FORESTE E CAMBIAMENTI CLIMATICI
SFA (GAB) – II anno – II semestre
A.A. 2013-2014
CAROTE DI GHIACCIO
• Regioni polari (Groenlandia e Antartide)
• Ghiacciai alpini (Ande, Kilimangiaro)
Forniscono serie temporali con
informazioni di:
• Temperatura
• Precipitazioni
• Composizione atmosferica
• Eruzioni
Stratigrafia: strati chiari/scuri per
variazioni stagionali di deposizioni
di polveri
CAROTE DI GHIACCIO
Sito di trivellazione:
• In prossimità delle zone di
accumulo della neve
• Distante dalle zone in cui il
ghiaccio è in movimento
CAROTE DI GHIACCIO
• L’aria all’interno del ghiaccio rimane
intrappolata quando questo si compatta
sotto pressione (≈ 50 m)
• L’aria intrappolata è più giovane del
ghiaccio che l’ha intrappolata
• La velocità di deposizione e la
temperatura determinano la differenza di
età tra il ghiaccio e l’aria intrappolata al
suo interno
GHIACCI MONTANI
Calotte di ghiaccio sulle cime delle montagne o
ghiacciai nelle valli
Rappresentano eccellenti archivi climatici:
• Stratigrafia annuale
• Coprono periodi medio lunghi (da secoli a
qualche millennio)
Luoghi difficili da raggiungere
Avverse condizioni ambientali
Pochi ghiacciai utilizzati:
Ande (Quelccaya, Perù)
Africa (Kilimangiaro, Tanzania)
QUELCCAYA ICE CAP (PERÙ)
•
•
Ande (Perù), 5.600 m s.l.m.
Maggiore δ18O e minori deposizioni di poveri verso il 1900:
Temperature più calde e venti più deboli
– Minore δ18O e maggiori deposizioni di poveri 1600-1900:
Temperature più fredde e venti più forti
Simile alla Piccola Era Glaciale in Europa
Medieval Climate Optimum (alto tasso polveri)
Poche polveri fino all’inizio
della Piccola Era Glaciale
QUELCCAYA ICE CAP (PERÙ)
Scioglimento del ghiaccio e la
percolazione verso gli strati profondi
del ghiaccio sta compromettendo la
struttura/stratigrafia originaria
Ramo del ghiacciaio Quelccaya
GHIACCI POLARI
• Datazione semplificata da:
• Deposizione di polveri
• Rapidità tasso di deposizione
Antartide: 0.05 m/anno (lento)
Groenlandia 0.5 m/anno (buono)
•
Vostok, Antartide
–
Copre interamente l’ultimo periodo glacialeinterglaciale
–
3100 m
–
~450 000 anni
•
GRIP, Groenlandia
–
3029 m
–
~120 000 anni
–
1989-1992
–
Alta risoluzione
•
EPICA, Antartide
–
Carota più lunga (3270 m)
–
1999-2004
–
~890.000 years
CAROTE DI GHIACCIO
STRATI DI POLVERI
• Specialmente nelle carote della Groenlandia
• Aerosols da zone antropizzate (coste del Canada)
• Aerosols da eruzioni vulcaniche
VOSTOK (ANTARTIDE)
VOSTOK (ANTARTIDE)
CICLI DI MILANCOVIĆ
Milutin Milanković
(1879 – 1958)
ECCENTRICITÀ DELL’ORBITA (e)
Time (ky BP)
L’orbita terrestre intorno al sole descrive un’ellisse sul piano dell’eclittica, in cui il
sole è uno dei due fuochi
0 < eTerra < 0.05
Oggi
e=0.0167
(in diminuzione)
Ciclo
100 000 – 413 000
anni
INCLINAZIONE DELL’ASSE
L’asse terrestre ha un’inclinazione di 23.27° rispetto alla perpendicolare al piano
dell’eclittica
Intervallo di variazione: 22.1° - 24.5°
in diminuzione
Ciclo:
41 000 anni
PRECESSIONE EGLI EQUINOZI
Dovuto alla forma del globo terrestre ed alle interazioni gravitazionali di Sole e
Luna con le masse degli oceani
Nutazione
(ciclo di 18.6 anni)
Ciclo:
25 700 anni
CAMBIAMENTI CLIMATICI
Durante gli ultimi 500 mila anni si sono succedute 3 glaciazioni
Temperatura, [CO2] e [ CH4] sono strettamente legati tra loro
CAMBIAMENTI CLIMATICI RECENTI
La concentrazione dei principali gas serra aumenta negli ultimi 1000-2000 anni, con
andamento esponenziale a partire dal 1700-1800
[CO2] è la più alta dell’ultimo milione di anni (390 ppm)
CAMBIAMENTI CLIMATICI RECENTI
Ottimo climatico
medievale
Piccola
era glaciale
ΔT/1000 anni < 1°C
FORCING RADIATIVO: variazione sul bilancio radiativo terrestre (W·m-2) a
livello della bassa troposfera causata da una perturbazione
FORZANTE RADIATIVO: componente del sistema climatico in fase di
evoluzione che influisce sul bilancio radiativo
FONTI DI FORCING
NATURALI
• Movimenti tettonici
• Cicli astronomici
Lungo periodo
ANTROPOGENICI
•
•
•
•
Emissioni gas serra
Uso del suolo
Aerosols
…
• Radiazione solare
• Eruzioni vulcaniche
Breve periodo
Le fonti de forcing antropogenico sono localizzate principalmente
nell’emisfero Nord, nelle zone economicamente più sviluppate
CAMBIAMENTI CLIMATICI nell’ultimo millennio
RADIAZIONE SOLARE
Misure di radiazione solare a partire dal
1978
Variazione
≈ 0.1 %
λ
Ciclicità: λ ≈ 11 anni
(leggermente variabile)
λ è fortemente correlata alle variazioni di
temperatura registrate nell’emisfero Nord
Non significa che l’aumento della
temperatura dipende dall’attività del sole!
MACCHIE SOLARI (SUNSPOTS)
Variazioni di attività solare si manifestano
attraverso la variazione del numero di macchie
solari (SUNSPOTS) [scoperte da Galileo Galilei
nel 1610]
Sunspots:
• si generano in seguito a mutamenti nel campo magnetico del sole
• sono zone più calde che emettono radiazione più intensa a basse λ (> energia)
La variabilità delle macchie solari è amplificata
rispetto a quella della radiazione solare
RADIAZIONE SOLARE
La variabilità della radiazione solare
durante un ciclo è dell’ordine di 1
W·m-2
Durante un ciclo di attività solare (λ≈11
Quanto
vale il suo
forcing
radiativo?
anni) il forcing
radiativo
varia
di circa 0.25
W·m-2
Alcune λUV possono variare del 20%
Effetto sullo strato di ozono che presenta cicli di
variazione di 11 anni di ≈2-3%
ERUZIONI VULCANICHE
Forcing negativo
Polveri vulcaniche sono aerosols che persistono nell’alta troposferastratosfera:
• aumentano l’albedo
• agiscono come nucleanti per la condensazione del vapore
ERUZIONI VULCANICHE
PINATUBO
Eruzione Pinatubo (Filippine)
(1991): contribuì a mitigare l’effetto
del riscaldamento globale anche
negli anni successivi
TAMBORA
Eruzione Tambora (Indonesia) (1815):
contribuì al raffreddamento dei Europa e
Nord America durante la Piccola Era Glaciale
VULCANI ATTIVI O POTENZIALMENTE ATTIVI
IMMISSIONI ANTROPOGENICHE DI GAS SERRA
Il 99 % di emissioni di gas serra di origine antropica è costituito da:
• CO2 (72%)
• CH4 (18%)
• N2O (9%)
ANIDRIDE CARBONICA
Emisfero Nord
Ciclicità opposta tra
emisferi N e S
Ampiezza del ciclo > emisfero N
(>terre emerse)
Emisfero Sud
A livello globale la concentrazione di CO2
nel 2012 è
[CO2] ≈ 390 ppm
Ha una lunga persistenza in atmosfera:
≈ 50-200 anni
ANIDRIDE CARBONICA
Il tasso di incremento negli ultimi 20 anni è
d[CO2]/dT ≈ 2 ppm/anno
Tra il 2015 e il 2020 verrà superata la soglia di 400
ppm
METANO
[CH4] ≈ 1800 ppb
Ha una breve persistenza in atmosfera:
≈ 10-11 anni
Il tasso di aumento di metano in
atmosfera è stato di ≈ 10% negli ultimi
25 anni
Contribuisce alla formazione di
vapore acqueo nell’alta troposfera
OSSIDO DI DIAZOTO
[N2O] ≈ 328 ppb
d[CO2]/dT ≈ 1 ppb/anno
CLORO-FLUORO-CARBURI – [CFCs]
Sono responsabili della distruzione dello
strato di ozono
Fonti di emissione:
• Spray
• Sistemi di refrigeramento
Complessivamente, CFCs hanno un
tasso di incremento annuo del 5 %
Forcing radiativo positivo in quanto,
riducendo lo strato di ozono, riduce
l’assorbimento di raggi UV nell’alta
stratosfera
Hanno un lungo periodo di persistenza in atmosfera (≈ 50-120 anni)
OZONO TROPOSFERICO
È un elemento inquinante che si origina dalla reazione foto-chimica tra NOX e VOCs a
livello della superficie
Produce forcing radiativo positivo in quanto riscalda la bassa troposfera
Breve persistenza in atmosfera
OZONO – O3
Complessivamente il forcing è positivo
SOLFATI – [SOx]
Fonti:
• Traffico
• Riscaldamento
• Processi industriali
Aumentano l’albedo terrestre
Assorbono un po’ di radiazione
Basso tempo di residenza in atmosfera (< 2 settimane)
Complessivamente hanno un forcing radiativo negativo
AEROSOLS ANTROPOGENICI
Complessivamente il forcing è negativo (> albedo)
LAND USE CHANGE
Complessivamente il forcing è negativo (> albedo)
RISCALDAMENTO GLOBALE RECENTE
RISCALDAMENTO GLOBALE RECENTE
Il tasso di riscaldamento è stato maggiore negli ultimi 30 anni,
interessando maggiormente le zone economicamente più sviluppate
RISCALDAMENTO GLOBALE RECENTE
Il tasso di riscaldamento è stato maggiore negli ultimi 30 anni,
interessando maggiormente le zone economicamente più sviluppate
RISCALDAMENTO GLOBALE RECENTE
Il tasso di riscaldamento è stato maggiore nel periodo invernale,
specialmente in Europa e Nord America
RISCALDAMENTO GLOBALE RECENTE
L’emisfero Nord si sta scaldando di più dell’emisfero Sud
•
•
•
•
> sviluppo economicoindustriale a Nord
> presenza di terre emerse a
Nord
Circolazione termoalina
(corrente del Golfo)
> stabilità dei ghiacci polari
dell’Antartide
EFFETTI DEL RISCALDAMENTO GLOBALE
TEMPERATURA SUPERFICIE OCEANI
La diffusività della CO2 in acqua è
inversamente proporzionale a:
• temperatura
• salinità
QUANTITÀ DI CALORE IMMAGAZZINATA DAGLI OCEANI
È la quantità di energia in una colonna d’acqua (0-700 m dalla superficie)
LIVELLO DEL MARE
L’innalzamento del livello degli oceani è
dovuto principalmente alla loro
espansione termica
RISCALDAMENTO GLOBALE RECENTE
1979-2005
Il tasso di riscaldamento è maggiore e più localizzato in
prossimità della superficie, per poi espandersi su scala
più globale a livello della troposfera
GRADIENTE TERMICO VERTICALE
GRADIENTE TERMICO VERTICALE
Aumento frequenza eventi estremi
TREND DI UMIDITÀ SPECIFICA
(US= kg vapore / kg aria umida)
La quantità di H2O nella bassa troposfera è maggiore rispetto al passato
EVENTI ESTREMI
FREQUENZA DI GIORNI CON FREDDO ECCEZIONALE
FREQUENZA DEI GIORNI CON T < 0°C
FREQUENZA DI GIORNI CON CALDO ECCEZIONALE
FREQUENZA ONDATE DI CALORE (> 5 GIORNI CON T = TMEDIA+5°C)
PRECIPITAZIONI
Anomalie sono espresse rispetto al periodo di riferimento 1981-2000
Non si può distinguere un trend
significativo a scala globale
È aumentata la varianza: > frequenza
di eventi estremi
PRECIPITAZIONI
EVENTI ESTREMI
Negli ultimi 50 anni c’è stato un aumento
delle precipitazioni eccezionali
URAGANI
La frequenza di uragani e tempeste tropicali nell’Atlantico è aumentata
negli ultimi anni
TORNADO
Il numero di tornado negli Stati Uniti è aumentato negli ultimi 50 anni
Gli eventi meteorologici estremi sembrano avere una frequenza sempre
maggiore in molte parti del mondo
