Variabilità e cambiamento climatico: cos’è, tutte le variazioni del clima

La variabilità climatica comprende tutte le variazioni del clima che durano più a lungo dei singoli eventi meteorologici , mentre il termine cambiamento climatico si riferisce solo a quelle variazioni che persistono per un periodo di tempo più lungo, tipicamente decenni o più. Oltre al significato generale in cui il cambiamento climatico può riferirsi a qualsiasi momento della storia della Terra , il termine è comunemente usato per descrivere il cambiamento climatico che è ora in corso. Nel periodo successivo alla Rivoluzione industriale , il clima è stato sempre più influenzato dalle attività umane che stanno causando il riscaldamento globale e il cambiamento climatico .

ISS-48 Cumulonembo torreggiante e altre nubi sulla Terra (2).jpg

Fisica dell’atmosfera Dinamica dell’atmosfera

Il sistema climatico riceve quasi tutta la sua energia dal sole. Il sistema condizionato irradia anche energia nello spazio esterno . L’equilibrio dell’energia in entrata e in uscita, e il passaggio dell’energia attraverso il sistema climatico, determina il bilancio energetico della Terra . Quando l’energia in entrata è maggiore di quella in uscita, il bilancio energetico della Terra è positivo e il sistema climatico si sta riscaldando. Se esce più energia, il bilancio energetico è negativo e la Terra si raffredda.

L’energia che si muove attraverso il sistema climatico terrestre trova espressione nel tempo , che varia su scala geografica e tempo. Le medie a lungo termine e la variabilità del tempo in una regione costituiscono il clima della regione . Tali cambiamenti possono essere il risultato della “variabilità interna”, quando processi naturali inerenti alle varie parti del sistema climatico alterano la distribuzione dell’energia. Gli esempi includono la variabilità nei bacini oceanici come l’ oscillazione decennale del Pacifico e l’oscillazione multidecennale dell’Atlantico . La variabilità climatica può anche derivare da forzature esterne , quando eventi al di fuori dei componenti del sistema climatico producono comunque cambiamenti all’interno del sistema. Gli esempi includono i cambiamenti nella produzione solare evulcanismo .

La variabilità climatica ha conseguenze sui cambiamenti del livello del mare, sulla vita vegetale e sulle estinzioni di massa; colpisce anche le società umane.

Terminologia

La variabilità climatica è il termine per descrivere le variazioni dello stato medio e altre caratteristiche del clima (come possibilità o possibilità di condizioni meteorologiche estreme , ecc.) “su tutte le scale spaziali e temporali oltre a quella dei singoli eventi meteorologici”. Parte della variabilità non sembra essere causata in modo sistematico e si verifica in momenti casuali. Tale variabilità è chiamata variabilità casuale o rumore . D’altra parte, la variabilità periodica si verifica in modo relativamente regolare e in modalità distinte di variabilità o modelli climatici.

Il termine cambiamento climatico è spesso usato per riferirsi specificamente al cambiamento climatico antropogenico (noto anche come riscaldamento globale ). Il cambiamento climatico antropogenico è causato dall’attività umana, al contrario dei cambiamenti climatici che potrebbero essere derivati ​​​​come parte dei processi naturali della Terra. In questo senso, il termine cambiamento climatico è diventato sinonimo di riscaldamento globale antropogenico. All’interno delle riviste scientifiche, il riscaldamento globale si riferisce all’aumento della temperatura superficiale mentre il cambiamento climatico include il riscaldamento globale e tutto ciò che influisce sull’aumento dei livelli di gas serra.

Un termine correlato, cambiamento climatico, è stato proposto dall’Organizzazione meteorologica mondiale (OMM) nel 1966 per comprendere tutte le forme di variabilità climatica su scale temporali superiori a 10 anni, ma indipendentemente dalla causa. Durante gli anni ’70, il termine cambiamento climatico ha sostituito il cambiamento climatico per concentrarsi sulle cause antropogeniche, poiché è diventato chiaro che le attività umane avevano il potenziale per alterare drasticamente il clima. Il cambiamento climatico è stato incorporato nel titolo del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) e nella Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC). Il cambiamento climatico è ora usato sia come descrizione tecnica del processo, sia come nome usato per descrivere il problema.

Cause

Variabilità interna

I cambiamenti climatici dovuti alla variabilità interna a volte si verificano in cicli o oscillazioni. Per altri tipi di cambiamento climatico naturale, non possiamo prevedere quando accadrà; il cambiamento è chiamato casuale o stocastico. Dal punto di vista climatico, il tempo può essere considerato casuale. Se ci sono piccole nuvole in un particolare anno, c’è uno squilibrio energetico e il calore extra può essere assorbito dagli oceani. A causa dell’inerzia climatica , questo segnale può essere “immagazzinato” nell’oceano ed essere espresso come variabilità su scale temporali più lunghe rispetto alle perturbazioni meteorologiche originali. Se i disturbi meteorologici sono completamente casuali, si verificano come rumore bianco, l’inerzia dei ghiacciai o degli oceani può trasformarla in cambiamenti climatici in cui le oscillazioni di maggiore durata sono anche oscillazioni maggiori, un fenomeno chiamato rumore rosso. Molti cambiamenti climatici hanno un aspetto casuale e un aspetto ciclico. Questo comportamento è chiamato risonanza stocastica. Metà del premio Nobel 2021 per la fisica è stato assegnato per questo lavoro a Klaus Hasselmann insieme a Syukuro Manabe per il lavoro correlato sulla modellazione climatica. Mentre Giorgio Parisi che con i collaboratori presentava il concetto di risonanza stocastica è stato premiato per l’altra metà, ma principalmente per il lavoro sulla fisica teorica.

Impatti di El Niño

La Niña impatta

 

Variabilità oceano-atmosfera

L’oceano e l’atmosfera possono collaborare per generare spontaneamente una variabilità climatica interna che può persistere per anni o decenni alla volta. Queste variazioni possono influenzare la temperatura superficiale media globale ridistribuendo il calore tra l’oceano profondo e l’atmosfera e/o alterando la distribuzione nuvola/vapore acqueo/ghiaccio marino che può influenzare l’energia totale bilancio della Terra.

Oscillazioni e cicli

Un’oscillazione climatica o ciclo climatico è qualsiasi oscillazione ciclica ricorrente all’interno del clima globale o regionale. Sono quasiperiodici (non perfettamente periodici), quindi un’analisi di Fourier dei dati non ha picchi acuti nello spettro. Sono state trovate o ipotizzate molte oscillazioni su scale temporali diverse:

  • l’ oscillazione El Niño–Southern (ENSO) – Un modello su larga scala di temperature della superficie del mare tropicale più calde ( El Niño ) e più fredde ( La Niña ) nell’Oceano Pacifico con effetti mondiali. È un’oscillazione autosufficiente, i cui meccanismi sono ben studiati. ENSO è la più importante fonte nota di variabilità interannuale del tempo e del clima in tutto il mondo. Il ciclo si verifica ogni due o sette anni, con El Niño che dura da nove mesi a due anni all’interno del ciclo a lungo termine. La lingua fredda dell’Oceano Pacifico equatoriale non si sta riscaldando velocemente come il resto dell’oceano, a causa della maggiore risalita delle acque fredde al largo della costa occidentale del Sud America.
  • l ‘ oscillazione Madden-Julian (MJO) – Un modello in movimento verso est di aumento delle precipitazioni sui tropici con un periodo da 30 a 60 giorni, osservato principalmente negli oceani Indiano e Pacifico.
  • l’ oscillazione del Nord Atlantico (NAO) – Gli indici della NAO si basano sulla differenza di pressione al livello del mare normalizzata (SLP) tra Ponta Delgada, Azzorre e Stykkishólmur / Reykjavík , Islanda. Valori positivi dell’indice indicano occidentali più forti della media sulle medie latitudini.
  • l’ oscillazione quasi biennale – un’oscillazione ben nota nei modelli di vento nella stratosfera attorno all’equatore. In un periodo di 28 mesi il vento dominante cambia da est a ovest e viceversa.
  • Pacific Centennial Oscillation – un’oscillazione climatica prevista da alcuni modelli climatici
  • l’ oscillazione decennale del Pacifico – Il modello dominante della variabilità della superficie del mare nel Pacifico settentrionale su scala decennale. Durante una fase “calda”, o “positiva”, il Pacifico occidentale diventa fresco e parte dell’oceano orientale si riscalda; durante una fase “fredda” o “negativa”, si verifica lo schema opposto. Non è pensato come un singolo fenomeno, ma invece come una combinazione di diversi processi fisici.
  • l’ oscillazione interdecennale del Pacifico (IPO) – Ampia variabilità del bacino nell’Oceano Pacifico con un periodo compreso tra 20 e 30 anni.
  • l’oscillazione multidecennale dell’Atlantico – Un modello di variabilità nell’Atlantico settentrionale da circa 55 a 70 anni, con effetti su precipitazioni, siccità e frequenza e intensità degli uragani.
  • Cicli climatici nordafricani : variazioni climatiche guidate dal monsone nordafricano , con un periodo di decine di migliaia di anni.
  • l’ oscillazione artica (AO) e l’oscillazione antartica (AAO) – Le modalità anulari sono modelli naturali di variabilità climatica a livello emisferico. Su scale temporali da settimane a mesi spiegano il 20-30% della variabilità nei rispettivi emisferi. La modalità anulare settentrionale o oscillazione artica (AO) nell’emisfero settentrionale e la modalità anulare meridionale o oscillazione antartica (AAO) nell’emisfero meridionale. I modi anulari hanno una forte influenza sulla temperatura e sulle precipitazioni delle masse continentali di latitudine medio-alta, come Europa e Australia, alterando i percorsi medi delle tempeste. Il NAO può essere considerato un indice regionale dell’AO/NAM. Sono definiti i primiEOF della pressione sul livello del mare o dell’altezza geopotenziale da 20°N a 90°N (NAM) o da 20°S a 90°S (SAM).
  • Cicli Dansgaard – Oeschger – che si verificano su cicli di circa 1.500 anni durante l’ ultimo massimo glaciale

La corrente oceanica cambia

Gli aspetti oceanici della variabilità climatica possono generare variabilità su scale temporali centenarie a causa del fatto che l’oceano ha una massa centinaia di volte superiore a quella dell’atmosfera , e quindi un’inerzia termica molto elevata. Ad esempio, le alterazioni dei processi oceanici come la circolazione termoalina svolgono un ruolo chiave nella ridistribuzione del calore negli oceani del mondo.

Le correnti oceaniche trasportano molta energia dalle calde regioni tropicali alle più fredde regioni polari. I cambiamenti avvenuti intorno all’ultima era glaciale (in termini tecnici, l’ultima glaciazione ) mostrano che la circolazione è il Nord Atlantico può cambiare improvvisamente e sostanzialmente, portando a cambiamenti climatici globali, anche se la quantità totale di energia che entra nel sistema climatico non è t cambiare molto. Questi grandi cambiamenti potrebbero derivare dai cosiddetti eventi di Heinrich in cui l’instabilità interna delle calotte glaciali ha causato il rilascio di enormi iceberg nell’oceano. Quando la calotta glaciale si scioglie, l’acqua risultante è molto povera di sale e fredda, determinando cambiamenti nella circolazione.

Vita

La vita influenza il clima attraverso il suo ruolo nei cicli del carbonio e dell’acqua e attraverso meccanismi come l’albedo, l’evapotraspirazione, la formazione di nubi e gli agenti atmosferici. Esempi di come la vita potrebbe aver influenzato il clima passato includono:

  • glaciazione 2,3 miliardi di anni fa innescata dall’evoluzione della fotosintesi ossigenata, che impoverì l’atmosfera del gas serra anidride carbonica e introdusse ossigeno libero
  • un’altra glaciazione 300 milioni di anni fa inaugurata dalla sepoltura a lungo termine di detriti resistenti alla decomposizione di piante terrestri vascolari (creando un pozzo di carbonio e formando carbone )
  • cessazione del Paleocene-Eocene Thermal Maximum 55 milioni di anni fa da un fiorente fitoplancton marino
  • inversione del riscaldamento globale 49 milioni di anni fa da 800.000 anni di fioriture di azolla artica
  • raffreddamento globale negli ultimi 40 milioni di anni guidato dall’espansione degli ecosistemi di pascolo erboso

Forzatura climatica esterna

Gas serra

Mentre i gas serra rilasciati dalla biosfera sono spesso visti come un feedback o un processo climatico interno, i gas serra emessi dai vulcani sono tipicamente classificati come esterni dai climatologi. I gas serra, come CO 2 , metano e protossido di azoto, riscaldano il sistema climatico intrappolando la luce infrarossa. Anche i vulcani fanno parte del ciclo esteso del carbonio . In periodi di tempo (geologici) molto lunghi, rilasciano anidride carbonica dalla crosta terrestre e dal mantello terrestre, contrastando l’assorbimento da parte delle rocce sedimentarie e di altri pozzi geologici di anidride carbonica .

Dalla rivoluzione industriale, l’umanità si è aggiunta ai gas serra emettendo CO 2 dalla combustione di combustibili fossili, cambiando l’uso del suolo attraverso la deforestazione e ha ulteriormente alterato il clima con aerosol (particolato nell’atmosfera), rilascio di gas in tracce (es. ossidi di azoto, monossido di carbonio o metano). Anche altri fattori, tra cui l’uso del suolo, l’esaurimento dell’ozono, l’allevamento di animali (i ruminanti come i bovini producono metano) e la deforestazione, svolgono un ruolo.

L’US Geological Survey stima che le emissioni vulcaniche siano a un livello molto inferiore rispetto agli effetti delle attuali attività umane, che generano 100-300 volte la quantità di anidride carbonica emessa dai vulcani. La quantità annuale prodotta dalle attività umane può essere maggiore della quantità rilasciata dalle supereruzioni, la più recente delle quali è stata l’ eruzione di Toba in Indonesia 74.000 anni fa.

Variazioni orbitali

Lievi variazioni nel movimento della Terra portano a cambiamenti nella distribuzione stagionale della luce solare che raggiunge la superficie terrestre e come è distribuita in tutto il mondo. C’è un cambiamento molto piccolo nella media annuale del sole medio dell’area; ma possono esserci forti cambiamenti nella distribuzione geografica e stagionale. I tre tipi di cambiamento cinematico sono variazioni dell’eccentricità terrestre , cambiamenti nell’angolo di inclinazione dell’asse di rotazione terrestre e precessione dell’asse terrestre. Combinati, questi producono cicli di Milankovitch che influenzano il clima e sono noti per la loro correlazione con periodi glaciali e interglaciali, la loro correlazione con l’avanzata e la ritirata del Sahara, e per la loro comparsa nella documentazione stratigrafica.

Durante i cicli glaciali, c’era un’elevata correlazione tra le concentrazioni di CO2 e le temperature. I primi studi indicavano che le concentrazioni di CO 2 erano in ritardo rispetto alle temperature, ma è diventato chiaro che non è sempre così. Quando la temperatura dell’oceano aumenta, la solubilità della CO2 diminuisce in modo che venga rilasciata dall’oceano. Lo scambio di CO 2 tra l’aria e l’oceano può essere influenzato anche da ulteriori aspetti del cambiamento climatico. Questi e altri processi auto-rinforzanti consentono a piccoli cambiamenti nel movimento della Terra di avere un grande effetto sul clima.

Potenza solare

Il Sole è la principale fonte di energia in ingresso al sistema climatico terrestre . Altre fonti includono l’energia geotermica dal nucleo terrestre, l’energia delle maree dalla Luna e il calore dal decadimento dei composti radioattivi. È noto che entrambe le variazioni a lungo termine dell’intensità solare influiscono sul clima globale. La produzione solare varia su scale temporali più brevi, compreso il ciclo solare di 11 anni e le modulazioni a lungo termine. Correlazione tra macchie solari e clima e al massimo tenue.

Da tre a quattro miliardi di anni fa , il Sole emetteva solo il 75% di energia rispetto a oggi. Se la composizione atmosferica fosse stata la stessa di oggi, l’acqua liquida non avrebbe dovuto esistere sulla superficie terrestre. Tuttavia, ci sono prove della presenza di acqua sulla Terra primordiale, negli eoni dell’Ade e dell’Archeano, portando a quello che è noto come il debole paradosso del giovane Sole. Le soluzioni ipotizzate a questo paradosso includono un’atmosfera molto diversa, con concentrazioni di gas serra molto più elevate di quelle attualmente esistenti. Nei successivi circa 4 miliardi di anni, la produzione di energia del Sole è aumentata. Nel corso dei prossimi cinque miliardi di anni, la morte definitiva del Sole quando diventa una gigante rossa e poi una nana bianca avrà grandi effetti sul clima, con la fase della gigante rossa che potrebbe porre fine a qualsiasi vita sulla Terra sopravvissuta fino a quel momento.

Vulcanismo

Le eruzioni considerate abbastanza grandi da influenzare il clima terrestre su una scala superiore a 1 anno sono quelle che iniettano nella stratosfera oltre 100.000 tonnellate di SO2. Ciò è dovuto alle proprietà ottiche di SO2 e aerosol di solfato, che assorbono o disperdono fortemente la radiazione solare, creando uno strato globale di foschia di acido solforico. In media, tali eruzioni si verificano più volte nel secolo e provocano un raffreddamento (bloccando parzialmente la trasmissione della radiazione solare alla superficie terrestre) per un periodo di diversi anni. Sebbene i vulcani facciano tecnicamente parte della litosfera, che a sua volta fa parte del sistema climatico, l’IPCC definisce esplicitamente il vulcanismo come un agente forzante esterno.

Notevoli eruzioni nei documenti storici sono l’ eruzione del 1991 del Monte Pinatubo che ha abbassato le temperature globali di circa 0,5 ° C (0,9 ° F) per un massimo di tre anni, e l’ eruzione del 1815 del Monte Tambora che ha causato l’ Anno Senza un’estate.

Su scala più ampia, alcune volte ogni 50 milioni o 100 milioni di anni, l’eruzione di grandi province ignee porta grandi quantità di roccia ignea dal mantello e dalla litosfera alla superficie terrestre. L’anidride carbonica nella roccia viene quindi rilasciata nell’atmosfera. Piccole eruzioni, con iniezioni di meno di 0,1 Mt di anidride solforosa nella stratosfera, colpiscono l’atmosfera solo in modo sottile, poiché le variazioni di temperatura sono paragonabili alla variabilità naturale. Tuttavia, poiché le eruzioni più piccole si verificano a una frequenza molto più elevata, influenzano troppo in modo significativo l’atmosfera terrestre.

Tettonica a placche

Altri meccanismi

È stato ipotizzato che le particelle ionizzate note come raggi cosmici potrebbero avere un impatto sulla copertura nuvolosa e quindi sul clima. Poiché il sole protegge la Terra da queste particelle, si è ipotizzato che i cambiamenti nell’attività solare influenzino anche indirettamente il clima. Per verificare l’ipotesi, il CERN ha progettato l’ esperimento CLOUD , che ha mostrato che l’effetto dei raggi cosmici è troppo debole per influenzare notevolmente il clima.

Esistono prove che l’ impatto dell’asteroide Chicxulub circa 66 milioni di anni fa abbia gravemente colpito il clima terrestre. Grandi quantità di aerosol di solfato sono state lanciate nell’atmosfera, diminuendo le temperature globali fino a 26 °C e producendo temperature sotto lo zero per un periodo di 3-16 anni. Il tempo di recupero per questo evento ha richiesto più di 30 anni. Anche l’uso su larga scala di armi nucleari è stato studiato per il suo impatto sul clima. L’ipotesi è che la fuliggine rilasciata da incendi su larga scala blocchi una frazione significativa della luce solare per ben un anno, portando a un forte calo delle temperature per alcuni anni. Questo possibile evento è descritto come inverno nucleare.

L’uso della terra da parte dell’uomo influisce sulla quantità di luce solare riflessa dalla superficie e sulla concentrazione di polvere. La formazione delle nubi non è influenzata solo dalla quantità di acqua presente nell’aria e dalla temperatura, ma anche dalla quantità di aerosol nell’aria come la polvere. A livello globale, è disponibile più polvere se ci sono molte regioni con suoli asciutti, poca vegetazione e forti venti.

Evidenze e misurazioni dei cambiamenti climatici

La paleoclimatologia è lo studio dei cambiamenti climatici a scala dell’intera storia della Terra. Utilizza una varietà di metodi proxy dalla Terra e dalle scienze della vita per ottenere dati precedentemente conservati all’interno di cose come rocce, sedimenti, strati di ghiaccio , anelli degli alberi, coralli, conchiglie e microfossili . Quindi utilizza i record per determinare gli stati passati delle varie regioni climatiche della Terra e la sua atmosferasistema. Le misurazioni dirette forniscono una panoramica più completa della variabilità climatica.

Misure dirette

I cambiamenti climatici avvenuti dopo il diffuso dispiegamento di dispositivi di misurazione possono essere osservati direttamente. Sono disponibili registrazioni globali ragionevolmente complete della temperatura superficiale a partire dalla metà della fine del XIX secolo. Ulteriori osservazioni sono effettuate via satellite e derivate indirettamente da documenti storici. I dati sulle precipitazioni e sulle nuvole satellitari sono disponibili dagli anni ’70. La climatologia storica è lo studio dei cambiamenti storici del clima e dei loro effetti sulla storia e sullo sviluppo dell’uomo. Le fonti primarie includono documenti scritti come saghe , cronache , mappe e letteratura di storia locale, nonché rappresentazioni pittoriche comedipinti , disegni e persino arte rupestre .

La variabilità climatica nel recente passato può essere rilevata dai corrispondenti cambiamenti negli insediamenti e nei modelli agricoli. Prove archeologiche , storia orale e documenti storici possono offrire spunti sui cambiamenti climatici passati. I cambiamenti climatici sono stati collegati all’ascesa e anche al crollo di varie civiltà.

Misure proxy

Vari archivi del clima passato sono presenti in rocce, alberi e fossili. Da questi archivi si possono ricavare misure indirette del clima, i cosiddetti proxy. La quantificazione della variazione climatologica delle precipitazioni nei secoli e nelle epoche precedenti è meno completa ma approssimata utilizzando proxy come sedimenti marini, carote di ghiaccio, stalagmiti delle grotte e anelli degli alberi. Lo stress, precipitazioni troppo scarse o temperature inadatte possono alterare il tasso di crescita degli alberi, il che consente agli scienziati di dedurre le tendenze climatiche analizzando il tasso di crescita degli anelli degli alberi. Questo ramo della scienza che studia questo chiamato dendroclimatologia. I ghiacciai lasciano dietro di sé moreneche contengono una ricchezza di materiale, tra cui materia organica, quarzo e potassio che possono essere datati, che registrano i periodi in cui un ghiacciaio è avanzato e si è ritirato.

L’analisi del ghiaccio in carote perforate da una calotta glaciale come la calotta glaciale antartica , può essere utilizzata per mostrare un legame tra la temperatura e le variazioni globali del livello del mare. L’aria intrappolata nelle bolle del ghiaccio può anche rivelare le variazioni di CO2 dell’atmosfera del lontano passato, ben prima delle moderne influenze ambientali. Lo studio di queste carote di ghiaccio è stato un indicatore significativo dei cambiamenti della CO2 nel corso di molti millenni e continua a fornire preziose informazioni sulle differenze tra le condizioni atmosferiche antiche e moderne. Il rapporto 18 O/ 16 O in campioni di calcite e carote di ghiaccio utilizzato per dedurre la temperatura dell’oceano in un lontano passatoè un esempio di metodo proxy di temperatura.

Anche i resti delle piante, e in particolare il polline, vengono utilizzati per studiare i cambiamenti climatici. La distribuzione delle piante varia in base alle diverse condizioni climatiche. Diversi gruppi di piante hanno polline con forme e strutture superficiali distintive e poiché la superficie esterna del polline è composta da un materiale molto resistente, resistono alla decomposizione. I cambiamenti nel tipo di polline che si trovano in diversi strati di sedimenti indicano cambiamenti nelle comunità vegetali. Questi cambiamenti sono spesso un segno di un cambiamento climatico. Ad esempio, gli studi sui pollini sono stati utilizzati per tracciare i cambiamenti dei modelli di vegetazione durante le glaciazioni quaternarie e soprattutto dall’ultimo massimo glaciale. Resti di coleotterisono comuni nei sedimenti d’acqua dolce e terrestre. Diverse specie di coleotteri tendono a trovarsi in condizioni climatiche diverse. Data l’estesa stirpe di coleotteri il cui corredo genetico non è cambiato in modo significativo nel corso dei millenni, la conoscenza dell’attuale gamma climatica delle diverse specie e l’età dei sedimenti in cui si trovano i resti, si possono dedurre le condizioni climatiche passate.

Analisi e incertezze

Una difficoltà nel rilevare i cicli climatici è che il clima della Terra è cambiato in modi non ciclici nella maggior parte delle scale temporali paleoclimatologiche. Ad esempio, siamo ora in un periodo di riscaldamento globale antropogenico . In un arco di tempo più ampio, la Terra sta emergendo dall’ultima era glaciale, raffreddandosi dall’ottimo climatico dell’Olocene e riscaldandosi dalla ” Piccola Era Glaciale “, il che significa che il clima è cambiato costantemente negli ultimi 15.000 anni circa. Durante i periodi caldi, le fluttuazioni di temperatura sono spesso di ampiezza minore. Il periodo del Pleistocene , dominato da ripetute glaciazioni , si sviluppò da condizioni più stabili nel Miocenee clima pliocenico . Il clima dell’Olocene è stato relativamente stabile. Tutti questi cambiamenti complicano il compito di cercare comportamenti ciclici nel clima.

Il feedback positivo , il feedback negativo e l’inerzia ecologica del sistema terra-oceano-atmosfera spesso attenuano o invertono effetti minori, sia da forzanti orbitali, variazioni solari o cambiamenti nelle concentrazioni di gas serra. Anche alcuni feedback che coinvolgono processi come i cloud sono incerti; per le scie di condensazione, i cirri naturali , il dimetilsolfuro oceanico e un equivalente terrestre, esistono teorie contrastanti sugli effetti sulle temperature climatiche, ad esempio contrastando l’ ipotesi Iris e l’ipotesi CLAW .

Conseguenze della variabilità climatica

Vita

 

 

Vegetazione

Al variare del clima può verificarsi un cambiamento nel tipo, nella distribuzione e nella copertura della vegetazione. Alcuni cambiamenti climatici possono provocare un aumento delle precipitazioni e del calore, con conseguente miglioramento della crescita delle piante e conseguente sequestro della CO2 nell’aria. Gli effetti dovrebbero influenzare il tasso di molti cicli naturali come i tassi di decomposizione dei rifiuti vegetali. Un graduale aumento del calore in una regione porterà a tempi di fioritura e fruttificazione anticipati, determinando un cambiamento nei tempi dei cicli vitali degli organismi dipendenti. Al contrario, il freddo farà ritardare i cicli biologici delle piante.

Cambiamenti più grandi, più rapidi o più radicali, tuttavia, possono causare stress vegetativo, rapida perdita di piante e desertificazione in determinate circostanze. Un esempio di ciò si è verificato durante il Carboniferous Rainforest Collapse (CRC), un evento di estinzione 300 milioni di anni fa. A quel tempo vaste foreste pluviali coprivano la regione equatoriale dell’Europa e dell’America. Il cambiamento climatico ha devastato queste foreste pluviali tropicali, frammentando bruscamente l’habitat in “isole” isolate e provocando l’estinzione di molte specie animali e vegetali.

Animali selvatici

Uno dei modi più importanti in cui gli animali possono affrontare i cambiamenti climatici è la migrazione verso le regioni più calde o più fredde. Su una scala temporale più lunga, l’evoluzione rende gli ecosistemi, compresi gli animali, più adatti a un nuovo clima. Il cambiamento climatico rapido o ampio può causare estinzioni di massa quando le creature sono troppo estese per essere in grado di adattarsi.

Umanità

I crolli di civiltà passate come i Maya possono essere correlati a cicli di precipitazioni, in particolare siccità, che in questo esempio sono correlati anche alla piscina calda dell’emisfero occidentale . Circa 70.000 anni fa l’ eruzione del supervulcano Toba creò un periodo particolarmente freddo durante l’era glaciale, causando un possibile collo di bottiglia genetico nelle popolazioni umane.

Cambiamenti nella criosfera

Ghiacciai e calotte glaciali

I ghiacciai sono considerati tra gli indicatori più sensibili di un cambiamento climatico. La loro dimensione è determinata da un bilancio di massa tra l’input di neve e l’output di scioglimento. Con l’aumento delle temperature, i ghiacciai si ritirano a meno che non aumentino le precipitazioni nevose per compensare l’ulteriore scioglimento. I ghiacciai crescono e si restringono a causa sia della variabilità naturale che delle forze esterne. La variabilità della temperatura, delle precipitazioni e dell’idrologia può determinare fortemente l’evoluzione di un ghiacciaio in una particolare stagione.

I processi climatici più significativi dal Pliocene medio al tardo (circa 3 milioni di anni fa) sono i cicli glaciali e interglaciali. L’attuale periodo interglaciale (l’Olocene) è durato circa 11.700 anni. Modellato dalle variazioni orbitali, risposte come l’innalzamento e la caduta delle calotte glaciali continentali e cambiamenti significativi del livello del mare hanno contribuito a creare il clima. Altri cambiamenti, inclusi gli eventi di Heinrich, gli eventi di Dansgaard-Oeschger e il Younger Dryas, tuttavia, illustrano come le variazioni glaciali possano anche influenzare il clima senza la forzatura orbitale.

Cambiamento del livello del mare

Durante l’ultimo massimo glaciale, circa 25.000 anni fa, il livello del mare era di circa 130 m più basso di quello attuale. La deglaciazione successiva è stata caratterizzata da un rapido cambiamento del livello del mare. Nel primo Pliocene , le temperature globali erano di 1–2°C più calde della temperatura attuale, ma il livello del mare era di 15–25 metri più alto di quello attuale.

Mare ghiacciato

Il ghiaccio marino svolge un ruolo importante nel clima terrestre poiché influisce sulla quantità totale di luce solare riflessa dalla Terra. In passato, gli oceani della Terra sono stati quasi interamente ricoperti da ghiaccio marino in diverse occasioni, quando la Terra si trovava nel cosiddetto stato di Snowball Earth, e completamente priva di ghiaccio nei periodi di clima caldo. Quando c’è molto ghiaccio marino presente a livello globale, specialmente nei tropici e subtropicali, il clima è più sensibile ai forzanti poiché il feedback ghiaccio-albedo è molto forte.

Attraverso il tempo geologico e storico

Massimo termico paleo-eocenico

Il Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) è stato un periodo di tempo con un aumento della temperatura media globale di oltre 5–8 ° C durante l’evento. Questo evento climatico si è verificato al confine temporale delle epoche geologiche del Paleocene e dell’Eocene. Durante l’evento sono state rilasciate grandi quantità di metano, un potente gas serra. Il PETM rappresenta un “caso di studio” per il cambiamento climatico moderno poiché i gas serra sono stati rilasciati in un lasso di tempo geologicamente relativamente breve. Durante il PETM, si è verificata un’estinzione di massa di organismi nelle profondità oceaniche.

Il Cenozoico

In tutto il Cenozoico, molteplici forzanti climatiche hanno portato al riscaldamento e al raffreddamento dell’atmosfera, che ha portato alla prima formazione della calotta glaciale antartica , al successivo scioglimento e alla sua successiva riglaciazione. I cambiamenti di temperatura si sono verificati in modo piuttosto improvviso, a concentrazioni di anidride carbonica di circa 600–760 ppm e temperature di circa 4 ° C più calde di oggi. Durante il Pleistocene, cicli di glaciazioni e interglaciali si sono verificati su cicli di circa 100.000 anni, ma possono rimanere più a lungo all’interno di un interglaciale quando l’ eccentricità orbitale si avvicina allo zero, come durante l’attuale interglaciale. Precedenti interglaciali come la fase Eemiana hanno creato temperature più elevate di oggi, livelli del mare più elevati e un parziale scioglimento delLa calotta glaciale dell’Antartide occidentale.

Le temperature climatiche influenzano sostanzialmente la copertura nuvolosa e le precipitazioni. A temperature più basse, l’aria può trattenere meno vapore acqueo, il che può portare a una diminuzione delle precipitazioni. Durante l’ ultimo massimo glaciale di 18.000 anni fa, l’ evaporazione termica dagli oceani sulle masse continentali era bassa, causando vaste aree desertiche estreme, compresi i deserti polari (freddi ma con bassi tassi di copertura nuvolosa e precipitazioni). Al contrario, il clima mondiale era più nuvoloso e più umido di oggi verso l’inizio del caldo periodo atlantico di 8000 anni fa.

L’Olocene

L’Olocene è caratterizzato da un raffreddamento a lungo termine che inizia dopo l’Olocene Optimum , quando le temperature erano probabilmente solo appena al di sotto delle temperature attuali (seconda decade del 21° secolo), e un forte monsone africano ha creato condizioni di pascolo nel Sahara durante il Subpluviale neolitico. Da quel momento, si sono verificati diversi eventi di raffreddamento , tra cui:

  • l’ oscillazione di Piora
  • l’ Epoca Fredda dell’Età del Bronzo Medio
  • l’ Epoca Fredda dell’Età del Ferro
  • la piccola era glaciale
  • la fase di raffreddamento c. 1940–1970, che ha portato all’ipotesi del raffreddamento globale

Al contrario, si sono verificati anche diversi periodi caldi che includono ma non sono limitati a:

  • un periodo caldo durante l’apice della civiltà minoica
  • il periodo caldo romano
  • il periodo caldo medioevale
  • Il riscaldamento moderno nel corso del 20° secolo

Alcuni effetti si sono verificati durante questi cicli. Ad esempio, durante il periodo caldo medievale, il Midwest americano era in siccità, comprese le Sand Hills del Nebraska che erano dune di sabbia attive. La peste della morte nera di Yersinia pestis si è verificata anche durante le fluttuazioni di temperatura medievali e potrebbe essere correlata ai cambiamenti climatici.

L’attività solare potrebbe aver contribuito a parte del riscaldamento moderno che ha raggiunto il picco negli anni ’30. Tuttavia, i cicli solari non tengono conto del riscaldamento osservato dagli anni ’80 ai giorni nostri citazione necessaria ] . Eventi come l’apertura del passaggio a nord-ovest e i recenti minimi record di ghiaccio minimo del moderno restringimento dell’Artico non si verificano da almeno diversi secoli, poiché i primi esploratori non erano tutti in grado di effettuare una traversata artica, nemmeno in estate. Anche i cambiamenti nei biomi e negli habitat sono senza precedenti, poiché si verificano a velocità che non coincidono con le oscillazioni climatiche note

Cambiamenti climatici moderni e riscaldamento globale

Variabilità tra le regioni

Oltre alla variabilità climatica globale e al cambiamento climatico globale nel tempo, numerose variazioni climatiche si verificano contemporaneamente in diverse regioni fisiche.

L’assorbimento di circa il 90% del calore in eccesso da parte degli oceani ha contribuito a far aumentare le temperature della superficie terrestre più rapidamente rispetto alle temperature della superficie del mare. L’emisfero settentrionale, avendo un rapporto massa continentale/oceano maggiore rispetto all’emisfero meridionale, mostra maggiori aumenti della temperatura media. Le variazioni tra le diverse bande di latitudine riflettono anche questa divergenza nell’aumento della temperatura media, con l’aumento della temperatura degli extratropici settentrionali che supera quello dei tropici, che a sua volta supera quello degli extratropici meridionali.

Le regioni superiori dell’atmosfera si sono raffreddate contemporaneamente ad un riscaldamento nella bassa atmosfera, confermando l’azione dell’effetto serra e dell’esaurimento dell’ozono.

Le variazioni climatiche regionali osservate confermano le previsioni sui cambiamenti in corso, ad esempio, contrastando le variazioni globali (più uniformi) da un anno all’altro con le variazioni da un anno all’altro (più volatili) nelle regioni localizzate. Al contrario, confrontare i modelli di riscaldamento di diverse regioni con le rispettive variabilità storiche, consente di collocare le grandezze grezze dei cambiamenti di temperatura nella prospettiva di quella che è la variabilità normale per ciascuna regione.

Le osservazioni della variabilità regionale consentono lo studio dei punti critici del clima regionalizzati come la perdita della foresta pluviale, lo scioglimento della calotta glaciale e del ghiaccio marino e lo scioglimento del permafrost. Tali distinzioni sono alla base della ricerca su una possibile cascata globale di punti critici.


https://en.wikipedia.org/wiki/Climate_variability_and_change

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