L’enigma di Munk e la conferenza di Parigi.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Claudio Della Volpe

Una molecola di CO2 di Canberra,

s’alterava se citavi l’effetto serra:

“Ero metano in un emirato,

m’hai estrattto, poi bruciato

e dici a me che riscaldo la Terra?”

(da Giovanni Keplero aveva un gatto nero

di M.F. Barozzi ed. Scienza Express, 2011, p.31)

 

Negli scorsi giorni, durante la conferenza di Parigi tutti gli occhi erano rivolti alla COP21, la conferenza mondiale sul clima e pochi hanno notato che nei medesimi giorni è stato pubblicato un articolo di grande interesse per le tematiche climatiche dedicato al cosiddetto enigma di Munk, che è poi sostanzialmente una questione riguardante la relazione fra durata del giorno e livello del mare (Walter Munk della Scripps Institution, PNAS 2002 vol. 99 no. 10 p.6550–6555).

Nel 2002 Munk pubblicò un articolo nel quale cercava di modellare questo fenomeno: escludendo per il momento la sua interazione con la Luna che pure è molto importante, la Terra è una enorme massa rotante che per il principio della costanza del momento angolare, una delle leggi base della dinamica classica, ha una velocità di rotazione che rimane costante solo se la distribuzione della massa al suo interno rimane costante; ma di fatto tale distribuzione muta continuamente; e di conseguenza muta anche la sua velocità di rotazione.

Il sistema Terra-Luna deve rispettare il medesimo principio sia per la dissipazione mareale che a causa del fatto che la Luna si allontana lentamente ma costantemente pur rivolgendo ad essa sempre la stessa faccia, e la velocità di rotazione della Terra si riduce lentamente, inducendo un lento allungamento della durata del giorno di circa 17 milionesimi di secondo al giorno ogni anno, ossia 1.7ms/giorno per secolo; in altre parole ogni secolo che passa la durata media del giorno si riduce di 1.7 millisecondi ogni giorno per ogni secolo, circa 0.62 secondi all’anno per secolo. Negli ultimi 2700 anni questo ha corrisposto ad una riduzione della durata del giorno di circa 16 secondi, ma la somma di tutti gli aumenti ha modificato gli orari dei fenomeni celesti di parecchie ore e dato che molti di essi sono fenomeni conosciuti come le eclissi per esempio sappiamo che si è accumulato un ritardo della rotazione terrestre di oltre 4.5 ore. Come una gigantesca pattinatrice che allarghi le sue braccia il sistema Terra-Luna si allontana di 3.8cm all’anno, perde energia cinetica per effetto delle maree e in conclusione rallenta la sua maestosa rotazione. Una delle prove di questo fatto è che il numero di deposizioni giornaliere dei coralli fossili non era di 365, ma di 400: la Terra faceva qualche centinaio di miloni di anni fa molti più giri di rotazione di adesso in un anno.

munk

PNAS 2002 vol. 99 no. 10 p.6550–6555

Questa riduzione non è esattamente costante perchè dipende dal momento di inerzia della Terra, ossia dalla distribuzione delle sue masse interne e superficiali, come la massa dell’acqua superficiale e dei materiali magmatici interni fino al nucleo. Risente quindi della formazione delle banchise e del loro scioglimento, delle glaciazioni e delle deglaciazioni e in genere di tutti i fenomeni che spostano grandi masse di materiale, compresi El Niño, terremoti e innalzamento del livello degli oceani, un fenomeno strettamente legato al riscaldamento globale; infatti il GW ha due effetti: da una parte riduce la massa della criosfera, ossia dei ghiacciai e delle banchise incrementando quella della parte liquida dell’oceano e dei depositi liquidi di ogni tipo (delle falde sotterranee per esempio), dall’altra espande anche il volume degli oceani e quindi modifica il momento di inerzia della Terra. Questi effetti sia pur piccoli sono calcolabili e hanno conseguenze misurabili.

Però l’articolo di Munk conteneva una serie di calcoli che portavano ad una risposta incomprensibile: considerando le migliori sorgenti indipendenti di dati e i migliori modelli applicabili ai vari fenomeni si otteneva un’allungamento del giorno incompatibile con un contributo significativo del GW.

I fenomeni da considerare erano parecchi: fusione della criosfera ed espansione del volume oceanico, rebound della crosta liberata dai ghiacci, risposta elastica del mantello sottostante e stima e misure dell’innalzamento oceanico effettivo.

Munk concluse che c’era un errore significativo da qualche parte e l’enigma rimase lì fino a qualche settimana fa quando un nuovo lavoro ha fatto luce sulla situazione.

Jerry Mitrovica, di Harvard insieme ai suoi collaboratori ha concluso (Mitrovica et al. Sci. Adv. 2015;1:e1500679- 2015) che da una parte alcuni dei dati di Munk dovevano essere aggiornati ed inoltre che il modello usato per la risposta del mantello alle sollecitazioni della crosta era sbagliato ed infine ha trovato un nuovo contributo mai prima considerato: il mantello interagisce con il nucleo terrestre, come un criceto che corra in un gabbietta circolare: mentre il criceto si proietta in avanti la gabbia viene spinta indietro; così avviene dell’interazione fra il mantello, sollecitato dalla crosta, e il nucleo.

Rifacendo i conti i valori stimati, derivati dalla variazione effettiva del giorno lasciano uno spazio sufficiente ad accomodare la variazione di momento di inerzia dovuta al GW; in altre parole per comprendere e misurare gli effetti del GW sul livello dell’oceano possiamo usare le misure molto precise di tipo astronomico riguardanti la lunghezza del giorno terrestre e l’accordo, che mancava finora, mettendo in dubbio la validità delle stime di incremento del livello oceanico sono invece corrette; questo è importante anche perché la fusione dei ghiacci corrisponde ad una quantità enorme di energia che si immagazzina nel calore dell’oceano (si veda anche https://www.washingtonpost.com/news/energy-environment/wp/2015/12/11/scientists-may-have-just-solved-one-of-the-most-troubling-mysteries-about-sea-level-rise/  

oppure

http://www.lescienze.it/news/2015/12/14/news/fusione_ghiacciai_influenza_rotazione_terra-2893268/).

Molti anni fa Barry Commoner descriveva nel suo libro più famoso (B. Commoner The Closing Circle 1971) le quattro leggi dell’ecologia; erano relative alla biosfera; oggi sappiamo che vanno al di là; la prima recitava:

Everything is connected to everything else”

La nostra politica energetica influenza la velocità di rotazione della Terra e il moto del nucleo. La Terra è solo la nostra astronave, una astronave dalle dimensioni e dalle risorse enormi ma limitate, come hanno notato tempo Vincenzo Balzani, Nicola Armaroli e Margherita Venturi (Vincenzo Balzani, Margherita Venturi: Chimica! Leggere e scrivere il libro della natura, Scienza Express Edizioni, 2012

Vincenzo Balzani, Margherita Venturi: Energia, Risorse, Ambiente, Zanichelli, 2014 – Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani Energia per l’astronave Terra Nuova edizione aggiornata e ampliata con gli scenari energetici per l’Italia di domani ottobre 2011 ).

Perchè ricordarlo? Perchè la coscienza di questo fatto, la limitatezza della Terra e degli effetti che l’umanità ha su di essa è il risultato più importante che si è avuto il 12 dicembre 2015 nella XXI sessione della Conferenza delle Parti della Convenzione sul clima, COP21 (http://unfccc.int/resource/docs/2015/cop21/eng/l09r01.pdf).

L’accordo di 4 pagine raggiunto nella capitale francese contiene alcuni punti importanti, ma il più importante è l’accordo sulle due cose chiave, che seppure non esplicitamente indicate sono implicitamente riconosciute:

  • l’azione umana è inequivocabilmente capace di modificare il clima
  • l’azione umana è la responsabile determinante (al momento) della sua modificazione

Su questa base l’accordo prevede degli impegni volontari da parte di 180 paesi (che corrispondono ad almeno il 95% delle emissioni globali nell’anno 2012) per un totale di circa 8 GtCO2 eq.all’anno nel 2020 e 11 GtCO2 eq. all’anno nel 2030. Per entrare in vigore ci sarà bisogno che almeno 55 Paesi (corripondenti al 55% del totale delle emissioni globali stimate di gas serra) consegnino all’ONU una dichiarazione ufficiale in tal senso.(http://uneplive.unep.org/media/docs/theme/13/EGR_2015_ES_English_Embargoed.pdf)

munk3

Gli impegni presi dai vari paesi (INDC) non garantiscono di stare sotto i 2°C

Scopo della mitigazione è di “tenere l’incremento della temperatura media mondiale ben sotto i 2 gradi rispetto ai livelli pre-industriali e fare sforzi per limitare l’incremento della temperatura a 1,5 °C, riconoscendo che ciò ridurrebbe significativamente i rischi e gli impatti del cambiamento climatico”.

Sia il settore energetico che quello delle foreste vengono nominati esplicitamente negli impegni e nella piattaforma generale. Si dichiara che occorre “incrementare la capacità di adattarsi agli impatti avversi del cambiamento climatico e promuovere la resilienza climatica e lo sviluppo a basse emissioni, in una maniera che non minacci la produzione di cibo” e “rendere i flussi finanziari coerenti con un percorso di sviluppo a basse emissioni e resiliente”. Si parla di almeno 100 miliardi euro da impiegare a tale scopo per i PVS.

In particolare l’Europa si è impegnata a ridurre del 40% le emissioni al 2030 e dovrà essa individuare i modi con cui ciascuno dei suoi stati membri dovrà agire sui settori di rispettiva competenza.

Ogni paese può modificare i “Contributi promessi” (ma essi dovranno diventare più ampi) in ogni momento e comunque tutti sono chiamati a farlo ogni cinque anni, anche alla luce di una valutazione della differenza tra azioni ed obiettivi.

Tuttavia queste dichiarazioni di carattere generale non sono accompagnate da un opportuno sistema di determinazione della percentuale vincolante di riduzione delle emissioni per ogni paese e questo è un limite molto importante. Ed infine manca un accordo relativo al controllo ed alla verifica indipendenti dell’evoluzione delle decisioni prese; questo aspetto dovrà essere implementato in futuro.

In sostanza i 180 paesi hanno preso coscienza del problema ma non hanno ancora preso impegni reciproci strettamente vincolanti.

Facciamo una semplice valutazione, molto ma molto grossolana:

nel 1850 l’anomalia termica globale (rispetto alla media 1961-1990) era di

-0.376°C; nel 2014 è stata di +0.564, una differenza totale di +0.94°C contro un aumento di circa 120ppm di CO2.

In definitiva, applicando un grossolano schema lineare per arrivare a +1.5°C basta arrivare a 470 ppm; (120/0.94*1.5+280=471)

Se consideriamo che le forzanti termiche complessive nette equivalgono grosso modo alla sola CO2 come si può stimare da qua:

munk2

da Wikipedia

e dato che al momento aumentiamo in modo netto all’incirca di 2ppm all’anno, in 35 anni, nel 2050 saremo al limite di 1.5°C e nel 2080 a 2°C

Questo se continuiamo a produrre quello che produciamo adesso.

Se aumentiamo i consumi le cose peggiorano.Ridurre i consumi assoluti finora non è mai avvenuto.

Una possibile strategia potrebbe essere di incrementare si il consumo ma solo usando il di più esclusivamente per costruire sistemi di energia alternativa dotati di accumulo; in questo modo si può sperare che se si usa diciamo un 5% all’anno ogni anno per questo solo scopo si costruirebbe in 20-30 anni una quantità di dispositivi che grossolanamente equivalgono al totale dei sistemi di conversione fossili.

Questo potrebbe lasciare intatto il problema ma aiutarci a trasferirci verso le rinnovabili; la questione è che il 5% all’anno è un mercato delle rinnovabili varie volte più grande, multiplo,  di quello attuale

Al momento, in mancanza di decisioni politiche molto drastiche, la cosa appare senza soluzione banale.

Il mondo scientifico non può che continuare a indicare la gravità della situazione, perfezionare la conoscenza del sistema climatico, e sviluppare nuovi e più efficienti metodi di conversione e di accumulo dell’energia rinnovabile e di riciclo delle risorse minerali, diffondere la coscienza del problema fra le grandi masse di persone e dei metodi per ottenere miglioramenti sulla strada intrapresa, incluso il fatto che ciò di cui abbiamo prima di tutto bisogno è un nuovo modo di produrre e riprodurre la nostra vita basato sulla coscienza dei limiti del pianeta Terra, l’unico che abbiamo a disposizione .

2 thoughts on “L’enigma di Munk e la conferenza di Parigi.

  1. È una consolazione dell’anima pensare che, tra tutte le attività del pensiero umano che navigano nell’oceano del dubbio, quella che muove il maggior business sia anche l’unica isola di certezza, dove tutto viene presto spiegato e due più due non fa mai meno di sette.

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