Luca Fiorani
Didattica della fisica
I cambiamenti climatici
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Atmosfera
• Strato sottile ma indispensabile alla vita
• Costituita dall’aria, miscela di gas (N2, O2 e gas
traccia), particelle e aerosol (H2O)
Parametro
Strumento di misura
Unità di misura
Pressione
Barometro
Pa, mbar (1 bar = 105 Pa)
Temperatura
Termometro
K, °C (T[°C] = T[K] - 273.15)
Umidità
Igrometro, psicrometro g/Kg, %
Velocità del vento
Anemometro
Quantità delle precipitazioni Pluviometro
m s-1
mm
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Pressione atmosferica
• Diminuisce con
l’altitudine in maniera
continua
3
Temperatura atmosferica
• Varia con l’altitudine
individuando quattro
strati
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Tempo meteorologico e clima
• Tempo meteorologico
•
Stato dell’atmosfera in un dato luogo e in un
dato momento
Clima
Combinazione delle condizioni meteorologiche
prevalenti per lunghi periodi (30 anni)
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Esempi di clima
• Precipitazioni (barre) e temperatura (rombi) in
un clima tropicale desertico (Tindouf, Algeria) e
in un clima tropicale della foresta pluviale
(Iquitos, Perù)
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Esempi di clima
Parametro
Valore a Tindouf,
Algeria (clima tropicale
desertico)
Valore a Iquitos, Perù
(clima tropicale della
foresta pluviale)
Latitudine
2 7 .7 ° N
3 .4 ° S
Longitudine
8 .1 ° W
7 3 .2 ° W
Media annuale della
temperatura
22.8 °C
26.1 °C
Escursione termica
annuale
21.2 °C
1.4 °C
Precipitazioni annuali
44 mm
2878 m m
Precipitazioni estive
12 mm
1583 m m
Precipitazioni invernali
32 mm
1295 m m
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Dinamica del clima
• La dinamica del clima è provocata dall’energia
solare, assorbita in modo diverso da un punto
all’altro della Terra
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Circolazione atmosferica
• La circolazione
atmosferica generale
concorre all’equilibrio
energetico
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Circolazione oceanica
• La circolazione
termoalina concorre
all’equilibrio
energetico
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Nuova definizione di clima
• Clima
Stato di equilibrio tra il flusso di energia in
entrata e in uscita
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Dati climatici
• Numerosi dati climatici sono raccolti da
strumenti a terra o su palloni, aerei e satelliti
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Dati climatici
• Grazie ai dati climatici è possibile osservare la
storia del clima
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Dati paleoclimatici
• Analizzando l’aria
intrappolata nei
ghiacci o osservando
gli anelli di
accrescimento degli
alberi è possibile
ricostruire i dati
climatici quando non
esistevano strumenti
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Dati paleoclimatici
• Grazie ai dati
paleoclimatici è
possibile ricostruire
l’evoluzione del clima
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Evoluzione del clima
• 500 milioni di anni fa (cambriano), il clima era
•
•
•
•
caldo e privo di ghiacci
300 milioni di anni fa (permiano), la parte
meridionale di Pangea era ricoperta da ghiacci
150 milioni di anni fa (giurassico), il clima era
caldo e le calotte polari assenti (foreste)
25 milioni di anni fa (paleogene), la temperatura
è calata repentinamente (praterie)
Durante l’ultimo milione di anni (quaternario) si
sono susseguiti quattro periodi glaciali
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Storia del clima
•
•
•
•
•
•
•
•
•
8000 aC, termina l’ultimo breve episodio glaciale
5500 – 2600 aC, il clima è caldo
2600 – 1400 aC, il clima è arido
1400 – 300 aC, il clima è fresco e umido
300 aC – 800, l’aridità spinge i nomadi dall’Asia
all’Europa
800 – 1200, periodo caldo
1200 – 1400, instabilità climatica tendente al
freddo
1400 – 1850, “piccola era glaciale”
1850 – oggi, la temperatura aumenta
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Cambiamenti recenti del clima
• Riduzione della calotta polare artica
1979
2003
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Errori di misura
• Le misure
•
•
sperimentali sono
affette da errori
sistematici e statistici
Esempio: misura della
clorofilla-a con lidar
fluorosensore e
radiometro satellitare
Il comò della
bisnonna…
19
Correlazioni
• La temperatura della
•
•
troposfera diminuisce
La temperatura della
stratosfera aumenta
Esiste una
correlazione tra
eruzioni vulcaniche e
temperatura
20
Correlazioni
• Esiste una correlazione tra temperatura oceanica
e potere distruttivo degli uragani
21
Correlazioni
• Esiste una correlazione tra gas serra e
temperatura troposferica
22
Casualità o causalità?
• La correlazione tra
•
•
fenomeni, da sola,
non dimostra
l’esistenza di un nesso
causale tra loro
Se i nessi esistono, la
situazione è seria
Come capire se i nessi
esistono?
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Rottura dell’equilibrio
• Se un sistema dinamico è allontanato di poco dal
•
punto di equilibrio, tenderà a tornarci
Se un sistema dinamico è allontanato di molto
dal punto di equilibrio, tenderà ad abbandonarlo
con conseguenze imprevedibili (soprattutto se è
complesso e non lineare)
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Affrontare la complessità…
• L’evoluzione del clima
•
è il risultato della
complessa relazione
tra atmosfera,
idrosfera, geosfera,
biosfera e Sole
Dalla rivoluzione
industriale si è
aggiunta l’influenza
dell’uomo!
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… con i modelli climatici
• Scomposizione del
•
“Sistema Terra” in
sottosistemi e
processi
Ricostruzione della
complessità del reale
attraverso sistemi di
equazioni risolte
numericamente con
potenti computer
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Cause antropiche di evoluzione?
• L’uomo sta cambiando il clima?
• Ovvero:
•
1 – Il clima sta cambiando?
2 – L’uomo contribuisce a tale cambiamento?
L’IPCC (fondato nel 1988 da UNEP e WMO,
Nobel per la pace nel 2007) ha pubblicato
cinque rapporti (1990, 1995, 2001, 2007 e 2013)
per rispondere a queste domande
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Il clima sta cambiando!
• Dal 1880 al 2012 la temperatura del pianeta è
•
•
•
•
aumentata di 0.85 ± 0.2 °C
Dal 1901 al 2010 il livello del mare si è innalzato
di 0.19 ± 0.02 m
Dalla fine degli anni ’60, la copertura nevosa
terrestre si è ridotta
Dagli anni ’70, si hanno indizi di cambiamenti
nella circolazione atmosferica e oceanica
Negli ultimi decenni, sono aumentati
precipitazioni ed eventi climatici estremi
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I gas serra aumentano!
Gas
Formula/Sigla
Concentrazione:
preindustriale
2011
Anidride
carbonica
CO2
280 ppm
391 ppm
Centrali,
industrie, auto
Metano
CH4
0.700 ppm
1.803 ppm
Allevamenti,
discariche
Protossido di
azoto
N2O
0.270 ppm
0.324 ppm
Centrali, concimi,
auto
Idrofluorocarburi
HFC
~0
decine di ppt
Refrigerazione
Perifluorocarburi
PFC
~0
decine di ppt
Refrigerazione
Esafluoruro di
zolfo
SF6
~0
decine di ppt
Processi
industriali
Sorgente
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Effetto serra
Radiazione solare (visibile)
Radiazione dal suolo (infrarossa)
Serra
Suolo
• La radiazione solare (visibile) attraversa la serra
•
•
e riscalda il suolo
La radiazione riemessa da suolo (infrarossa) è
assorbita dalla serra che si riscalda
L’atmosfera funziona come una serra tanto più
fortemente quanti più gas serra contiene
30
C’è un nesso causale?
• La maggior parte degli scienziati pensa di sì,
sulla base di modelli matematici che ci
permettono di affrontare la complessità
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Conclusioni scientifiche
•
•
•
•
Alcuni equilibri del pianeta sono molto delicati
La temperatura è in aumento
L’uomo ha incrementato i gas serra
Molto probabilmente c’è un nesso tra incremento
di gas serra e aumento della temperatura
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Dalla scienza alla etica
• Il problema si sposta
dal piano scientifico a
quello etico:
considerata l’elevata
probabilità che l’uomo
stia cambiando il
clima, è il caso che sia
adottato un modello
di sviluppo diverso da
quello attuale?
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Principio di precauzione
United Nations Framework Convention on Climate Change, Rio de Janeiro 1992
• “In tutte le attività
dell’uomo connesse
con la natura e le
generazioni future, è
necessario usare le
dovute precauzioni
affinché non siano
procurati danni,
soprattutto se a lungo
termine o irreversibili”
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Principio di responsabilità
United Nations Framework Convention on Climate Change, Rio de Janeiro 1992
• “Tutti i Paesi sono
responsabili, tuttavia
tale responsabilità è
differente sia per
motivi storici, sia in
relazione alle
condizioni di sviluppo
e alla capacità di
perturbare
l’ambiente”
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Principio di equità
Principio base di tutti i trattati delle Nazioni Unite
• “Tutti i paesi
partecipano alle
decisioni, cooperano
per attuarle e devono
raggiungere un
consenso su loro
priorità e attuazione
per la salvaguardia
delle generazioni
presenti e future”
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Altri principi di etica ambientale
• Di uguaglianza – Equo accesso alle risorse a
•
•
tutte le persone, presenti e future
Di responsabilità – Le conseguenze della
decisione di un soggetto ricadono su altri
soggetti
Relazionale – La persona è in relazione con le
altre persone e con la natura: la scarsità di
risorse può causare conflitti
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Altri principi di etica ambientale
• Della cura – Disporsi nei confronti dell’ambiente
•
con un atteggiamento di cura, cioè di relazione
con la natura che suppone attenzione,
coinvolgimento e premura
Di solidarietà – Promuovere la cooperazione su
progetti comuni per l’ambiente (solidarietà con
le persone presenti e future)
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Capire il dibattito sul clima
• Scienza e media hanno linguaggi diversi
• L’uomo della strada ha bisogno degli strumenti
•
di base per capire il linguaggio scientifico
Come? Istruzione scolastica e divulgazione
scientifica
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Il metodo scientifico
• Formale e quantitativo
• Fornisce l’errore di
•
•
misura
Il processo di
pubblicazione si basa
sulla peer review
I media possono
essere influenzati da
interessi economici
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Esempio di disinformazione
• Alcuni giorni del gennaio 2010 in Italia sono stati
•
particolarmente freddi
Certi giornali hanno confuso un episodio limitato
nel tempo e nello spazio con il cambiamento
climatico
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Esempio di disinformazione
• Nel frattempo a Vancouver, sede delle olimpiadi
•
invernali, si trasportava la neve con i camion
Il 2010 è stato l’anno più caldo mai registrato
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Difendersi e orientarsi
• Come riconoscere un
•
•
risultato scientifico da
un’opinione
personale?
Come smascherare un
falso esperto?
Il libro aiuta a
districarsi nella
giungla mediatica…
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Basterebbe il buon senso…
44
È ora di terminare…
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