Climatologia

Glaciazioni solo grazie alle "Retroazioni"

La Scienza si interroga continuamente per spiegare completamente perché una glaciazione si verifica ogni 100.000 anni. Ora i ricercatori ci provano ancora con una dimostrazione basata su una simulazione al computer, non solo inserendo le variazioni nell'insolazione a svolgere un ruolo chiave, ma anche l'influenza reciproca dei Ghiacciai Continentali e il clima.

Glaciazioni e periodi caldi si sono alternati abbastanza regolarmente nella storia della Terra: il clima della Terra si raffredda all'incirca ogni 100.000 anni, con vaste aree del Nord America, Europa e Asia ad essere sepolte sotto strati di ghiaccio spessi. Alla fine, il pendolo oscilla in avanti: essa diventa più calda e le masse di ghiaccio si fondono. Mentre geologi e fisici del clima hanno trovato solide prove di questo ciclo di 100.000 anni nelle morene glaciali, sedimenti marini e ghiaccio artico, fino ad ora non erano in grado di trovare una spiegazione plausibile per questo.

Utilizzando simulazioni al computer, un team di giapponesi, svizzeri e americani tra cui Heinz Blatter, professore emerito di climatologia fisica al Politecnico di Zurigo, è ormai riuscito a dimostrare che l'interscambio ice-age/warm-period (periodi freddi e caldi) dipende fortemente dall'influenza nell'alternanza dei strati di ghiaccio continentali e del clima.

"Se un intero continente è ricoperto da uno strato di ghiaccio che è spesso da 2.000 a 3.000 metri, la topografia è completamente diversa ", dice Blatter, spiegando questo effetto feedback (Retroazioni). “Non è altro che l'albedo differente del ghiaccio glaciale confrontato con la terra libera dai ghiacci, che conducono ai considerevoli cambiamenti nella temperatura in superficie e nella circolazione di aria nell'atmosfera.„ Inoltre, la glaciazione su grande scala altera il livello del mare e quindi le correnti oceaniche, che influiscono sul clima.

Un Effetto debole con un Forte impatto

Questi effetti di retroazione tra la Terra e il clima si verificano sopra altri meccanismi noti. Da tempo è chiaro che il clima è fortemente influenzato dall'insolazione su scale temporali a lungo termine. Poiché la rotazione della Terra e la sua orbita intorno al sole cambiano leggermente periodicamente, l'insolazione varia. Se si esamina questa variazione nel dettaglio, sono riconoscibili diversi cicli sovrapposti di circa 20.000, 40.000 e 100.000 anni.

Tenuto conto del fatto che il ciclo di insolazione di 100.000 anni è relativamente debole, gli scienziati non potrebbero facilmente spiegare la prominenza del ciclo di 100.000 anni delle glaciazioni solo con queste informazioni. Con l'aiuto degli effetti di retroazione, invece, questo è ora possibile.

Simulando il Ghiaccio e i Cambiamenti Climatici

I ricercatori hanno ottenuto i loro risultati da un modello al computer completo, dove si combinano una simulazione della calotta con un modello climatico esistente, che ha permesso loro di calcolare la glaciazione dell'emisfero nord per gli ultimi 400.000 anni. Il modello prende in considerazione non solo i valori dei parametri astronomici, topografia della terra e le proprietà fisiche del flusso di ghiaccio glaciale, ma anche e soprattutto il clima e gli effetti di retroazione. "E' la prima volta che la glaciazione di tutto l'emisfero settentrionale è stato simulata con un modello climatico che comprende tutti gli aspetti più importanti", dice Blatter.

Utilizzando il modello, i ricercatori sono stati anche in grado di spiegare perché le Ere Glaciali cominciano sempre lentamente e finiscono relativamente in maniera breve. Le masse di ghiaccio glaciale si accumulano per decine di migliaia di anni e si ritirano nel giro di qualche migliaio di anni. Ora sappiamo perché: non è solo la temperatura superficiale e le precipitazioni che determinano se una lastra di ghiaccio cresce o si restringe. A causa degli effetti di retroazione suddetti, il suo destino dipende anche dalla sua dimensione.

"Più grande è la calotta di ghiaccio, più freddo deve essere il clima per preservarla", dice Blatter. Nel caso di strati di ghiaccio continentali più piccoli ancora in formazione, nei periodi con un clima più caldo sono meno propensi a fondersi. La storia è differente con un grande strato di ghiaccio che si allunga alle latitudini geografiche più basse: un periodo caldo comparativamente breve di alcuni millenni può essere abbastanza per indurre uno strato di ghiaccio a fondere ed annunciare la conclusione di un'era glaciale.

I cicli di Milankovitch

La spiegazione per l'alternanza ciclica dei ghiacci e i periodi caldi deriva dal matematico serbo Milutin Milankovitch (1879-1958), che ha calcolato le variazioni dell'orbita terrestre e la conseguente insolazione sulla Terra, diventando così il primo a descrivere che i cambiamenti ciclici nell'insolazione sono il frutto di una sovrapposizione di una serie di cicli: l'inclinazione dell'asse della Terra oscilla di circa due gradi in un ciclo di 41.000 anni. Inoltre, l'asse terrestre rotea in un ciclo di 26.000 anni, simile a una trottola.

Infine, l'orbita ellittica della terra intorno al sole si modifica in un ciclo di circa 100.000 anni in due aspetti: da un lato, cambia da una forma più ellittica (circolare) debole in una più forte. D'altra parte, l'asse di questo ellissi si trasforma nel piano dell'orbita terrestre. La rotazione dell'asse terrestre e la rotazione ellittica degli assi causano il giorno in cui la Terra è più vicina al Sole (perielio) a migrare attraverso l'anno solare in un ciclo di circa 20.000 anni: attualmente, è all'inizio del gennaio, in circa 10.000 anni, tuttavia, sarà poi all'inizio di luglio.

Sulla base dei suoi calcoli, nel 1941, Milankovitch ha postulato che l'insolazione in estate caratterizza il ghiaccio e i periodi caldi a 65 gradi nord, una teoria che è stata respinta dalla comunità scientifica durante la sua vita. Dal 1970, tuttavia, a poco a poco divenne chiaro che coincideva sostanzialmente con gli archivi climatici nei sedimenti marini e i carotaggi effettuati nei ghiacci. Al giorno d'oggi, la teoria di Milankovitch è ampiamente accettata. "L'idea di Milankovitch che l'insolazione determina le ere glaciali era giusta in linea di principio", dice Blatter. "Tuttavia, presto la scienza ha riconosciuto che gli effetti di retroazione supplementari nel sistema climatico erano necessarie per spiegare le ere glaciali. Siamo ora in grado di nominare e identificare questi effetti con precisione ".

Si ringrazia ETH Life Online-Magazin.

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