I cambiamenti climatici sono dovuti alle emissioni di origine antropica. Massimo Zucchetti Politecnico di Torino

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1 I cambiamenti climatici sono dovuti alle emissioni di origine antropica. Massimo Zucchetti Politecnico di Torino La maggior parte delle considerazioni che seguiranno sono tratte dai rapporti e dalle conclusioni del IPCC (Panel Intergovernativo sul Cambiamento del Clima), un gruppo dei maggiori esperti a livello mondiale sui problemi climatici, costituito sin dal 1988 dall UNEP (Agenzia per l Ambiente delle Nazioni Unite) e dal WMO (World Meteorological Organization). Il terzo Rapporto del IPCC (Climate Change 2001) è stato emesso durante la Conferenza Internazionale sui Cambiamenti Climatici tenutasi a Shanghai dal 17 al 20 gennaio Il dibattito incentrato sul protocollo di Kyoto, sulla fondatezza dell allarme lanciato sulla evoluzione del clima terrestre, e sulla necessità o meno di procedere senza indugi nella direzione che Kyoto ci indica, deve essere il più possibile corroborato da nozioni e dati tecnici che aiutino a decidere chi è demandato a farlo, ed aiutino a capire chi può esserne coinvolto, ovvero dato l argomento semplicemente tutti. Questo lavoro tenterà di agire in questa direzione, perchè crediamo che data la situazione come essa verrà illustrata non ci sia più spazio per soluzioni compromissorie. Nella sostanza, l affinarsi dei modelli di previsione e la maggior e migliore quantità e qualità dei dati a disposizione hanno nettamente portato la comunità scientifica internazionale ad identificare nelle emissioni dovute ad attività antropiche (cioè dell uomo civilizzato) i cambiamenti del clima che si stanno verificando in questi decenni, rendendo più affidabili le previsioni sull andamento del clima nel 21 secolo. Questa trattazione si incentrerà su tre punti di premessa, ed un punto finale principale: 1. Vi è una crescente quantità di dati ed osservazioni che indicano un aumento anormale della temperatura della Terra ed altri mutamenti del clima. 2. Le emissioni di gas-serra dovuti ad attività antropiche alterano l atmosfera in maniera tale da influenzare il clima. 3. L affidabilità dei modelli di evoluzione climatica futura è aumentata negli ultimi anni. Vi sono recenti e più affidabili evidenze che l aumento della temperatura della Terra riscontrato negli scorsi 150 anni è dovuto ad emissioni di origine antropica. 4. Gli scenari futuri elaborati da questi modelli prevedono l incremento della temperatura media globale e l innalzamento del livello medio dei mari nel 21 secolo, in stretta connessione con le emissioni di origine antropica. 1

2 1. Vi è una crescente quantità di dati ed osservazioni che indicano un aumento anormale ed inequivocabile della temperatura della Terra ed altri mutamenti nel clima. La temperatura media della superficie terrestre è in crescita sin dalla seconda metà dell Ottocento. Nel 20 secolo, l incremento è stato di C. Si veda la Figura 1, dove risulta evidente l incremento più sensibile avutosi nell ultimo quarto di secolo ( ). Gli anni 90 sono stati la decade più calda del XX secolo, ed il 1998 l anno più caldo. Da quando i satelliti hanno iniziato a rilevarla (1979), la temperatura media nello strato più basso (primi 8 km) dell atmosfera è cresciuta di circa 0.1 C ogni 10 anni. I satelliti hanno anche rilevato, a partire dai tardi anni 60, una rilevante riduzione dell estensione delle zone innevate e dei ghiacciai nell emisfero settentrionale, sia in termini di area ricoperta, che di durata del periodo di innevamento, intorno al 10% circa. Nel frattempo, lo spessore dei ghiacci dell Antartide durante la fase estiva-autunnale si è ridotto di circa il 40% durante gli ultimi decenni. Il livello del mare, secondo le più affidabili osservazioni sulle maree, è salito di cm nel corso del 20 secolo. Altri cambiamenti importanti nel clima sono avvenuti nel 20 secolo: le precipitazioni medie sono aumentate nelle zone continentali temperate dell emisfero settentrionale, al ritmo di 0.5-1% l anno; incrementi si sono avuti anche nelle zone subtropicali e tropicali. Nella seconda metà del secolo, la frequenza di eventi atmosferici catastrofici è cresciuta del 2-4%, con la comparsa di fenomeni quali El Nio ed altri, mentre la copertura media da parte di nubi dei cieli temperati è cresciuta di circa il 2%. Infine, dal 1950 si è ridotta la frequenza di comparsa di inverni particolarmente freddi. 2. Le emissioni di gas-serra dovuti ad attività antropiche alterano l atmosfera in maniera tale da influenzare il clima. I cambiamenti del clima sono dovuti sia a variabilità intrinseche del sistema climatico, che a fattori esterni, sia naturali che antropici. L influenza dei fattori esterni sul clima si può quantificare introducendo il concetto di radiative forcing 1 (RF). Esempi di RF positivo, che porta ad un incremento di temperatura, sono i gas-serra, mentre RF negativo hanno certi tipi di aerosol oppure, fra i fattori naturali, le esplosioni vulcaniche. 1 Radiative Forcing è una misura dell influenza di un dato fattore nell alterare il bilancio fra energia entrante ed uscente dal sistema Terra-atmosfera. E perciò un indice di importanza di quel fattore nel meccanismo di cambiamento del clima. Si esprime in unità di potenza (Watt) su unità di superficie (m 2 ). 2

3 I gas-serra sono quei componenti dell atmosfera terrestre in grado di modificarne l effetto serra. L effetto serra è un fenomeno naturale, che esiste sin da quando la Terra è provvista di atmosfera, e grazie al quale la temperatura sul nostro pianeta si pone in una fascia che consente la vita; le radiazioni solari che giungono sulla Terra vengono in parte riflesse dalla superficie terrestre: ma, durante questo processo, cambia la loro lunghezza d onda e l atmosfera terrestre, che prima le aveva lasciate arrivare fino al terreno, è ora in grado di trattenerle parzialmente, non lasciando che esse rimbalzino totalmente verso lo spazio. In guisa appunto delle superfici vetrate di un serra, la nostra atmosfera contribuisce così a trattenere parte del calore che giunge dal Sole sulla Terra. In assenza di atmosfera, le temperature sulla Terra sarebbero incompatibili con la vita attuale: si pensi ai micidiali estremi verso l alto ed il basso che si hanno sulla Luna, che, pur a distanza dal Sole simile a quella terrestre, non è provvista di atmosfera. Il benefico effetto serra naturale che l atmosfera terrestre esercita può però diventare più o meno grande a seconda dei gas dai quali essa è composta: il delicato bilancio di potenze solari entranti ed uscenti può venire alterato dal suo naturale valore di equilibrio se la composizione dell atmosfera muta per qualche motivo. La ricerca negli ultimi anni si è concentrata sulla caratterizzazione degli agenti di mutazione climatica e sul loro andamento nel passato recente o remoto, in particolare con la datazione delle bolle d aria inglobate nei ghiacci dell Antartide e della Groenlandia. La figura 2 ci mostra ad esempio l andamento delle concentrazioni di alcuni dei principali gas-serra (CO 2, CH 4 e N 2 O) 2, con un incremento notevole nell ultimo secolo in correlazione con lo svilupparsi dell era industriale. Più in basso troviamo l andamento degli aerosoli solforici (particolato) depositati sul ghiaccio della Groenlandia, in chiara correlazione con le emissioni mondiali di anidride solforosa (SO 2 ) di combustione e di origine antropica, riportati nella stessa figura. Dettagliando i dati di figura 2, e concentrandoci inizialmente sull anidride carbonica (CO 2 ), vediamo che la sua concentrazione è cresciuta del 31% dal 1750 ad oggi, raggiungendo un livello mai toccato negli ultimi anni. Più recentemente, la crescita di concentrazione di CO 2 è stata di 1.5 ppm (0.4%) l anno durante gli anni 90, ma passando dagli 0.9 ppm (0.2%) di inizio decade, ai 2.8 ppm (0.8%) di fine decade. Si tratta cioè di uno scenario in veloce accelerazione, su livelli mai toccati nella storia dell uomo civilizzato, e che segue una legge di incremento esponenziale. Circa il 75% dell incremento di concentrazione della CO 2 è attribuito alle emissioni antropiche derivanti dall utilizzo di combustibili fossili (petrolio, carbone, gas naturale), i quali costituiscono sempre a livello mondiale - la fonte del 88% circa della produzione di energia primaria. Nessuna di queste tre fonti energetiche, basandosi sulla combustione, può prescindere dall emissione di CO 2 2 L origine dei gas-serra si può così riassumere: la CO 2 deriva dalla combustione dei combustibili fossili e dal fenomeno della deforestazione; il metano (CH 4 ) deriva da fenomeni di combustione incompleta, da attività agricole, da perdite nei condotti di gas naturale; il N 2 O da attività agricole. 3

4 (che è un prodotto di reazione), sebbene il metano abbia minori emissioni a parità di energia prodotta. Il restante 25%, nell aumento della CO 2, è attribuito alla deforestazione, che fornisce pertanto un contributo tutt altro che trascurabile. Dati simili si hanno per le concentrazioni ed i ratei di emissione di CH 4 e N 2 O, anch essi in crescita e anch essi con preponderante contributo di attività antropiche. Anche i clorofluorocarburi (CFC), oltre ad avere una azione negativa verso la fascia d ozono, sono gas-serra. I loro sostituti innocui per l ozono, in base ai dettami del protocollo di Montreal e successivi, mantengono purtroppo le caratteristiche di gas-serra. Un confronto fra gli RF dei vari gas serra ci porta ad attribuire alla CO 2 il 60% dell effetto-serra dal 1750 ad oggi, contro il 19% circa del CH 4, il 13% circa dei CFC, il 6% circa del N 2 O. Il controbilanciamento dell effetto serra dovuto alle emissioni di aerosol di origine antropica è di difficile valutazione ed è di breve durata nel tempo, contrariamente all RF dei gas serra. Esaminando i dati dell ultimo secolo, si vede poi che ai fattori naturali (oscillazioni della potenza solare, eruzioni vulcaniche) è attribuito un contributo assai piccolo ai mutamenti climatici, che sono pertanto dovuti in maniera preponderante alle emissioni antropiche di gas-serra. Ciò può essere facilmente riscontrato esaminando i dati riportati in figura 3, della quale si discuterà nel prossimo paragrafo. Alcune eruzioni vulcaniche storiche hanno in passato alterato il clima per numerosi anni consecutivi: a differenza dei mutamenti dovuti alle emissioni di gas-serra, tuttavia, si è poi avuto un ritorno alla normalità nel giro di pochi anni. 4

5 3. L affidabilità dei modelli di evoluzione climatica futura è aumentata negli ultimi anni. Vi sono recenti e più affidabili evidenze che l aumento della temperatura della Terra riscontrato negli scorsi 150 anni è dovuto ad emissioni di origine antropica. I modelli per la predizione dei cambiamenti climatici a livello mondiale sono intrinsecamente complicati, a causa della fisica che sta alla loro base e della moltitudine di elementi di cui tener conto. Ancora oggi, nonostante i grandi progressi, è difficile quantificare perfettamente l influenza, direta ed indiretta, che ogni singolo fattore può avere sul clima. Eppure, recentemente, i modelli climatici hanno fornito ottime prove nella simulazione di eventi passati quali l evoluzione del clima in generale, la trasmissione di calore attraverso gli oceani, la dinamica dei sistemi acqueghiacci nelle zone polari. I modelli più recenti forniscono simulazioni soddisfacenti dell evoluzione del clima senza la necessità di aggiustamenti ad hoc, come era necessario in passato. Un esempio dell ottima rispondenza fra modello e reale andamento dell evoluzione del clima nel 20 secolo si può vedere nella figura 3: abbiamo perciò ora a disposizione strumenti adeguati per predire il clima futuro, e capire quali siano le azioni più adeguate da intraprendere. 4. Gli scenari futuri elaborati da questi modelli prevedono l incremento della temperatura media globale e l innalzamento del livello dei mari nel 21 secolo, in stretta connessione con le emissioni di origine antropica. Già la figura 3 prima citata ci mostra come, nell ultimo scorcio del 20 secolo, le emissioni antropiche siano la maggior causa dell aumento di temperatura. L impressione è tuttavia corroborata dalle stime del RF dei vari gas-serra, e sull origine di ognuno di essi. La pretesa di spiegare con il mutamento di soli fattori naturali il cambiamento del clima cade di fronte all evidenza che questi ultimi, da soli, non possono riuscirvi neppure con le forzature più ampie. Gli stessi modelli climatici prima citati sono stati utilizzati per predire l andamento del clima nel 21 secolo, coadiuvati dagli scenari sull andamento delle emissioni di gas ed aerosoli di origine antropica. Per quanto riguarda i gas-serra, ed in particolare la CO 2 - sulla quale incentreremo la nostra attenzione - l andamento della sua concentrazione nel 21 secolo (come già nel secolo precedente) sarà influenzato in maniera dominante dalle emissioni dovute all uso di combustibili fossili. Man mano che la concentrazione di CO 2 cresce, decresce la capacità di oceani e terreno di assorbirla, con un effetto di retroazione autoesaltante che si accompagna ad un ulteriore aumento di concentrazione. Non è quindi lecito liquidare questi problemi pensando o sperando - che la Natura abbia in sé le capacità per ovviare a queste sollecitazioni. Il sistema terra-atmosfera è 5

6 dotato sì di una grande inerzia nel rispondere alle sollecitazioni, ma non è provato che esso sia dotato di meccanismi di retroazione negativa che lo rendano stabile almeno negli intervalli di temperatura così limitati entro i quali è possibile la vita sulla Terra. E ovvio infatti che fenomeni di stabilizzazione della temperatura a livello e di tipo venusiano (il pianeta Venere con le sue temperature infernali è un esempio delle potenzialità dell effetto serra) non possono interessarci. I modelli predittivi per il clima del pianeta Terra forniscono stime, per il secolo fino al 2100, muniti di un ovvia forbice dovuta alle incertezze, ma soprattutto agli scenari più o meno ottimistici sulle emissioni. Per la CO 2 viene prevista una concentrazione fra i 490 e i 1260 ppm, ovvero un incremento rispetto al livello del 1750 compreso fra il 75 ed il 350%. Pertanto, il RF (Radiative Forcing) dovuto alla CO 2 e più in generale a tutti i gas-serra è destinato ad aumentare durante tutto il 21 secolo, con - in particolare - la parte dovuta alla CO 2 destinata ad aumentare fino a raggiungere circa il 75% dell effetto totale. Secondo il principio di precauzione, la deduzione parziale a questo punto dovrebbe essere semplice: per stabilizzare il RF e quindi non vedere perlomeno peggiorare l effetto serra - è necessario ridurre pesantemente le emissioni di gas-serra. Ad esempio, per quanto riguarda la CO 2, una stabilizzazione della sua concentrazione necessiterebbe la riduzione delle emissioni antropiche a livelli inferiori al Il livello a cui la CO 2 si stabilizzerebbe nell atmosfera (450, 650, 1000 ppm a seconda degli scenari) dipende dalla velocità di raggiungimento della riduzione ai livelli del 1990 (poche decadi, circa un secolo, circa due secoli rispettivamente). Come si vede, la celerità nel raggiungimento degli obiettivi di bassa emissione è anch essa molto importante. I risultati dei diversi modelli di evoluzione del clima per il 21 secolo forniscono una varietà di dati, a seconda appunto di tutti i fattori prima accennati. Essi sono concordi nel predire un aumento della temperatura media mondiale, con valori intorno ai 3-4 C in più da qui alla fine secolo, passando dagli scenari più ottimistici (+ 1.4 C) a quelli più pessimistici (+ 5.8 C). Questi risultati (si veda la figura 4) sono meno ottimistici rispetto alle stime fatte nel corso dei primi anni 90. L incremento di temperatura previsto nel 21 è molto più ampio di quello riscontrato nel 20 secolo, ed è senza precedenti nel corso - come minimo - degli ultimi anni. I modelli ci dicono inoltre che non tutte le aree del pianeta subiranno questo effetto nella stessa misura, ma saranno più colpite le zone settentrionali durante la stagione fredda. Un caso notevole previsto dai modelli sarà il riscaldamento nelle regioni settentrionali del Nord America, che potrebbe eccedere del 40% la media del riscaldamento mondiale. Questo ultimo dato ci porta ad una proiezione interessante per la Groenlandia, dove il riscaldamento locale è atteso essere da una a tre volte il valore medio mondiale: un aumento della temperatura di 3 C, se protratto per millenni, porterebe ad un completo scioglimento dei ghiacci, con un 6

7 conseguente aumento del livello del mare di circa 7 metri. Se l incremento locale di temperatura fosse poi di 5.5 C, basterebbero 1000 anni per provocare un aumento di 3 metri del livello del mare. Un simile concomitante effetto è atteso anche dai ghiacci antartici. Per quanto riguarda altri effetti sul clima, i modelli ci indicano un aumento medio delle precipitazioni nel 21 secolo, con però effetti localizzati anche inversi, ed un generale inasprirsi delle variazioni fra le precipitazioni da un anno all altro. Molti eventi climatici estremi potrebbero aumentare in frequenza e gravità: ad esempio, aumento delle temperature massime, aumento delle zone affette da siccità nelle zone continentali temperate, maggior frequenza di temporali violenti, maggior frequenza ed intensità di cicloni nelle zone tropicali, aumento della variabilità dei fenomeni monsonici in Asia. Secondo le previsioni, l innevamento nell emisfero settentrionale, insieme all estensione dei ghiacci polari, sono destinati a decrescere ulteriormente nel 21 secolo, contemporaneamente al ritiro dei ghiacciai. L aumento del livello del mare è il dato più variabile per i modelli climatici, i quali forniscono valori che spaziano fra i 10 e i 90 centimetri a fine secolo. Questo dato rappresenta una controtendenza nell affinamento dei modelli, in quanto i modelli passati fornivano valori più elevati. Ciò è essenzialmente dovuto al tempo di ritardo intrinseco a questo fenomeno: in sostanza, il livello del mare è l ultima variabile di una catena che, partendo dalle emissioni, passa alle concentrazioni di gas-serra, per andare all aumento di temperatura. Sarà un dato, pertanto, sul quale gli effetti si vedranno più distintamente a lunghissimo termine, come illustrato con l esempio precedente sulla Groenlandia. Venendo alle conclusioni, il ruolo preponderante delle emissioni antropiche di gas-serra nell evoluzione del clima è ampiamente documentato. Sebbene il lavoro di affinamento dei modelli e di reperimento di dati più precisi sull andamento del clima nel recente passato siano sempre in corso, vi è motivo di ritenere che essi potranno portare a fornire risposte più precise solo su parametri particolari soprattutto a livello più locale. Il dato macroscopico principale che riguarda il riscaldamento globale della Terra, quali ne sono le cause, e gli effetti che questo indurrà non ha bisogno di conferme, se non affinamenti quantitativi: questi sono senz altro importanti, ma l incertezza dei dati attuali è ormai così bassa che la sostanza del problema non potrà più modificarsi. Da aggiungere vi è ancora una riflessione sulla persistenza di questi effetti: la maggior parte dei gas-serra, ed in particolare la CO 2, hanno un effetto persistente sulla composizione dell atmosfera. Una volta emessi, cioè, si stima che permangono in essa per circa un secolo. Inoltre, l effetto di riscaldamento permane, ovviamente, anche una volta che il loro livello si è stabilizzato. Non è 7

8 quindi sufficiente ridurre le emissioni fino a stabilizzare le concentrazioni anche se questo è il primo essenziale passo - ma occorre altresì ridurle fino a provocare, a lungo termine, una ritorno alle concentrazioni del passato. Solo così si può pensare, ripetiamo, a lungo termine, di fermare l incremento di temperatura. Ciò di cui abbiamo parlato non è un problema nuovo: le valutazioni del Club di Roma degli anni 70 sulla crisi energetica si stanno rivelando, a dispetto di chi le tacciava di catastrofismo, assai azzeccate. Nel maggio 1992, i governi mondiali hanno adottato la Convenzione Quadro sui Cambiamenti Climatici delle Nazioni Unite (UNFCC); questo primo passo è stato seguito, nel Dicembre 1997, dall adozione del protocollo di Kyoto, prima implementazione pratica del UNFCC; tuttavia, pur ratificato ad oggi da 186 paesi, il protocollo di Kyoto attende ancora la sua entrata in vigore. Tempo prezioso viene perso a causa dei colpevoli tentennamenti di alcuni paesi ricchi. In conclusione, gli effetti di cambiamento del clima indotti dall uomo potrebbero persistere per molti secoli. La grande inerzia del sistema terra-atmosfera è il fattore positivo che ci permette, oggi, di rilevare in maniera relativamente ancora piccola gli effetti sul clima delle pesanti modificazioni che stiamo inducendo sull atmosfera. Questa inerzia del sistema, a lungo termine, potrebbe divenire controproducente: il 21 secolo sarà il momento nel quale potremo riscontrare i cambiamenti del clima dovuti alle emissioni dei decenni precedenti. Le auspicabili contromisure che verranno prese a livello di riduzione delle emissioni, prima, e di stabilizzazione dei livelli di inquinante, poi vedranno il loro effetto comparire soltanto più avanti. Proprio per questo motivo è importante che i provvedimenti sulle riduzioni delle emissioni antropiche siano presi ed ottemperati il più velocemente possibile: quando una nave assai pesante è lanciata con discreta velocità verso una scogliera, occorre iniziare a fare macchina indietro prima possibile, per poterla fermare in tempo. I modelli di previsione ci suggeriscono che potremmo farlo, sebbene qualche danno potrebbe essere ormai inevitabile. Per ora, purtroppo, chi è al governo della nave cioè del mondo - sta ulteriormente forzando le macchine in avanti. Riferimenti Evitando una lunga lista, moltissima documentazione può essere reperita sui siti: UNFCC: IPCC: 8

9 Figura 1 9

10 Figura 2 10

11 Figura 3 11

12 Figura 4 12