CLIMATOLOGIA
Prof. Carlo Bisci
Variazioni
astronomiche
Cicli di Milankovitch
- Oscillazioni dell’eccentricità dell’eclittica
- Variazioni dell’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre
- Precessione degli equinozi
Eccentricità dell’eclittica
L’eccentricità dell’eclittica varia da 0.005 a 0.058 (attualmente 0.017).
Questa variazione dipende dall’attrazione gravitazionale tra la Terra ed i
pianeti più grandi e avviene seguendo oscillazioni aventi come periodo
circa 413’000, 95’000 e 136’000 anni.
Quando l’eccentricità
cresce, aumenta la
distanza tra Terra e
Sole al perielio e,
quindi, l’insolazione
che da un valore
quasi uguale a quello
registrabile in afelio
(costante) può
arrivare a superarlo
di circa il 23% (ora,
del 6.8%).
Per le leggi di Keplero, la durata delle stagioni deve essere proporzionale alle aree dei
quadranti stagionali; quindi, quando l'eccentricità è massima le stagioni che si hanno sul
lato dell'orbita più lontano dal Sole saranno più lunghe. Quando il perielio cade in
autunno e inverno, come avviene attualmente nel nostro emisfero, il moto della Terra ha
la sua massima velocità e quindi queste stagioni sono leggermente più corte rispetto a
primavera ed estate. Attualmente, nell'emisfero boreale, l'estate è 4.66 giorni più lunga
dell'inverno e la primavera è 2.9 giorni più lunga dell'autunno.
Inclinazione
dell’asse terrestre
L’asse di rotazione
terrestre può variare il
proprio angolo rispetto al
piano dell’eclittica da
33.1° a 24.5° (ora, 23.5°)
Il periodo
dell’oscillazione è di
circa 40’000 anni.
All’aumentare
dell’angolo aumentano i
contrasti stagionali alle
medie e alte latitudini.
Si ritiene che angoli più
bassi favoriscano invece
l’instaurarsi di fasi
glaciali.
Precessione degli equinozi
Si chiama precessione degli equinozi la variazione della direzione dell'asse terrestre
rispetto al Sole in perielio e in afelio, che ha un periodo di circa 21’000 anni.
Il fenomeno dipende soprattutto dal fatto che l'asse terrestre ruota attorno ad una retta
perpendicolare al piano orbitale, con un periodo di circa 26’000 anni, a causa delle
forze di marea lunisolari; poiché anche l’ellisse orbitale è soggetta a precessione di
verso opposto, principalmente a causa delle interazioni con Giove e Saturno, il periodo
di precessione degli equinozi, rispetto al perielio scende da 26’000 a 21’000 anni.
L’emisfero in cui l'asse è punta verso il Sole al
perielio avrà un maggiore contrasto stagionale,
mentre l'altro avrà stagioni più miti.
Quando l'asse terrestre è tale che gli equinozi
cadano vicino ad afelio e perielio, i due
emisferi avranno differenze climatiche simili
tra le stagioni.
Attualmente, il passaggio al perielio avviene
durante l'estate dell’emisfero australe, quello
all'afelio durante l'inverno; l'emisfero australe
quindi tende ad avere stagioni più estreme.
Cicli di
Milankovitch
e
Glaciazioni
Forcing
solare
Problemi sui rapporti tra
cicli astronomici e Glaciazioni
Problema dei 100’000 anni
Problema dei 400’000 anni
Problema dello stadio 5
Problema del picco unico
Problema della transizione
Problema cause/effetti
Problema dei 100’000 anni
Le variazioni dell'eccentricità orbitale hanno un impatto sul forcing
solare significativamente minore rispetto alla precessione degli equinozi
all’oscillazione dell’inclinazione assiale, per cui dovrebbe produrre
effetti minori. Ma le osservazioni per l'ultimo milione di anni mostrano
che il segnale climatico di maggiore entità è proprio il ciclo dei 100 000
anni.
Inoltre, nonostante sia una scala temporale relativamente grande, alcuni
hanno sostenuto che la lunghezza del periodo sia insufficiente per
stabilire una relazione statisticamente significativa tra il clima e le
variazioni dell'eccentricità.
Inclinazione orbitale
Anche l’angolo
formato dal piano
dell’eclittica con un
piano fisso (ad
esempio quello
ortogonale al vettore
del momento angolare
del sistema solare)
oscilla ciclicamente
con un periodo di
circa 100’000 anni.
La presenza di un
disco di polvere e
detriti lungo il piano
fisso può ridurre
l’irraggiamento solare.
Problema dei 400’000 anni
Le variazioni dell'eccentricità sono caratterizzate da un ciclo di 400’000
anni di notevole entità, che però è presente solamente nelle registrazioni
climatiche antecedenti l'ultimo milione di anni.
Poiché le variazioni sui 100’000 anni sono particolarmente notevoli,
dovrebbero essere evidenti anche le variazioni sui 400’000; questa
discrepanza è conosciuta anche come ”Problema dello stadio 11”, dato
che l’interglaciale dello stadio isotopico marino 11 non sarebbe dovuto
avvenire se il ciclo dell'eccentricità sui 400 000 anni avesse un impatto
significativo sul clima.
L’assenza di questa periodicità nelle registrazioni isotopiche marine può
essere causata, almeno in parte, dai tempi di risposta dei componenti
coinvolti del sistema climatico, e in particolare del ciclo del carbonio.
Problema dello stadio 5
Il problema dello stadio 5 si riferisce al periodo della penultima fase
interglaciale (nello stadio isotopico marino 5) che appare essere iniziata
con circa 10’000 di anni di anticipo rispetto al forcing solare che si
ipotizza avrebbe dovuto esserne la causa.
È chiamato anche ”problema della causalità”.
Problema del picco unico
Il problema del picco unico si riferisce al fatto che l‘oscillazione
dell’eccentricità dell’orbita terrestre ha variazioni ben determinate per
entrambe le frequenze di 95 e 125 migliaia di anni.
Una registrazione del cambiamento climatico sufficientemente lunga e
affidabile dovrebbe quindi essere in grado di determinare entrambe le
frequenze, ma alcuni ricercatori interpretano le registrazioni climatiche
dell'ultimo milione di anni facendo risultare dallo spettro un singolo
picco di periodicità di 100’000 anni.
È argomento di dibattito se la qualità dei dati esistenti sia sufficiente o
meno a determinare entrambe le frequenze negli ultimi milioni di anni.
Problema della transizione
Il problema della transizione si riferisce alla variazione delle frequenze
dei cambiamenti climatici risalente ad un milione di anni fa.
Da uno a tre milioni di anni fa, il cambiamento climatico seguiva una
variazione dominante coincidente con il ciclo di 41’000
anni dell‘oscillazione dell’inclinazione assiale.
Da un milione di anni fa in poi, la variazione coincide con il ciclo
di 100’000 anni dell'oscillazione dell'eccentricità orbitale.
Problemi cause/effetti
Gli effetti delle diverse oscillazioni dei moti terrestri sono supposti essere
causati dalle conseguenti variazioni d'intensità della radiazione
solare distribuita sulle varie parti del globo.
Le osservazioni rivelano però che la risposta climatica è molto più
intensa rispetto alle variazioni calcolate.
Si presume che varie caratteristiche interne dei sistemi climatici siano
sensibili alle variazioni dell’insolazione, causando in situazioni diverse
fenomeni di amplificazione (feedback positivo) o attenuazione (feedback
negativo).