Home La stanza dell'Ingegnere Sistema climatico: la bomba a orologeria delle retroazioni

Sistema climatico: la bomba a orologeria delle retroazioni

5
sistema climatico

Vuoi leggere questo articolo senza pubblicità? Entra qui e abbonati a Vaielettrico Premium

Applicando la Teoria dei Sistemi al sistema climatico del Pianeta il nostro ingegner Vittorio Milani dipinge un quadro a tinte fosche sul futuro dell’ecosistema Terra. Nulla di assolutamente certo e nulla di irreversibile. Ma nel caos che si sta creando con le emissioni di gas serra in atmosfera, le probabilità che qualcosa possa andare storto crescono anno dopo anno. Nella seconda parte di questo articolo ci spiega perchè.

[seconda parte]

In questa seconda e ultima parte dell’articolo dedicato alla Teoria dei Sistemi vogliamo applicare quanto visto finora al sistema climatico della Terra. Se non è chiaro cosa si intenda per “sistema” e cosa sia una retroazione negativa o positiva, raccomandiamo la lettura della prima parte prima di proseguire.

Il modello del sistema climatico che vediamo in figura è uno schema concettuale molto semplificato, nulla a  che vedere con i veri modelli utilizzati dagli scienziati per fornire le previsioni sul clima. In ogni caso, come ogni sistema che si rispetti, anche nel nostro “modellino” abbiamo gli ingressi, le uscite e le retroazioni, sia negative che positive. E sono proprio quelle positive che ci preoccupano molto. Vedremo perché.  Con riferimento all’immagine, gli ingressi rappresentano le variabili in grado di determinare una modifica della temperatura del pianeta, e sono dette forzanti climatiche.   Come unica variabile di uscita consideriamo la temperatura media del pianeta.

La forzante climatica più importante è la radiazione solare, che rappresenta in assoluto la principale fonte di energia che giunge alla Terra, essendo marginale il calore proveniente dall’interno del pianeta. Abbiamo anche il vulcanismo, che può condizionare significativamente il clima ma solo in caso di grandi eruzioni e/o eruzioni ripetute in un certo arco di tempo. Infine, abbiamo le variazioni dei vari parametri astronomici che
agiscono in modalità complesse, sulla scala delle decine di migliaia, a volte sommando gli effetti a volte annullandoli a vicenda. Ci sarebbero ulteriori variabili naturali che non riportiamo per semplicità.

Abbiamo invece una forzante climatica molto importante non di origine naturale, ovvero l’emissione di gas serra da parte dall’uomo causate dalla combustione di idrocarburi fossili e dalle varie attività agricolo-industriali. I gas serra sono tipicamente l’anidride carbonica (CO₂), il metano (CH₄) e il protossido di azoto (N₂O) che intrappolano il calore nell’ atmosfera. Le altre forzanti climatiche, disegnate in colore rosso, rappresentano ulteriori ingressi la cui intensità di azione dipende dallo stato del sistema in quanto soggette al meccanismo delle retroazioni sia negative sia positive (chiariremo bene più avanti questo fondamentale concetto).

Le retroazioni positive: bombe climatiche a orologeria

Nella prima parte di questo articolo abbiamo esaminato il concetto di sistema retroazionato, e abbiamo  visto che le retroazioni negative mantengono la stabilità di un sistema in quanto si “oppongono” alle  variazioni in corso, mentre le retroazioni positive le amplificano, destabilizzando il sistema stesso.

Sono molti i fenomeni di retroazione positiva che nel complesso sistema climatico possono innescarsi per le più svariate cause. Ci limiteremo ad esaminarne alcune tra le più importanti e che gli scienziati tengono particolarmente sotto osservazione: la riduzione dell’albedo, causata dallo scioglimento dei ghiacciai, l’aumento del vapore acqueo, e l’emissione di gas serra causata dallo scioglimento del permafrost.

L’effetto albedo sempre più debole

1. Riduzione dell’effetto albedo dovuta alla fusione dei ghiacci.
Come appare intuitivo, il ghiaccio e la neve riflettono maggiormente la luce rispetto alle superfici scure.  Questa proprietà è definita albedo, e si esprime come un numero percentuale che indica la quota di  energia della radiazione solare che viene riflessa. Una superficie completamente riflettente ha un valore di albedo del 100%; la neve e il ghiaccio 80-90%, gli oceani e l’asfalto 10-30%. Le superfici scure, riflettendo  poco, assorbono molta energia e si riscaldano maggiormente. Ciò innesca la seguente retroazione positiva:
– A causa dell’aumento di temperatura degli oceani e dell’atmosfera, il ghiaccio presente nelle aree  polari e sulle catene montuose inizia a sciogliersi scoprendo le superfici sottostanti (terreno e oceano) decisamente più scure;
– Con una albedo minore queste superficie assorbono più radiazione e si riscaldano maggiormente, contribuendo al riscaldamento globale;
– L’aumento della temperatura globale accelera lo scioglimento dei ghiacci innescando il meccanismo della retroazione positiva che si autoalimenta.

Aumenta i vapore acqueo in atmosfera

2. Aumento del vapore acqueo in atmosfera
Il vapore acqueo è un potentissimo gas serra, ma a differenza degli altri gas come la CO2 non può accumularsi in atmosfera oltre una certa quantità perché una volta raggiunta la concentrazione di saturazione si condensa, diventando acqua liquida che precipita come pioggia. Poi il ciclo riparte con l’evaporazione. Questa era la notizia buona. Quella cattiva è che più aumenta la temperatura dell’aria,  maggiore è la quantità di vapore che può essere trattenuto prima che si condensi e precipiti.

Di conseguenza si innesca una potente retroazione positiva:
– Oggi la temperatura dell’atmosfera è in aumento (qualunque sia la causa);
– Più si alza la temperatura dell’aria, maggiore sarà la quantità di vapore acqueo che può essere trattenuta in atmosfera prima di condensare e precipitare;
– Essendo il vapore acqueo un potente gas serra, esso contribuisce ad aumentare ulteriormente la temperatura dell’atmosfera, che quindi potrà trattenere una quantità di vapore sempre maggiore, autoalimentando il meccanismo perverso della retroazione positiva.

Si scioglie il permafrost rilasciando metano

3. Scioglimento del permafrost e rilascio di gas serra Il permafrost è uno strato di terreno perennemente ghiacciato presente in ampie zone in Siberia, Canada e  Alaska, che contiene grandi quantità di gas serra, principalmente metano, prodotto dai microorganismi  milioni di anni fa quando in queste aree era presente una rigogliosa vegetazione. Questo gas è rimasto intrappolato dal congelamento perenne che si è verificato con l’inizio delle ere glaciali.

Oggi il cambiamento climatico in corso sta scatenando una pericolosa retroazione positiva:
– L’innalzamento della temperatura fa sciogliere il permafrost che rilascia metano in atmosfera;
– Il metano liberato aumenta ulteriormente l’effetto serra e quindi il riscaldamento dell’atmosfera e del suolo;
– la temperatura sempre più alta incrementa la velocità dello scioglimento del permafrost.

La quantità di metano stimata contenuta in questi depositi naturali è enorme e per questo motivo l’innesco di questo meccanismo è considerato una gravissima minaccia, una vera e propria bomba climatica ad  orologeria.

Quando le cose si complicano: l’intricato gioco delle retroazioni secondarie

Ma le cose sono sempre più complicate di come appaiono. L’innesco di una retroazione (positiva o negativa) può innescare a sua volta una o più retroazioni secondarie a catena, sia positive che negative.

Riprendiamo l’esempio dello scioglimento del permafrost che abbiamo appena visto:
– Lo scioglimento del terreno ghiacciato emette gas serra che scalda l’atmosfera che farà aumentare  ulteriormente lo scioglimento del permafrost, come abbiamo visto (retroazione positiva);
– Ma il terreno, una volta sciolto, permetterà la crescita di vegetazione in grado di assorbire CO2 con la fotosintesi, riducendo quindi l’effetto serra (retroazione negativa);
– Tuttavia, questa vegetazione, essendo più scura della tundra precedente, ridurrà l’albedo assorbendo più radiazione solare e favorendo nuovamente il riscaldamento (retroazione positiva) ed anche una maggiore umidità che farà aumentare il vapore acqueo;
– Il vapore acquo, come abbiamo visto, innesca una retroazione positiva aumentando l’effetto serra ma…
– …può anche innescare una retroazione negativa perché, aumentando la formazione di nubi, aumenta anche l’albedo che riduce l’irraggiamento solare.

Dalla Calma al Caos: più difficile fare previsioni

E potremmo continuare! Quello che conta è capire che gli effetti finali di questo “gioco delle retroazioni”  dipendono dalla maggiore o minore potenza di una o l’altra in una certa fase temporale. Nel lungo periodo, come si è visto studiando la storia del clima, ci sarà sempre un alternarsi di periodi di stabilità, quando prevalgono le retroazioni negative, e di instabilità quando si innescano quelle positive che sono   totalmente imprevedibili nella loro dinamica.

La Terra è un sistema estremamente complesso e i modelli  previsionali riescono a “vedere” con discreta certezza solo per un certo tempo avanti. Prevedere se tra mille anni, o centomila anni o un milione di anni la Terra sarà all’incirca come oggi, oppure caldissima come ai tempi dei dinosauri piuttosto che un pianeta gelido e ghiacciato, è assolutamente impossibile.

Questa incapacità di poter calcolare in anticipo l’evoluzione è caratteristica di tutti i sistemi cosiddetti non lineari  dove piccole variazioni nelle condizioni iniziali, o input accidentali, possono portare a grandi differenze nel  risultato finale. Questo è il comportamento tipico dei sistemi caotici (come nel famoso Problema dei Tre Corpi). Ma ora non possiamo addentrarci in questi interessanti concetti, e torniamo coi piedi per Terra.

Un pianeta sempre inquieto

La Terra è un sistema che da sempre alterne fasi di stabilità, quando le retroazioni negative riescono a mantenere le cose a posto per un po’ di tempo, a fasi di instabilità quando si scatenano le retroazioni  positive. Nella sua storia di oltre quattro miliardi di anni il nostro pianeta ha conosciuto continui  cambiamenti climatici, alcuni di tale portata da causare estinzioni di massa.

Oggi la temperatura media della Terra è di circa 16 gradi; durante l’ultimo evento Terra-palla-di-neve, circa 700 milioni di anni fa, causato da una serie di fattori complessi sostenuti da potenti retroazioni positive che rimossero quasi tutta la CO2 presente in atmosfera, la temperatura media scese a -50°. La Terra si coprì di ghiaccio fino  all’equatore e si trovò a un passo dal vedere cancellate per sempre tutte le forme di vita elementari allora  presenti, rischiando di fare la fine di un pianeta sterile come tutti gli altri che finora conosciamo.

Un  particolare ringraziamento quindi a quei pochi organismi estremofili che sono sopravvissuti e si sono evoluti fino a diventare noi. Poi i vulcani si misero d’impegno e buttarono in aria quel minimo di gas-serra sufficiente ad innescare retroazioni positive in senso opposto (questa volta ben gradite!). I ghiacci  cominciarono a ritirarsi riducendo l’effetto albedo avviando una nuova fase di riscaldamento che permise  l’esplosione della vita complessa.

All’opposto, in una delle epoche più calde, l’Eocene, intorno a 50 milioni di anni fa, si raggiunse la bellezza di +30° di temperatura media (una quindicina in più rispetto ad oggi) a causa di una intensa attività   vulcanica, della grande vegetazione e della mancanza di calotte polari. Anche in questo caso l’evento fu  accompagnato da una bella estinzione di massa, questa volta su specie ben più evolute.

Poi, anche in questo caso, una serie di interazioni di diversi fattori portò ad una riduzione della CO₂ atmosferica e al  progressivo raffreddamento, con l’innesco delle solite retroazioni positive.

Cambiamento, retroazioni, evoluzione…

Questi sono solo due esempi, tra i più estremi, delle moltissime oscillazioni climatiche che hanno  caratterizzato la storia del nostro pianeta. Anche se si tende a considerare poco probabile il ripetersi di cambiamenti così radicali, quello che si vuole sottolineare è il meccanismo sistemico: l’inizio di un qualsiasi cambiamento è innescato da uno o più eventi tra molti possibili: fasi dei cicli astronomici, eruzioni vulcaniche, sviluppo di vegetazione, movimenti tettonici, processi di orogenesi, sviluppo degli organismi
marini con guscio, impatto di meteoriti, e molti altri ancora.

Poi, dopo l’innesco, sono sempre le retroazioni positive che sostengono il cambiamento a volte fino a condizioni estreme, in un senso o nell’altro, cioè verso il raffreddamento o verso il riscaldamento. Alla fine, inevitabilmente, intervengono nuovi fattori che innescano una retroazione positiva in direzione opposta oppure una retroazione negativa che stabilizza provvisoriamente il clima sul nuovo equilibrio raggiunto, in un mondo che però nel frattempo può essere totalmente cambiato e irriconoscibile. Cosa che ha fatto la fortuna di moltissime specie che, dopo un’estinzione di massa, trovavano spazi ecologici immensi da occupare, potenziando il meccanismo evolutivo.

Non era un mondo per umani

Ma lasciamo i tempi più remoti e veniamo all’epoca dei nostri antenati, comparsi tra i 200 e i 300 mila anni fa. Come se la passava Homo Sapiens dal punto di vista del confort climatico? In generale male, molto male.  Per la maggior parte del tempo ha vissuto in un ambiente mediamente più freddo di quello attuale, dominato dell’alternanza, governata dai cicli astronomici millenari, tra fasi glaciali, che abbassavano la temperatura di 5- 10 gradi, e fasi interglaciali che riportavano rapidamente la temperatura vicino ai valori attuali.

Durante i periodi freddi i livelli dei mari scendevano di oltre 100 metri, cosa che ha permesso al Sapiens di trovare ponti di terra per diffondersi in tutto il mondo tra i 70 e 15 mila anni fa.

Ma l’aspetto peggiore per i nostri poveri antenati erano gli sbalzi di temperatura che avvenivano secondo cicli molto più rapidi rispetto allo schema dei macro cicli millenari, spesso in pochi secoli o perfino in qualche decennio. In questa situazione era impossibile per il nostro Sapiens trovare luoghi sicuri dove pensare di fermarsi a lungo, al riparo da inondazioni o altre improvvise calamità causate da questo clima altamente instabile.

Ma, a differenza nostra, Sapiens contemporanei, il Sapiens di quei tempi viveva in piccoli gruppi di cacciatori-raccoglitori estremante mobili, in grado di spostarsi rapidamente alla ricerca di habitat adatti alla sopravvivenza. In ogni caso la vita doveva essere molto dura, e si crede che il clima ostile abbia contribuito all’estinzione di diverse specie umane precedenti e coesistenti con il Sapiens. Quindi no, la Terra non era
davvero un luogo tranquillo e accogliente nei confronti dei nostri lontani antenati.

Poi, all’improvviso, 11.700 anni di stabilità

Poi 11.700 anni fa, per una serie di concause “fortunate” (che qua non esaminiamo), questi grandi e continui sbalzi climatici cessarono, la temperatura media risalì e si stabilizzò ad un livello decisamente più mite: in pratica il clima divenne quello che abbiamo sempre conosciuto fino ad oggi. Da allora le oscillazioni della temperatura globale si sono mantenute entro ±0,5-1 gradi, il mondo era entrato in un Eden climatico.

Finalmente il Sapiens poté smettere di vivere in quel modo tanto “naturale” quanto precario, e trovare luoghi dove potersi stabilire senza rischiare di dover scappare da un giorno all’altro. In questa condizione fu in grado di sviluppare l’agricoltura e dare vita ai primi nuclei urbani.

A questo proposito è interessante notare come l’agricoltura sia nata praticamente in contemporanea in tutto il pianeta, nelle Mesoameriche come in Egitto, in Mesopotamia, nella Valle dell’Indo e del Fiume Giallo, tra popolazioni che non erano in contatto tra loro.

Con la pratica dell’agricoltura e della domesticazione degli animali, una parte della popolazione era ora in grado di sfamare tutti, permettendo ad un numero crescente di individui di diversificare altre attività specializzate, anche di “pensiero”, innescando l’inarrestabile motore del progresso.

Fu così che nacque quella che chiamiamo Civiltà, grazie ad un cambiamento climatico favorevole che aprì improvvisamente una finestra di opportunità che non era né scontata né garantita. Poi si può discutere se il passaggio da cacciatori-raccoglitori ad agricoltori sia stato un vero guadagno per l’umana felicità, ma questa è un’altra questione…

Il duro colpo della mazza da Hockey

Quello che sta accadendo oggi con il riscaldamento globale è molto preoccupante, e ora vedremo brevemente il perché. Con la premessa che non vogliamo in questa sede trattare di climatologia ma solo collegare questo argomento alla Teoria dei Sistemi, e in particolare al concetto della retroazione positiva come il motore che, con la sua capacità di auto-amplificare gli effetti, può portare più o meno velocemente qualsiasi sistema a grandi e sconvolgenti cambiamenti.

Come abbiamo visto, negli ultimi millenni, la temperatura globale è oscillata sempre entro un intervallo di ± 0,5-1 gradi (anche se si sono riscontrate le famose “piccole ere” calde e fredde, che portarono alcune zone ad avere temperature di qualche grado in più o in meno per un certo periodo). Ma a livello di media globale le oscillazioni furono comunque contenute entro questo piccolo intervallo, con una tendenza lenta al raffreddamento (causato dai cicli astronomici).

Poi, con l’inizio dell’era industriale, la temperatura globale ha iniziato a crescere impennandosi negli ultimissimi decenni. Oggi, 2024, siamo a circa +1,5 gradi rispetto all’era preindustriale, con una dinamica ben rappresentata dal famoso grafico a mazza da hockey, ideato già negli anni ’90 da alcuni climatologi americani, che fu oggetto di forte dibattito allora ma oggi del tutto confermato dai dati reali (vedi figura seguente).

Se il clima è sempre cambiato, qual è il problema?

Ultimamente, di fronte all’evidenza dei dati, i “negazionisti” del riscaldamento climatico sono quasi spariti per trasformarsi in “scettici” rispetto alle vere cause e alle possibili conseguenze.

Una delle argomentazioni più gettonate è che “il clima è sempre cambiato per cause naturali, l’uomo non c’entra nulla”. E che quindi non ci sarebbe alcun motivo di preoccupazione. Certo, come abbiamo visto, è assolutamente vero che il clima è sempre cambiato, e anche per cause del tutto naturali, ma non è sempre stata una passeggiata di
salute. Specialmente quando il cambiamento si è svolto in tempi troppo rapidi rispetto alla capacità di adattamento delle specie viventi.

Infatti, a preoccupare non è solo il valore assoluto della temperatura già raggiunto oggi, che comunque già determina effetti significativi, con picchi che localmente raggiungono i
4 gradi, ma la sua continua tendenza a crescere sempre più rapidamente.

Cosa che potrebbe indicare che sia già avvenuto il temuto innesco di retroazioni positive che porteranno il pianeta ad una fase di cambiamento climatico incontrollato in tempi molto brevi.

Dunque, anche se come dicono gli settico-negazionisti, l’attuale riscaldamento fosse causato solo da non bene precisate cause naturali (ipotesi peraltro smentita da innumerevoli evidenze scientifiche), non sembra davvero una buona ragione per non fare nulla e, anzi, continuare a dargli una sostanziosa mano continuando ad immettere miliardi di tonnellate di gas serra ogni anno.

Non siamo più cacciatori-raccoglitori: qui sta il problema

Il vero problema rispetto ad un possibile stravolgimento ambientale è che oggi non siamo più una manciata di cacciatori-raccoglitori sparsi in un mondo gigantesco. Siamo otto miliardi di individui, la metà dei quali vive in conglomerati urbani densi e dipendenti da una complessa quanto vulnerabile tecnologia per sopravvivere. E l’altra metà in ambienti più “naturali” e forse ancora più esposta agli effetti immediati dei rapidi cambiamenti climatici.

Questi cambiamenti, infatti, stanno avvenendo in tempi molto brevi, troppo brevi da permettere a tutta questa umanità un adattamento “ordinato” alle nuove condizioni ambientali. Per questa ragione si profila un quadro drammatico per il mantenimento della nostra complessa società, per come la conosciamo e intendiamo oggi.

Parliamo di: carestie, migrazioni, perdita di aree costiere, collassi di infrastrutture, fenomeni estremi, crisi sociali, guerre, e via dicendo. Nei peggiori scenari ipotizzati, questa serie di disastri potrebbe concretamente svilupparsi entro pochi decenni.
Nulla è davvero certo, e come diceva il fisico Niels Bohrfare previsioni è difficile, soprattutto sul futuro”.

Attenzione, stiamo giocando col fuoco

Ma la comunità scientifica ci avverte continuamente che la causa principale del riscaldamento globale è imputabile alle emissioni antropiche di anidride carbonica di origine fossile, e che la temperatura globale salirà di 4-5 gradi nel 2100 nel caso business-as-usual (cioè se non facciamo un bel nulla per contrastare la cosa), con riscaldamenti locali anche molto superiori.

In pratica ci dice che stiamo giocando col fuoco e che stiamo puntando dritti verso scenari non precisamente desiderabili.

Ognuno tragga le proprie conclusioni. La specie umana è forse la forma vita evoluta più resiliente, l’unica capace di colonizzare (quasi) tutte le latitudini del pianeta, e molto probabilmente, come specie animale, in qualche modo sopravviverà anche alle conseguenze di uno sconvolgimento ambientale causato da un grande e rapido riscaldamento climatico. Quindi potremmo fare come molti, e scommettere che tutto
sommato non accadrà niente di grave, che è tutta una esagerazione, un complotto per farci comprare le auto elettriche.

Ma se perdiamo questa scommessa, quale prezzo dovranno pagare le prossime generazioni?

-2 fine-

  • LEGGI anche e guarda il VIDEO: Trump, nucleare e crisi climatica: 5 domande a Nicola Armaroli

– Iscriviti alla newsletter e al canale YouTube di Vaielettrico –

Apri commenti

5 COMMENTI

  1. Bellissima spiegazione a completamento della precendente parte.
    Le conseguenze non sono altrettanto belle ma siamo pienamente parte responsabile.

  2. Non credo che ci estingueremo per il cambiamento climatico ma lo faremo molto prima per l’idiozia umana, per le guerre e quant’altro. A beneficio del pianeta Terra.

  3. bello il “taglio” dato all’argomento, grazie!

    mi sono visto da poco il film-documentario “mercanti di dubbio” (scoperto da un consiglio qui su vaielettrico e trovato però in inglese con i sottotitoli inglesi), racconta come le agenzie di pubbliche relazioni/pubblicità dopo aver fatto esperienza per le campagne che negavano i danni delle sigarette a partire dal 1953, hanno poi offerto lo stesso servizio di disinformazione anche a tante altre filiere industriali, tra cui le filiere oil per spargere per decenni i dubbi su entità, cause, effetti del cambiamento climatico

    • Mercanti di dubbi: Come un manipolo di scienziati ha nascosto la verità, dal fumo al riscaldamento globale (Saggistica ambientale)
      Naomi Oreskes e altri 1
      4,8 4,8 su 5 stelle (44)

      Anche il libro su Amazon Kindle…

  4. lo sapevo che anche oggi avrei imparato qualcosa da vaielettrico ! l’inutilita’ del genere umano come specie : non riusciamo a salvaguardare il pianeta , la ns casa ,cosi’ come l’ambiente e le specie viventi tutte . l’estinzione la vedo come una possibilita’ vista la mentalita’ della politica mondiale ( quelli che ci dovrebbero tutelare ) . a questo punto ai lettori di vaielettrico ( almeno su questo sito trovo bei pensatori ) ognuno faccia del proprio meglio e anche di piu’ visto che altri proprio non collaborano . buon futuro a tutti .

Rispondi