Il clima della Terra è in continuo mutamento.

In questo secondo articolo sul cambiamento climatico vediamo di dare una risposta “scientifica” alla prima osservazione che viene portata avanti dai negazionisti: la Terra si sta scaldando? … non c’è niente di strano: il clima della Terra è sempre cambiato, e anche assai più di oggi.

Che il clima della Terra sia in continuo mutamento è vero … si tratta però di capire bene come e perché.
Cominciamo dai cambiamenti più notevoli, quelli della prima parte del Quaternario (Pleistocene), che ha visto dei periodi glaciali, nei quali gran parte dell’Europa era sotto un coltre di ghiaccio, come quella che copre ancor oggi l’Antartide, alternati a dei periodi interglaciali, come quello in cui viviamo oggi. Anche durante tali periodi, del resto, come durante l’attuale interglaciale (Olocene), si sono verificate delle oscillazioni climatiche, molto meno importanti delle grandi glaciazioni, ma pur sempre sensibili.
Per quanto riguarda le “grandi glaciazioni”, la geologia riesce a leggere, in Europa, soprattutto le ultime quattro, quelle dell’ultimo milione d’anni:
Günz
Mindel
Riss
Würm

La principale teoria che finora ha cercato di dare risposta a questi mutamenti è quella del matematico serbo Milutin Milanković, che prende in considerazione i moti secondari della Terra.

La cosa è complessa ma meno difficile di quello che generalmente si pensa; cercheremo di non usare formule, ma dovremo ripartire da alcuni concetti elementari.

Com’è noto, i moti principali della Terra sono due: rotazione e rivoluzione.
Il primo è costituito dalla rotazione del pianeta su se stesso – in senso antiorario per uno che osservi da nord – attorno ad un asse inclinato. Un giro intero avviene in 23 ore e 56 minuti primi (è il cosiddetto giorno siderale, ossia il tempo che intercorre fra due passaggi successivi sullo stesso meridiano di una determinata stella che possiamo ritenere fissa.
Il secondo è il movimento di rivoluzione intorno al Sole: avviene su un’orbita non circolare ma ellittica, che giace su un piano (piano dell’eclittica), che la Terra percorre sempre in senso antiorario per uno che osservi da nord. Un giro intero avviene in 365 giorni, 6 ore, 9 minuti primi e 10 minuti secondi: è il cosiddetto anno siderale, riferibile ad un sistema geometrico pure ancorato a delle stelle fisse.
La rotazione della Terra produce l’alternarsi del dì e della notte, però la combinazione dei due movimenti fa sì che il tempo che intercorre tra il mezzodì di ieri e quello di oggi (giorno solare) sia un po’ più lungo del giorno siderale (24 ore).
La combinazione del moto di rotazione della Terra intorno ad un asse inclinato con il moto di rivoluzione produce invece, come è noto, l’alternarsi delle stagioni.
Per quanto riguarda il moto di rivoluzione va anche detto che sull’asse maggiore della nostra orbita ellittica (detta linea degli apsidi) il Sole occupa uno dei due fuochi, quindi c’è un momento dell’anno in cui la Terra è più vicina a Sole (perielio) e un momento i cui è più lontana (afelio). La differenza tra afelio e perielio (detta eccentricità dell’orbita) è attualmente di circa 5 milioni di chilometri. Una distanza notevole ma, attenzione, come abbiamo già visto NON è questo fatto che determina l’alternarsi delle stagioni, tant’è vero che quando nell’emisfero boreale è inverno, nell’emisfero australe è estate. Infatti attualmente (tempi storici) il perielio cade nei primi giorni di gennaio (nel 2017 cade il 4 gennaio alle ore 14).

Grosso modo, anche col passare degli anni, le orientazioni della linea degli apsidi e dell’asse terrestre si mantengono invariati nel tempo.
Ma se dalla scala dei tempi umani si passa ai millenni, si può vedere che le cose non stanno così, e qui entrano in gioco i MOTI SECONDARI della Terra, che passiamo ora a trattare.

Precessione degli equinozi.
Sappiamo che la Terra non ha la forma di una sfera perfetta, ma presenta un rigonfiamento lungo l’equatore; su tale rigonfiamento esercitano una notevole forza di attrazione Sole e Luna che tendono a raddrizzare l’asse di rotazione; a tale forza si oppone la forza centrifuga generata dal moto di rotazione terrestre. Il risultato è un movimento retrogrado nell’orientazione dell’asse stesso (come quello di una trottola che sta per fermarsi). In pratica l’orientazione dell’asse terrestre ruota a sua volta, ma in senso orario, descrivendo due coni (1), i cui vertici coincidono nel centro della Terra. Un giro completo dell’asse si compie in 26.000 anni e provoca la variazione del nord celeste, che fra 13.000 anni non sarà più indicato dalla Stella Polare, ma dalla Stella Vega, per poi ritornare nuovamente sulla Stella Polare quando saranno trascorsi altri 13.000 anni.
Questo moto secondario produce la cosiddetta precessione degli equinozi (2). In pratica, a causa di questo lieve ma continuo spostamento dell’orientazione dell’asse terrestre, il periodo di tempo intercorrente tra l’inizio di una primavera e l’inizio della primavera successiva non è quella di un anno siderale, ma un po’ meno: 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 45 secondi, è il cosiddetto anno solare.

Spostamento della linea degli apsidi
Un altro moto secondario della Terra è rappresentato dallo spostamento della linea degli apsidi (su cui si trovano afelio e perielio) causato dall’attrazione gravitazionale che gli altri pianeti (soprattutto Giove) esercitano sul moto di rivoluzione della Terra. L’asse maggiore dell’orbita terrestre ruota, facendo perno nel centro del Sole, in senso antiorario, e il periodo di questa rotazione è di circa 117.000 anni. Dunque la linea degli apsidi “va incontro” a quella degli equinozi e questa combinazione di movimenti determina una periodicità di circa 21.000 anni dello spostamento dei punti di equinozio rispetto al perielio e all’afelio.

Cosa c’entra tutto questo con il mutare del clima? C’entra perché, dal momento che le stagioni si spostano, ad un certo punto per noi accadrà che il perielio non cadrà più d’inverno bensì d’estate. Un’estate che sarà quindi più calda, perché il Sole estivo sarà più vicino di qualche milione di chilometri, mentre sarà più freddo l’inverno. Si avrà cioè, durante l’anno, una escursione termica più pronunciata, mentre sarà meno pronunciata di quella attuale per l’emisfero australe.
In pratica questi moti secondari della Terra tendono ad alternare, con periodicità complesse, millenni caratterizzati da escursioni termiche meno pronunciate (il cosiddetto clima oceanico) con millenni di escursioni termiche più pronunciate (il cosiddetto clima continentale).

Variazione di eccentricità dell’orbita
Sempre a conseguenza dell’attrazione gravitazionale esercitata dai pianeti maggiori, vi è inoltre un altro moto secondario, la variazione di eccentricità dell’orbita terrestre. In pratica si alternano millenni in cui l’ellisse dell’orbita terrestre è più simile ad una circonferenza e millenni il cui l’ellisse è più allungata. La differenza tra afelio e perielio, in un periodo di circa 92.000 anni, passa così da un minimo di 1 milione di km ad un massimo di 14 milioni di km. Anche questo movimento dovrebbe comportare un alternarsi di condizioni oceaniche (orbita più circolare) e condizioni continentali (orbita più schiacciata), ma in realtà pare che questo movimento abbia un’influenza assai ridotta.

Variazione di inclinazione dell’asse terrestre
Un altro importante moto secondario della Terra è quello della variazione di inclinazione dell’asse terrestre. Abbiamo detto che oggi tale inclinazione è di 23° 27’, ma si è calcolato che in un periodo di circa 40.000 anni tale angolo passa da un minimo di 21° 55′ ad un massimo di 24° 20′. Chiaramente un asse meno inclinato determina escursioni termiche minori, e uno più inclinato escursioni maggiori.

Bisogna introdurre a questo punto un concetto che è fondamentale nella teoria di Milankovic: i periodi e gli emisferi caratterizzati da escursioni termiche minori (ossia da clima oceanico) sono più facilmente oggetto di glaciazioni, mentre quelli caratterizzate da grandi escursioni termiche coincidono più facilmente con fasi interglaciali. Infatti non c ‘è bisogno che la temperatura si abbassi tanto affinché nevichi, ma non basta poi un’estate tiepida per sciogliere tutta la neve caduta d’inverno: quando le escursioni termiche sono ridotte, col passare degli anni, strato su strato, la neve forma le grandi calotte glaciali. Quindi, la precessione degli equinozi e la rotazione della linea degli apsidi favoriscono la formazione di condizioni glaciali su un emisfero ma non sull’altro, mentre la variazione di inclinazione dell’asse terrestre favorisce la formazione di condizioni glaciali su un entrambi gli emisferi contemporaneamente.
Va detto comunque che, per quanto riguarda il passato, la teoria del Milankovic non spiega “esattamente” ciò che la geologia sta rilevando, per cui sembra talvolta che le variazioni orbitali non bastino per esprimere con precisione le modifiche climatiche; ma nelle grandi linee il modello funziona, fermo restando che nell’instaurarsi delle glaciazioni hanno però sicuramente interferito anche altri fenomeni, dovuti ai rapporti fra terre emerse, atmosfera e idrosfera.
A questo punto, dato che i moti secondari della terra sono noti ed è noto il modo con cui interagiscono, dovrebbe essere anche possibile capire cosa sta succedendo oggi e quale sarà la futura evoluzione del clima. Una cosa che si vede subito è che per l’emisfero boreale oggi la situazione è ancora favorevole ad una glaciazione; e in effetti siamo appena usciti dalla grande glaciazione del Würm III, sono trascorsi appena diecimila anni, che per la geologia sono un batter d’occhio. Qualcuno in passato ha anche pensato che stiamo per entrare in una nuova fase glaciale. Secondo recenti calcoli non vi dovrebbero invece essere le condizioni sufficienti a causare una nuova glaciazione, per i prossimi  50.000 anni. Un’altra teoria (Imbrie e Imbrie) prevede però che, anche in questo quadro di fase interglaciale, il raffreddamento sul lungo termine iniziatosi circa 6.000 anni fa (3) debba ancora continuare per i prossimi 23.000 anni.
Chiaramente questo è in netto contrasto con quello che si sta osservando da 150 anni a questa parte.
In conclusione, pur essendo vero che il clima in passato è mutato anche più di oggi, l’evoluzione del clima registrata negli ultimi 150 anni non ha niente a che fare con le variazioni orbitali. Vedremo in un prossimo articolo altre presunte cause “esterne”, anche astronomiche, delle variazioni climatiche.

Il Segretario

(1) Per la precisione l’asse terrestre non descrive esattamente due superfici coniche lisce, bensì ondulate, derivanti dalla combinazione del grande cono di 26.000 anni con una precessione minore, di 18,6 anni, causata dalla sola Luna (rotazione della linea dei nodi).
(2) I punti di equinozio, ottenuti dall’intersezione del piano equatoriale con l’Eclittica, scorrono in senso contrario rispetto al verso di rivoluzione, con un movimento di circa 50’ (primi) d’arco all’anno.
(3) All’interno dell’attuale periodo interglaciale (che ha circa 10.700 anni) ci sono stati vari periodi ciclici di riscaldamento e raffreddamento; il periodo più caldo (Ottimo Climatico Primario) ha raggiunto il suo picco 7.000 anni fa, quando la temperatura media dell’aria (dedotta dal volume di ghiaccio) era di 1,11 °C più alta di oggi; altri due periodi caldi si sono registrati in età romana, poi alla fine dell’alto Medioevo; periodi relativamente freddi si sono registrati in Età del Bronzo, nell’Alto Medioevo e tra il XIV e il XIX secolo (Piccola Era Glaciale).