisfero boreale. L’inverno cade in prossimità del perielio ed è quindi più mite, mentre l’estate cade in prossimità dell’afelio ed è quindi più fresca; contemporaneamente la massima eccentricità dell’orbita diminuisce la distanza Sole-perielio ed aumenta quel la Sole-afelio, mitigando ancora di più l’inverno e rendendo ancor più fresca l’estate.

B Per l’emisfero boreale questa è la situazione più sfavorevole all’espansione glaciale; l’estate infatti risulta particolarmente calda, sia perché si verifica in peri e I io, sia perché quest’ultimo si trova al la sua minore distanza possibile dal Sole.

C., D. In queste situazioni si hanno condizioni climatiche intermedie rispetto al le due precedenti.

Se la radiazione solare che raggiunge le alte latitudini durante la stagione estiva è inferiore alla norma, come accade quando l’estate si verifica in afelio, le nevi cadute durante la stagione fredda non riescono a sciogliersi completamente, ma si vanno accumulando di anno in anno e lentamente si trasformano in ghiaccio. In questo modo cominciano ad espandersi le calotte di ghiaccio e il nostro pianeta entra in un’età glaciale. Se invece durante l’estate l’insolazione aumenta, come accade quando questa stagione si verifica al perielio, si scioglie una quantità di ghiaccio maggiore di quella che può essere sostituita dalle nevi invernali; quindi i ghiacciai tendono a ritirarsi e sulla Terra si instaura un clima più caldo (interglaciale).

Tra i fattori che contribuiscono a rendere il clima terrestre difficile da interpretare – e quindi da prevedere – vi sono i cosiddetti processi di retroazione: si tratta di meccanismi che, innescati dal riscaldamento (o dal raffreddamento), possono ulteriormente rinforzare l’effetto di riscaldamento (o quello di raffreddamento), nel qual caso sono detti positivi, oppure possono contrastarlo, nel qual caso sono detti negativi (vedi figura). La ricerca scientifica ne continua a scoprire di inediti; ma vediamo i principali conosciuti fino a oggi.

L’albedo è il rapporto tra l’energia riflessa da un oggetto e quella incidente su di esso. Nel complesso, attualmente l’albedo del sistema Terra-atmosfera ha il valore di 0,35 (quindi poco più di un terzo dell’energia solare incidente viene riflesso). Ogni fattore in grado di modificare questo valore può far variare l’energia assorbita dal pianeta. Per esempio, la fusione dei ghiacci alle alte latitudini dovuta al riscaldamento globale potrebbe avere l’effetto di diminuire l’albedo di queste aree, con il risultato di aumentare l’energia assorbita dal sistema Terra-atmosfera (retroazione positiva).

processi-di-retroazione

(In alto in figura) I processi di retroazione sono meccanismi per i quali a un cambiamento segue una reazione che può rinforzare o contrastare quel cambiamento.

L’andamento delle correnti oceaniche è legato ai venti e soprattutto alla circolazione termoalina (che dipende da temperatura e salinità degli oceani). Se la circolazione termoalina dovesse bloccarsi a causa del riscaldamento globale, si potrebbe avere una diminuzione della temperatura media di vaste zone in Europa (retroazione negativa).

I processi biochimici nel suolo, ad opera di batteri e altri microrganismi, comportano l’emissione di CO2. Se per effetto del riscaldamento aumenta l’attività microbica nel terreno, e vengono liberati gas serra immagazzinati nel permafrost, è possibile che le emissioni di questi gas crescano più velocemente (retroazione positiva).

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