Quali sono le radici e gli impatti della crisi climatica, e come ci siamo arrivati? La forte dipendenza delle persone dai combustibili fossili e l’abbattimento delle foreste che immagazzinano carbonio hanno trasformato il clima globale. Anche in un mondo sempre più colpito da condizioni meteorologiche estreme, l’ondata di caldo dell’estate 2021 nel Pacifico nord-occidentale si è distinta.
Per diversi giorni alla fine di giugno, città come Vancouver, Portland e Seattle hanno cotto a temperature record che hanno ucciso centinaia di persone. Il 29 giugno, Lytton, un villaggio della Columbia Britannica, ha stabilito un record di calore assoluto per il Canada, a 49,6° Celsius; il giorno successivo, il villaggio è stato incenerito da un incendio.
Entro una settimana, un gruppo internazionale di scienziati ha analizzato questo caldo estremo e ha concluso che sarebbe stato praticamente impossibile senza il cambiamento climatico causato dall’uomo. La temperatura superficiale media del pianeta è aumentata di almeno 1,1 gradi Celsius dai livelli preindustriali del 1850-1900. Il motivo?
Le persone stanno caricando l’atmosfera con gas che intrappolano il calore, prodotti durante la combustione di combustibili fossili, come carbone e gas, e dall’abbattimento delle foreste. Poco più di 1 grado di riscaldamento potrebbe non sembrare molto, ma è già stato sufficiente per trasformare radicalmente il modo in cui l’energia scorre intorno al pianeta. Il ritmo del cambiamento sta accelerando e le conseguenze sono ovunque.
Le calotte glaciali in Groenlandia e in Antartide si stanno sciogliendo, innalzando il livello del mare e inondando le nazioni insulari basse e le città costiere. La siccità inaridisce i terreni agricoli ei fiumi che li alimentano. Gli incendi infuriano. Le piogge stanno diventando più intense e le condizioni meteorologiche stanno cambiando.
Le radici della comprensione di questa emergenza climatica risalgono a più di un secolo e mezzo fa. Ma fu solo negli anni ’50 che gli scienziati iniziarono le misurazioni dettagliate dell’anidride carbonica atmosferica che avrebbero dimostrato la quantità di carbonio che si riversa dalle attività umane. A partire dagli anni ’60, i ricercatori hanno iniziato a sviluppare modelli computerizzati completi che ora illuminano la gravità dei cambiamenti futuri.
Oggi sappiamo che il cambiamento climatico e le sue conseguenze sono reali e ne siamo responsabili. Le emissioni che le persone immettono nell’aria da secoli, le emissioni che hanno reso possibili i viaggi a lunga distanza, la crescita economica e le nostre vite materiali. ci hanno messo esattamente su una traiettoria di riscaldamento. Solo tagli drastici alle emissioni di carbonio, sostenuti dalla volontà globale collettiva, possono fare una differenza significativa.
“Quello che sta accadendo al pianeta non è una routine”, afferma Ralph Keeling, geochimico presso la Scripps Institution of Oceanography di La Jolla, in California. “Siamo in una crisi planetaria”.
Crisi climatica: gli albori
Un giorno, nel 1850, Eunice Newton Foote, una scienziata dilettante e attivista per i diritti delle donne che vive nello stato di New York, mise due barattoli di vetro alla luce del sole. Uno conteneva aria normale, una miscela di azoto, ossigeno e altri gas compreso l’anidride carbonica, mentre l’altro conteneva solo anidride carbonica. Entrambi avevano dei termometri. Mentre i raggi del sole picchiavano, Foote osservò che il barattolo di CO2 da solo si riscaldava più rapidamente e si raffreddava più lentamente rispetto a quello contenente aria normale.
I risultati hanno spinto Foote a riflettere sulla relazione tra CO2, pianeta e calore. “Un’atmosfera di quel gas darebbe alla nostra terra una temperatura elevata”, scrisse in un articolo del 1856 riassumendo le sue scoperte. Tre anni dopo, lavorando in modo indipendente e apparentemente ignaro della scoperta di Foote, il fisico irlandese John Tyndall mostrò la stessa idea di base, ma più nel dettaglio.
Con una serie di tubi e dispositivi per studiare la trasmissione del calore, ha scoperto che il gas CO2, così come il vapore acqueo, assorbono più calore della sola aria. Ha sostenuto che tali gas intrappolano il calore nell’atmosfera terrestre, proprio come le lastre di vetro intrappolano il calore in una serra, e quindi modulano il clima.
Oggi Tyndall è ampiamente accreditato con la scoperta di come quelli che oggi chiamiamo gas serra, guadagnandosi un posto di rilievo nella storia della scienza del clima. Foote svanì in una relativa oscurità, in parte a causa del suo sesso, in parte perché le sue misurazioni erano meno sensibili. Tuttavia, le loro scoperte hanno contribuito a dare il via a una più ampia esplorazione scientifica di come la composizione dei gas nell’atmosfera terrestre influenzi le temperature globali.
Inondazioni di carbonio
Gli esseri umani hanno iniziato a influenzare sostanzialmente l’atmosfera intorno alla fine del 19° secolo, quando la rivoluzione industriale è decollata in Gran Bretagna. Le fabbriche bruciavano tonnellate di carbone; alimentato da combustibili fossili, il motore a vapore ha rivoluzionato i trasporti e altre industrie. Da allora, i combustibili fossili, inclusi petrolio e gas naturale, sono stati sfruttati per guidare un’economia globale. Tutte queste attività eruttano gas nell’aria.
Eppure il chimico fisico svedese Svante Arrhenius non era preoccupato per la rivoluzione industriale quando iniziò a pensare alla fine del 1800 ai cambiamenti nei livelli di CO2 atmosferica. Era invece curioso delle ere glaciali, incluso se una diminuzione delle eruzioni vulcaniche, che possono immettere anidride carbonica nell’atmosfera, avrebbe portato a una futura era glaciale.
Annoiato e solo sulla scia di un divorzio, Arrhenius si dedicò a mesi di calcoli laboriosi che coinvolgevano il trasporto di umidità e calore nell’atmosfera in diverse zone di latitudine. Nel 1896 riferì che il dimezzamento della quantità di CO2 nell’atmosfera poteva effettivamente portare a un’era glaciale e che il raddoppio della CO2 avrebbe aumentato le temperature globali di circa 5-6 gradi C.
È stata una scoperta straordinariamente preveggente per il lavoro che, per necessità, aveva semplificato il complesso sistema climatico della Terra fino a poche variabili. Ma le scoperte di Arrhenius non hanno ottenuto molto successo con altri scienziati in quel momento. Il sistema climatico sembrava troppo grande, complesso e inerte per cambiare in modo significativo su una scala temporale rilevante per la società umana.
Le prove geologiche hanno mostrato, ad esempio, che le ere glaciali impiegavano migliaia di anni per iniziare e finire. Di cosa c’era di cui preoccuparsi? Un ricercatore, tuttavia, pensava che valesse la pena perseguire l’idea.
Guy Stewart Callendar, un ingegnere britannico e meteorologo dilettante, aveva registrato i record meteorologici nel tempo, in modo abbastanza ossessivo da determinare che le temperature medie stavano aumentando in 147 stazioni meteorologiche in tutto il mondo. In un articolo del 1938 su una rivista della Royal Meteorological Society, collegò questo aumento di temperatura all’utilizzo di combustibili fossili.
Callendar ha stimato che la combustione di combustibili fossili ha immesso nell’atmosfera circa 150 miliardi di tonnellate di CO2 dalla fine del XIX secolo. Come molti dei suoi tempi, Callendar non vedeva il riscaldamento globale come un problema. L’eccesso di CO2 stimolerebbe sicuramente le piante a crescere e permetterebbe di coltivare colture in nuove regioni. “In ogni caso il ritorno dei ghiacciai mortali dovrebbe essere ritardato indefinitamente”, ha scritto.
Ma il suo lavoro ha ravvivato discussioni che risalgono a Tyndall e Arrhenius su come il sistema planetario risponde al cambiamento dei livelli di gas nell’atmosfera. E ha iniziato a orientare la conversazione su come le attività umane avrebbero indotto quei cambiamenti.
Quando l’anno successivo scoppiò la seconda guerra mondiale, il conflitto globale ridisegnò il panorama della ricerca scientifica. Tecnologie estremamente importanti in tempo di guerra, come il radar e la bomba atomica, hanno posto le basi per studi di “grande scienza” che hanno riunito le nazioni per affrontare questioni ad alto rischio di portata globale. E ciò ha permesso alla moderna scienza del clima di emergere, così come la preoccupazione per la crisi climatica imminente.
La curva di Keeling
Uno dei principali sforzi è stato l’Anno geofisico internazionale, o IGY, una campagna di 18 mesi nel 1957-1958 che ha coinvolto un’ampia gamma di campagne scientifiche sul campo, inclusa l’esplorazione nell’Artico e nell’Antartide.
Il cambiamento climatico non era una priorità di ricerca elevata durante l’IGY, ma alcuni scienziati in California, guidati da Roger Revelle della Scripps Institution of Oceanography, hanno utilizzato l’afflusso di finanziamenti per avviare un progetto che desideravano da tempo. L’obiettivo era misurare i livelli di CO2 in diverse località del mondo, in modo accurato e coerente.
Il lavoro è toccato al geochimico Charles David Keeling, che ha installato monitor di CO2 ultra precisi in Antartide e sul vulcano hawaiano di Mauna Loa. Ben presto i fondi si esaurirono per mantenere il record antartico, ma le misurazioni del Mauna Loa continuarono. Così è nato uno dei set di dati più iconici di tutta la scienza: la “curva di Keeling“, che traccia l’aumento della CO2 atmosferica.
Quando Keeling iniziò le sue misurazioni nel 1958, la CO2 costituiva 315 parti per milione dell’atmosfera globale. Nel giro di pochi anni è diventato chiaro che il numero stava aumentando di anno in anno. Poiché le piante assorbono CO2 mentre crescono in primavera e in estate e la rilasciano mentre si decompongono in autunno e in inverno, le concentrazioni di CO2 aumentavano e diminuivano ogni anno a dente di sega. Ma sovrapposta a quel modello c’era una marcia costante verso l’alto.
“Il grafico è stato visualizzato ovunque: era un’immagine così sorprendente”, afferma Ralph Keeling, che è il figlio di Keeling. Nel corso degli anni, man mano che la curva aumentava, “ha avuto un ruolo davvero importante storicamente nel sensibilizzare le persone al problema della crisi climatica”. La curva di Keeling è stata descritta in innumerevoli libri di testo di scienze della terra, audizioni del Congresso e nel documentario di Al Gore del 2006 sul cambiamento climatico, An Inconvenient Truth.
Ogni anno la curva continua a salire: nel 2016, ha superato 400 ppm di CO2 nell’atmosfera misurata durante il suo minimo annuale tipico a settembre. Oggi è a 413 ppm. (Prima della rivoluzione industriale, i livelli di CO2 nell’atmosfera erano rimasti stabili per secoli a circa 280 ppm.)
Nel periodo in cui le misurazioni di Keeling stavano iniziando, Revelle ha anche contribuito a sviluppare un’importante argomentazione secondo cui la CO2 delle attività umane si stava accumulando nell’atmosfera terrestre. Nel 1957, lui e Hans Suess, all’epoca anche lui alla Scripps, pubblicarono un articolo che tracciava il flusso di carbonio radioattivo attraverso gli oceani e l’atmosfera.
Hanno mostrato che gli oceani non erano in grado di assorbire la stessa quantità di CO2 che si pensava in precedenza; l’implicazione era che gran parte del gas doveva invece finire nell’atmosfera. “Gli esseri umani stanno ora conducendo un esperimento geofisico su larga scala di un tipo che non avrebbe potuto essere accaduto in passato né essere riprodotto in futuro”, Revelle e Suess ha scritto sul giornale. È una delle frasi più famose nella storia delle scienze della terra.
Ecco l’intuizione alla base della moderna scienza del clima: l’anidride carbonica atmosferica è in aumento e gli esseri umani stanno causando l’accumulo. Revelle e Suess sono diventati l’ultimo pezzo di un puzzle risalente a Svante Arrhenius e John Tyndall.
“Dico ai miei studenti che per comprendere le basi del cambiamento climatico, è necessario possedere la scienza all’avanguardia degli anni ’60 dell’Ottocento, la matematica all’avanguardia degli anni ’90 dell’Ottocento e la chimica all’avanguardia degli anni ’50”, afferma Joshua Howe, uno storico ambientale al Reed College di Portland, Oregon.
Crisi climatica: Le prove si accumulano
I dati di osservazione raccolti durante la seconda metà del 20° secolo hanno aiutato i ricercatori a costruire gradualmente la loro comprensione di come le attività umane stavano trasformando il pianeta.
Le carote di ghiaccio estratte dalle calotte glaciali, come quella in cima alla Groenlandia, offrono alcuni degli spunti più significativi per comprendere i cambiamenti climatici passati. Ogni anno, la neve cade in cima al ghiaccio e si comprime in un nuovo strato di ghiaccio che rappresenta le condizioni climatiche nel momento in cui si è formato.
L’abbondanza di determinate forme, o isotopi, di ossigeno e idrogeno nel ghiaccio consente agli scienziati di calcolare la temperatura alla quale si è formato e le bolle d’aria intrappolate nel ghiaccio rivelano quanta anidride carbonica e altri gas serra si trovassero nell’atmosfera in quel momento. Quindi scavare in una calotta glaciale è come leggere le pagine di un libro di storia che vanno indietro nel tempo quanto più si va in profondità.
Gli scienziati hanno iniziato a leggere queste pagine all’inizio degli anni ’60, utilizzando carote di ghiaccio perforate in una base militare statunitense nel nord-ovest della Groenlandia. Contrariamente alle aspettative che i climi del passato fossero stabili, i nuclei lasciavano intendere che si erano verificati bruschi cambiamenti climatici negli ultimi 100.000 anni.
Nel 1979, un gruppo internazionale di ricercatori stava estraendo un’altra carota di ghiaccio profondo da una seconda posizione in Groenlandia, e anche questo ha dimostrato che in passato si erano verificati bruschi cambiamenti climatici. Tra la fine degli anni ’80 e l’inizio degli anni ’90, un paio di progetti di perforazione guidati dall’Europa e dagli Stati Uniti hanno recuperato carote ancora più profonde vicino alla sommità della calotta glaciale, spingendo il record delle temperature passate indietro di un quarto di milione di anni.
Insieme ad altre fonti di informazioni, come carote di sedimenti perforate dal fondo marino e molecole conservate in rocce antiche, le carote di ghiaccio hanno permesso agli scienziati di ricostruire i cambiamenti di temperatura del passato con dettagli straordinari. Molti di questi cambiamenti sono avvenuti in modo allarmante velocemente.
Ad esempio, il clima in Groenlandia si è riscaldato bruscamente più di 20 volte negli ultimi 80.000 anni, con cambiamenti che si sono verificati nel giro di decenni. Più recentemente, un’ondata di freddo iniziata circa 13.000 anni fa si è improvvisamente conclusa circa 11.500 anni fa e le temperature in Groenlandia sono aumentate di 10 gradi C in un decennio.
La prova di tali drammatici cambiamenti climatici ha messo a tacere qualsiasi idea persistente secondo cui la crisi climatica globale sarebbe lenta e si improbabile che si verifichi in una scala temporale di cui gli esseri umani dovrebbero preoccuparsi. “È un importante promemoria di come le cose possono ribaltarsi all’improvviso”, afferma Jessica Tierney, paleoclimatologa dell’Università dell’Arizona a Tucson.
Ulteriori prove del cambiamento globale e della crisi climatica, sono arrivate dai satelliti per l’osservazione della Terra, che hanno portato una nuova prospettiva a livello planetario sul riscaldamento globale a partire dagli anni ’60.
Dal loro punto di vista nel cielo, i satelliti hanno misurato l’innalzamento del livello del mare globale, attualmente di 3,4 millimetri all’anno e in accelerazione, con il riscaldamento dell’acqua e lo scioglimento delle calotte glaciali, nonché il rapido declino del ghiaccio lasciato galleggiare sull’Oceano Artico ciascuno estate alla fine della stagione dello scioglimento.
I satelliti sensori di gravità hanno “pesato” dall’alto le calotte glaciali dell’Antartico e della Groenlandia dal 2002, segnalando che ogni anno vengono perse più di 400 miliardi di tonnellate di ghiaccio.
Le osservazioni della temperatura effettuate nelle stazioni meteorologiche di tutto il mondo confermano anche che stiamo vivendo negli anni più caldi mai registrati. I 10 anni più caldi dall’inizio della tenuta dei registri nel 1880 si sono verificati tutti dal 2005. E nove di questi 10 sono arrivati dal 2010.
Previsioni preoccupanti
Negli anni ’60, non si poteva negare che il pianeta si stesse riscaldando. Ma comprendere le conseguenze di tali cambiamenti, inclusa la minaccia per la salute umana e il benessere, richiederebbe qualcosa di più dei dati osservativi. Guardare al futuro dipendeva dalle simulazioni al computer: calcoli complessi di come l’energia scorre attraverso il sistema planetario.
Un primo passo nella costruzione di tali modelli climatici è stato quello di collegare le osservazioni quotidiane del tempo al concetto di previsione del clima futuro. Durante la prima guerra mondiale, il matematico britannico Lewis Fry Richardson immaginò decine di migliaia di meteorologi, ciascuno dei quali calcolava le condizioni per una piccola parte dell’atmosfera ma componeva insieme una previsione globale.
Ma fu solo dopo la seconda guerra mondiale che la potenza di calcolo trasformò il sogno di Richardson in realtà. Sulla scia della vittoria degli Alleati, che si basavano su previsioni meteorologiche accurate per tutto, dalla pianificazione del D-Day al capire quando e dove sganciare le bombe atomiche, i principali matematici statunitensi hanno acquisito finanziamenti dal governo federale per migliorare le previsioni.
Nel 1950, un team guidato da Jule Charney, meteorologa dell’Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey, utilizzò l’ENIAC, il primo computer elettronico programmabile degli Stati Uniti, per produrre le prime previsioni meteorologiche regionali computerizzate. La previsione era lenta e rudimentale, ma si basava sull’idea di Richardson di dividere l’atmosfera in quadrati, o celle, e calcolare il tempo per ciascuno di questi. Il lavoro ha posto le basi per decenni di modelli climatici a seguire.
Nel 1956, Norman Phillips, un membro del team di Charney, aveva prodotto il primo modello di circolazione generale al mondo, che catturava il modo in cui l’energia scorre tra gli oceani, l’atmosfera e la terra. Nasce il campo della modellazione climatica. All’inizio il lavoro era di base perché i primi computer semplicemente non avevano molta potenza di calcolo per simulare tutti gli aspetti del sistema planetario.
Un’importante svolta avvenne nel 1967, quando i meteorologi Syukuro Manabe e Richard Wetherald, entrambi del Geophysical Fluid Dynamics Laboratory di Princeton, un laboratorio nato dal gruppo di Charney, pubblicarono un articolo sul Journal of the Atmospheric Sciences che modellava le connessioni tra la superficie terrestre e l’atmosfera e calcolato come i cambiamenti di CO2 influenzerebbero la temperatura del pianeta.
Manabe e Wetherald sono stati i primi a costruire un modello al computer che catturasse i processi rilevanti che guidano il clima e per simulare accuratamente il modo in cui la Terra risponde a tali processi. L’ascesa della modellazione climatica ha consentito agli scienziati di prevedere con maggiore precisione gli impatti del riscaldamento globale.
Nel 1979, Charney e altri esperti si incontrarono a Woods Hole, Massachusetts, per cercare di mettere insieme un consenso scientifico su ciò che l’aumento dei livelli di CO2 significherebbe per il pianeta. Il “rapporto Charney” risultante ha concluso che l’aumento di CO2 nell’atmosfera porterebbe a ulteriori e significativi cambiamenti climatici.
Nei decenni successivi, la modellazione climatica è diventata sempre più sofisticata. E quando la scienza del clima si è consolidata, il cambiamento climatico è diventato una questione politica, e attraverso depistaggi e manipolazione dei media, la crisi climatica è diventata argomentazione di scettici e complottisti, ma il problema anche se si vuole ignorare rimane tale, e forse peggiorerà fino al punto di non poterlo più ignorare.
