Climatologia

ll Problema dei 100.000 Anni: non dovrete temere il caldo, ma il freddo....

Gli scienziati che studiano il clima vi diranno che le temperature calde di oggi e le condizioni miti non sono normali per la Terra, nel corso degli ultimi milioni di anni. Il nostro pianeta è stato in una tendenza generale di raffreddamento per 35 milioni di anni ed in preda a una glaciazione per gli ultimi 1.6 milioni di anni.

Questa Era Glaciale, nota come il Pleistocene, è costituita da periodi relativamente brevi di calore, chiamati interglaciali, separati da periodi molto più lunghi di freddo pungente, denominati glaciali. La storia documentata dell'umanità copre solo la metà successiva del più recente riscaldamento interglaciale, nonostante i nostri antichi antenati avessero lasciato messaggi in forma di arte rupestre che risalgono a tempi molto più freddi, momenti in cui l'era glaciale teneva il mondo nel suo congelato abbraccio.

Prevedere tempistica e durata di questi periodi rimane un problema per gli scienziati. Il perché i periodi glaciali dovrebbero durare circa 100.000 anni, come si sono sviluppati per gli ultimi milioni di anni o giù di lì, è chiamato "Il problema dei 100 mila anni ". Ora, un gruppo di ricercatori sostiene di conoscere la risposta...

Ci sono molti cicli sepolti nelle datazioni delle fluttuazioni climatiche terrestri. I più intriganti tra questi sono le crescenti e calanti condizioni glaciali, che hanno coperto vaste aree del Nord del mondo sotto chilometri di ghiaccio, nel passato. Il nostro periodo caldo, l'Olocene, è iniziato circa 11.000 anni fa, il che significa che potrebbe essere sul punto di finire. Molti scienziati ritengono che il Pleistocene glaciale non è finito, e che il nostro mondo tornerà a condizioni glaciali in un prossimo futuro. Essere in grado di predire queste oscillazioni climatiche sarebbe utile, per non dire altro.

In passato, i cicli climatici sono stati collegati a variazioni dei parametri orbitali della Terra, che cambiano in un modo quasi periodico. Questi cambiamenti sono chiamati cicli di Milankovitch , dopo che l'astrofisico serbo Milutin Milankovitch ha dedicato la sua vita allo sviluppo di una teoria matematica sul clima. Egli fu il primo ad analizzare sistematicamente la connessione tra l'orbita terrestre e il cambiamento climatico.

Ma con la natura, niente è mai semplice. Si scopre che il ciclo glaciale-interglaciale usato prende in considerazione solo 41.000 anni. Poi, circa 1.2 milioni di anni fa, questo ha spostato l'attuale ciclo di 100 kyr. Gli scienziati hanno trovato  "l'impronta digitale" dei cicli di Milankovitch nell'annotazione dei proxy, ma per il caso del più lungo, il ciclo di 100.000 anni, non è accettato come il ciclo di 41 mila anni . Infatti, la durata di ciascuno degli ultimi quattro cicli glaciali è aumentata da 80-130.000 anni, il che suggerisce che questi grandi cambiamenti climatici sono aperiodici. Molti pensano che sia necessaria una spiegazione più chiara.

Recentemente, José A. Rial, Jeseung Oh, e Elizabeth Reischmann, hanno pubblicato una ricerca su Nature Geoscience, in cui essi sostengono che la sincronizzazione forzata può spiegare i forti cicli glaciali di 100.000 anni attraverso l'allineamento delle variazioni di insolazione e di oscillazioni climatiche interne. Ecco come descrivono il loro studio, " La sincronizzazione del sistema climatico alla forzatura dell'eccentricità e il problema dei 100.000 anni ":

" La sincronizzazione è un fenomeno fondamentale non lineare e un unico meccanismo di base di auto-organizzazione nei sistemi complessi, e la sincronizzazione degli oscillatori non lineari a forzanti esterne (vedi Informazioni supplementari), e si incontra comunemente in fisica, chimica, biologia, ingegneria e climatologia. Si usa il termine sincronizzazione forzata (detto anche master-slave) per descrivere come il sistema climatico (slave) abbia gradualmente regolato i suoi ritmi naturali a quelli della forzatura (master) negli ultimi 5 milioni di anni. Discuteremo prove che suggeriscono che la sincronizzazione forzata dall'eccentricità orbitale di 413 kyr (che modula le ampiezze dell'eccentricità orbitale e di una precessione di 100 kyr) con aggancio di fase, frequenza trascinata, frequenza modulata, nelle amplificazioni delle oscillazioni libere del sistema climatico nel corso dei passati 1.2 Myr (milioni di anni). La prova di ciò proviene da una analisi dei dati disponibili, in particolare dalla serie LR04 lunga 5-Myr di 57 Proxy bentonici globalmente distribuiti di δ18O del volume totale del ghiaccio. Inoltre, si assume che il sistema climatico su scala temporale di interesse può essere modellato come oscillatore autonomo non lineare e esternamente forzato con periodi liberi nel range di 104-105 anni. Questo modello sarà utilizzato per aiutare a interpretare le caratteristiche principali della LR04 e dimostrare come la sincronizzazione dell'eccentricità può accadere".

Gli autori hanno confrontato le prime serie temporali LR04 di un segnale armonico modulato semplice."Troviamo una prova convincente che ~ 100-Kyr cicli di glaciazione del sistema climatico sono frequenze modulate dalla componente di 413.000 anni di eccentricità". Per capire come un ciclo di 413.000 anni può indurre a un ciclo di 100 mila anni bisogna considerare il fatto che i cicli in discussione non sono semplici onde sinusoidali. Essi sono composti in modo complesso, con molte frequenze armoniche contenute all'interno dei loro segnali. Questo è mostrato nella figura di seguito.

Rial et. Al afferma che la presenza di questa modulazione nell'evoluzione del clima verso l'Era Glaciale implica l'esistenza di un modulatore, una funzione temporale che può rivelare aspetti chiave nella risposta del sistema climatico alla forzatura. "Conosciuto in gergo elettronico come l'intelligenza del segnale modulato, il modulatore deve esistere per tutta la lunghezza del record LR04, perché il forcing astronomico sia sempre presente". Fortunatamente, ci sono tecniche matematiche semplici e ben collaudate per l'estrazione di un modulatore di una serie temporale modulata.

"Questo modulatore estratto, mostrato nella figura seguente, è la funzione forzante orbitale sperimentata dal sistema climatico. Gli autori descrivono come "una funzione quasi-periodica con potenza a frequenze nelle bande 1/800-1/300-kyr, e un proxy per la risposta climatica."

La traccia filtrata, mostrata sopra, è la media dell'analisi di spettro singolare ( SSA ) e la Decomposizione Modale Empirica ( EMD ).  Per una spiegazione dettagliata di come questa forzatura determina la variazione climatica per sincronizzarsi con l'armonica di ~100kyr, vedere lo studio . La linea di fondo è: “Questo risultato teorico indica che se le frequenze naturali di oscillazione del sistema climatico sono all'interno del 10-20% nel periodo di forzatura, la sincronizzazione si presenta anche per una ampiezza di forzatura molto piccola e può produrre un guadagno di potenza (rapporto della potenza sincronizzata alla potenza forzata) del 300-700%, e anche maggiore per le piccole desintonizzazioni ".

Le conclusioni della carta sono le seguenti:

"Concludiamo che le contraddizioni discusse nell'introduzione possono essere spiegate come causate da sincronizzazione forzata. La sincronizzazione ha consentito all'energia del sole di fluire all'interno o all'esterno del sistema climatico e allo stesso tempo le risposte interne erano riscaldanti o raffreddanti, con conseguenti grandi fluttuazioni climatiche senza precedenti che hanno alimentato le grandi glaciazioni pleistoceniche. La sincronizzazione di fase forzata, che è ancora in corso, è iniziata 1.2 milioni di anni fa, ed è culminata nel momento del MIS11 (~ 0,4 Myr) con un breve periodo di risonanza non lineare ... Oggi la risonanza è sbiadita, ma la modulazione di frequenza persiste, guidando la deviazione di frequenza ~ 1/82-1/125-kyr che percorre la tempistica delle maggiori terminazioni glaciali."

Le conclusioni che dobbiamo trarre da questo è che le variazioni orbitali sono il driver principale dei cambiamenti climatici sulla Terra. Nel tempo il periodo di efficacia della forzatura può cambiare come spostamento di frequenza di risonanza, ma è una combinazione di moto planetario ed insolazione solare che muove il nostro clima dentro e fuori dai periodi glaciali. Tutte le prove indicano che il ciclo 100 kyr persiste e il nostro pianeta è a capo di un altro periodo di glaciazione, un periodo che causerà più problemi per la civiltà umana rispetto a qualsiasi delle devastazioni previste del riscaldamento globale antropogenico. A differenza del riscaldamento globale questa minaccia è reale. In breve, non dovrete temere il caldo, ma il freddo....

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