4 Domanda: come influisce il moto del nostro pianeta sul clima? Se supponiamo allora che l'energia emessa dal Sole rimanga costante l'insolazione varia in due modi: 1. globalmente con la distanza tra la Terra e il Sole anche se di una quantità quasi trascurabile e vedremo subito perché, 2. a ogni data latitudine con l'inclinazione della Terra rispetto al Sole Cerchiamo di capire bene queste due variazioni ATTENZIONE! Ci stiamo occupando della variazione dell insolazione conseguente al moto della Terra attorno al Sole e alle sue variazioni 1. La prima dipende dal moto di rivoluzione annua che la Terra compie attorno al Sole, tutti avrete sentito dire che l orbita terrestre è ellittica. Ciò è vero naturalmente, ma si tratta di un ellisse molto poco schiacciata, e cioè di un orbita quasi circolare. Come si vede nella figura qui sotto: la linea più interna gialla rappresenta un orbita perfettamente circolare, la linea rossa più esterna rappresenta l orbita della Terra. L insolazione varia di pochissimo con la variazione della distanza Terra-Sole perché l orbita terrestre attorno al Sole è quasi circolare Quindi nel corso dell anno la distanza Terra-Sole varia: in gennaio la Terra è nel punto più vicino al Sole (perielio) mentre in luglio si trova nel punto più lontano (afelio). Conseguentemente l insolazione totale è leggermente più elevata in gennaio che in luglio. 7
2. Un effetto decisamente più marcato sull insolazione è quello dovuto all inclinazione dell asse attorno a cui ruota la Terra rispetto ad una linea perpendicolare al piano dell orbita terrestre attorno al Sole. L insolazione varia invece molto di più sulla Terra a causa dell inclinazione del suo asse di rotazione. Quando la radiazione solare raggiunge la superficie terrestre succede quanto è descritto in quest altra immagine: Da questa inclinazione dipendono le variazioni stagionali Le diverse zone della Terra sono colpite con una incidenza diversa dai raggi solari. Ma questo cosa comporta? Da questa inclinazione DELL ASSE TERRESTRE dipendono le variazioni stagionali, la Terra infatti lungo la sua orbita espone i suoi due emisferi in modo diverso nel corso dell anno proprio perché mantiene sempre questa inclinazione. 8
Guardate quest altra figura: Questa è un esperienza che potete fare voi stessi. Anche le variazioni stagionali non influiscono comunque in modo pesante nel clima globale del nostro pianeta nel senso che la temperatura media della Terra e la massima escursione termica rimangono costanti. Infatti le fluttuazioni della temperatura media da un anno all altro sono solamente di alcuni decimi di grado centigrado. Nell immagine si ha: (a) il fascio di luce diretto scalda e illumina una superficie più piccola quindi tutta la radiazione è concentrata in una regione più piccola e l effetto è più intenso. (b) la superficie è maggiore e l effetto è meno intenso Quindi alle diverse latitudini la Terra viene scaldata dal Sole in modo diverso perché diversa è l insolazione. Nei mesi di giugno, luglio e agosto l emisfero boreale (il nostro emisfero Nord cioè) è rivolto verso il Sole e riceve più luce solare di quanta riceverebbe se l asse di rotazione terrestre fosse perpendicolare al piano dell orbita, l emisfero australe invece riceve meno luce. Sei mesi dopo quando la Terra si è spostata di 180 gradi ha compiuto cioè mezzo giro lungo la sua orbita la situazione si presenta invertita. Per indicare la differenza tra la massima e la minima temperatura registrata in un dato luogo di dice ESCURSIONE TERMICA Anche su questo discorso dell inclinazione dell asse di rotazione terrestre e della conseguente differenza di insolazione alle diverse latitudini torneremo più avanti perché vedremo essere il punto centrale del nostro discorso sui mutamenti climatici globali. 9
5 Domanda: e se la Terra ruotasse attorno al Sole su un'orbita diversa, cosa succederebbe? Torniamo a staccare i piedi da terra! I 9 pianeti del Sistema Solare compiono orbite diverse tra loro non solo per quanto riguarda le loro enormi distanze dal Sole ma anche nella forma. Alcuni, come la Terra, compiono un orbita quasi circolare altri molto più schiacciate cioè molto più ellittiche. Si dice che le loro orbite hanno eccentricità diversa All'estremo opposto del caso terrestre troviamo l'instabile Plutone, l'ultimo pianeta del Sistema Solare. Plutone ha un'orbita altamente ellittica tanto che ogni 248 anni entra dentro all'orbita di Nettuno e lì sta per una ventina di anni. Il tipo di orbita percorsa da un pianeta attorno al Sole influenza quindi il clima dello stesso pianeta, rendendone l'ambiente più o meno favorevole allo sviluppo e all'evoluzione della Vita Se la Terra non ruotasse attorno al Sole su di un orbita quasi circolare la distanza tra i due corpi cambierebbe in modo molto più marcato, di conseguenza anche il flusso di energia e il clima. La Terra ha una eccentricità pari a - 0,017 Durante questi venti anni Plutone è quindi più vicino al Sole di Nettuno. Quando si trova alla massima distanza dal Sole, dista da esso ben 52 volte più della Terra. Quando invece si trova nel punto più vicino, si trova a sole 30 volte la distanza Terra-Sole. Si può immaginare quanto sia freddo ed oscuro, dato che a quella distanza raccoglie solo una piccolissima parte della luce solare. Quando si avvicina al Sole Plutone possiede una atmosfera perché il metano e l'azoto, ghiacciati ai poli, evaporano in parte. Quando torna ad allontanarsi questa atmosfera si righiaccia e si deposita a terra. Quindi per Plutone si può proprio dire che ha un clima altamente instabile! Plutone ha una eccentricità pari a 0,25 10
6 Domanda: l orbita di un pianeta attorno al Sole può cambiare nel tempo? E perché? ATTENZIONE: in questa immagine i pianeti e il Sole (così grande da averne messo solo una piccola porzione della superficie: la striscia gialla a sinistra) sono in scala, MA solo per quanto riguarda le dimensioni, non per le distanze. Esse sono infatti talmente grandi da non essere rappresentabili nemmeno in 10 di questi fogli messi in fila! Un pianeta appartenente ad un sistema come il nostro, formato dal Sole, 9 pianeti, moltissimi satelliti e migliaia di corpi minori, risente senza dubbio della presenza di tutti questi corpi. Ne risente attraverso il campo gravitazionali che essi creano, si parla cioè di attrazione gravitazionale dei corpi, una forza che è tanto più intensa quanto più grandi e più vicini sono i corpi in questione. Certo, l'attrazione gravitazionale che il Sole esercita su ogni pianeta del Sistema Solare è di gran lunga maggiore delle reciproche interazioni tra pianeti, essendo concentrata nella nostra stella il 99,8% della massa totale di tutto il Sistema Solare Tuttavia i parametri di ogni orbita planetaria, quali: la distanza massima e minima dal Sole, cioè l eccentricità dell orbita l inclinazione dell asse di rotazione del pianeta rispetto alla perpendicolare al piano orbitale dello stesso la direzione stessa verso cui punta l asse di rotazione di un pianeta possono cambiare nel tempo proprio a causa delle perturbazioni apportate da tutti gli altri pianeti. Dopo il Sole infatti i pianeti più vicini e i più massicci sono quelli che hanno una maggiore influenza. La Terra, per esempio, risente moltissimo della forza gravitazionale di Giove che, avendo una massa oltre 300 volte più grande della massa terrestre, è il maggiore "perturbatore" anche per tutti gli altri corpi del Sistema Solare. Sull'orbita della Terra influisce inoltre in modo ancora più marcato di Giove la Luna e, in seconda battuta, influiscono per la loro vicinanza Venere e Marte. Quindi visto queste influenze la risposta alla nostra domanda è: sì, la traiettoria di un corpo attorno al Sole può cambiare, perché essa viene continuamente perturbata dalla forza gravitazionale esercitata degli altri pianeti. 11
7 Domanda: quali sono le conseguenze di tale cambiamento d orbita? Se cambia la traiettoria di un pianeta anche il clima si modifica. Già lo abbiamo sottolineato nelle domande e risposte precedenti: se la traiettoria di un pianeta fosse, per esempio, molto ellittica, la sua distanza dal Sole cambierebbe notevolmente nel corso dell'anno, così come il flusso di energia solare medio che colpisce la sua superficie, cioè l insolazione. Abbiamo inoltre appena visto che l'azione gravitazionale dei pianeti è in effetti in grado di modificare, nel corso di migliaia di anni, non solo l'eccentricità, ma un po' tutti i parametri dell'orbita. A questo punto ci interessa ovviamente sapere, specie per la Terra, l'entità di queste variazioni, se e quanto esse possano aver influito in passato, e influire in futuro, sul clima del nostro pianeta. Alcuni studi al calcolatore hanno simulato le variazioni nel tempo della traiettoria terrestre e del flusso di energia solare (l'insolazione) che di conseguenza arriva sul nostro pianeta. Solo per fare un esempio, l'eccentricità dell'orbita della Terra, attualmente pari a 0,017, è variata nell'ultimo milione di anni tra i valori estremi di 0,005 (quasi cerchio) e 0,06 (un ellisse comunque poco schiacciata!). Ma le variazioni dell'insolazione causate delle modificazioni dell'eccentricità non raggiungono nel caso terrestre l 1%: troppo poco perché vi siano degli effetti consistenti sul clima. Al contrario l'insolazione dipende fortemente dall inclinazione dell asse terrestre rispetto alla perpendicolare all Equatore L angolo di 23,4 sembra quindi essere davvero il parametro chiave per comprendere alcune variazioni climatiche avvenute in passato sul nostro pianeta. L'angolo tra la retta perpendicolare all'orbita della Terra e l'asse di rotazione del nostro pianeta è chiamato OBLIQUITÀ 12