I valori di fondo della CO2 atmosferica
a Jubany e le interazioni con il fenomeno
de El Niño
C. Rafanelli, L. Ciattaglia, S. Carnazza
Istituto di Acustica “O. M. Corbino”, CNR, Roma, Italia
[email protected]
SOMMARIO: La misura del fondo planetario della CO2 è un dato importante per capire le dinamiche dell'effetto serra che in questi decenni sembrano modificate rispetto al passato. Per essere al riparo da sorgenti
locali è fondamentale effettuare il monitoraggio in luoghi remoti; l'Antartide è uno di questi, anzi è un
luogo privilegiato grazie alla particolare circolazione atmosferica presente a quelle latitudini. La base
antartica di Jubany, King Gorge Island, arcipelago South Shetland, 62°S - 58°W, fa parte del progetto di
collaborazione tra il Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA) e la Direccion Nacional del
Antartico (DNA) dell'Argentina. Nell'ambito di questi accordi gli autori gestiscono, dal febbraio 1994, le
misure di anidride carbonica atmosferica. L'importanza della stazione è dovuta anche alla possibilità di
monitorare gli effetti dello scambio aria mare di CO2 durante i fenomeni del El Niño. In questo articolo
sono riportati i risultati dei 12 anni dell'attività di ricerca.
1 L’ANIDRIDE CARBONICA ED IL SUO RUOLO NEL
PANORAMA DEI GAS SERRA
1.1 L'effetto serra
I cambiamenti del clima e dell'atmosfera sono
dovuti sia a variabilità intrinseca del sistema
climatico, sia a fattori esterni, naturali ed
antropici, la cui importanza è ancora oggi
sotto studio.
Una variazione particolarmente allarmante è
quella subita dalla temperatura dell'atmosfera
terrestre negli ultimi due secoli: negli ultimi
cento anni si è avuto un incremento di 0.6°C e
soltanto nell'ultimo quarto di secolo è stato di
0.5°C. La causa di tutto ciò è il cosiddetto
"effetto serra": la radiazione solare infrarossa,
sia diretta che riflessa dalla superficie terrestre, che attraversa gli strati dell'atmosfera
viene assorbita dai componenti gassosi presenti, i principali dei quali sono: vapore
acqueo, anidride carbonica, metano, clorofluorocarburi, ossidi di azoto e ozono troposferico,
detti appunto "gas serra". La concentrazione
dei quali è fattore importante per regolare il
riscaldamento, in particolare quella della CO2.
1.2 L'importanza della CO2
L'anidride carbonica è uno dei gas più abbondanti in atmosfera ed è fondamentale nei processi vitali di animali e piante, sia per la fotosintesi che la respirazione.
Inoltre la CO2 presente nell'atmosfera viene
continuamente scambiata con quella disciolta
nelle distese oceaniche del pianeta. Si calcola
che la sua concentrazione negli oceani sia
circa 50 volte quella in atmosfera.
L'anidride carbonica può far variare il pH dell'acqua.; infatti essa è un gas solubile formando acido carbonico, H2CO3 che è un acido
debole, secondo la seguente reazione:
CO2+H2O H2CO3
Successivamente l'acido carbonico reagisce
reversibilmente con l'acqua per formare il
catione idronio, H3O+ e lo ione bicarbonato,
HCO3:
H2CO3+H2O HCO3-+H3O+
Questo comportamento chimico spiega perché l'acqua, che ha normalmente il pH neu323
Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR
2.1 Misure a Jubany
La stazione di Jubany (Fig. 1) è dotata di un
sistema di misura in continuo dell'anidride
carbonica basato su un analizzatore infrarosso
Siemens Ultramat 5E con presa d'aria esterna
posta a 10 m di altezza (Ciattaglia et al.,
1996).
La misura si ottiene facendo riferimento a
degli standard di lavoro: si tratta di bombole
contenenti aria a concentrazione nota di CO2.
Il laboratorio è fornito anche di due serie di 4
standard secondari e di 6 standard primari, i
cui contenuti sono determinati dalla National
Oceanic and Atmospheric Administration
(NOAA) al WMO Central CO2 Laboratory
c/o Global Monitoring Division a Boulder,
Co, USA.
L'acquisizione dei dati è fatta tramite software che, in automatico, controlla ogni 3 ore la
calibrazione dello strumento e valida le misure solo se rispettano i criteri fissati per l'accettazione. Il criterio più importante dei quali è
quello per cui i campionamenti effettuati in
presenza di venti dal settore 270°-300°
(rispetto al nord) vengono esclusi in quanto
influenzati dalle emissioni degli edifici della
base stessa.
I dati orari vengono trasmessi al WMO Data
Center (WDCGG, Tokyo, Giappone), sono
inclusi anche nel data set Globalview of
NOAA-GMD, nel database del Carbon
Dioxide Information Analysis Data Center
(CDIAC, Oak Ridge, Tn, USA) e a breve nel
nuovo database Carbon Tracker of NOAA
Boulder, Co, USA.
Figura 1: Stazione di Jubany.
Figura 2: Medie giornaliere di CO2 misurata a Jubany.
tro (7), ha un pH acido di circa 5.5 quando è
esposta all'aria; il suo valore regola i processi
vitali nel mare.
A causa delle attività umane, la quantità di
anidride carbonica immessa in atmosfera
durante gli ultimi 150 anni è aumentata: nel
1870 la sua concentrazione era di circa 280
ppm mentre nel 1998 era salita a 364 ppm ed
oggi (2007) è di 380 ppm. La combustione del
carbone fossile e degli idrocarburi, per la produzione di energia, contribuisce per il 70-75%
delle emissioni di CO2 di origine antropica,
mentre il restante 30-25% è dovuto agli scarichi degli autoveicoli. Di difficile valutazione è la misura del fondo naturale dovuta sia ai
cicli vegetativi nel loro complesso, sia agli
incendi sia allo scambio aria mare. La maggior parte delle emissioni antropiche deriva
dai processi industriali dei paesi sviluppati,
ma sta crescendo anche il contributo da parte
dei paesi in via di sviluppo. In questo secolo
si prevede che le emissioni di anidride carbonica raddoppieranno e si pensa che continueranno ad aumentare ulteriormente in seguito,
tutto questo se non si considerano gli effetti di
feedback naturali, in parte sconosciuti.
2 MISURE DI ANIDRIDE CARBONICA
324
Le ricerche polari ed i cambiamenti climatici
3 TREND DELLA CO2
3.1 Andamento dell'anidride carbonica misurata a Jubany
L'andamento della CO2 misurata a Jubany dall'inizio dell'attività è rappresentato in figura 2.
Alcune caratteristiche appaiono evidenti: un'oscillazione inverno-estate molto piccola (nell'ordine di 1.5-2 ppm) rispetto a quella constatabile alle nostre latitudini, un trend in crescita (da 356.65 ppm del 1994 a 379.94 ppm del
2006) con alcuni periodi in cui il segnale è
piuttosto regolare ed altri in cui la concentrazione subisce alterazioni, che si possono far
risalire all'influenza di fenomeni a larga scala
quali El Niño. In particolare si può notare un
"pianerottolo" tra la fine del 1997 e l'inizio del
1998 periodo in cui nell'oceano Pacifico si è
manifestato un El Niño di elevata intensità.
L'alta pressione sul Pacifico tropicale occidentale e la bassa pressione su quello sudorientale causano intense piogge, temperature superficiali dell'acqua insolitamente alte ed alisei
meno forti: queste sono le caratteristiche de El
Niño. Durante tali periodi la temperatura
superficiale del Pacifico tropicale occidentale
tende a diminuire lievemente, mentre aumenta
nella parte orientale. Questo incremento
avviene durante il periodo iniziale del fenomeno (generalmente nei primi mesi dell'anno, che
nell'emisfero Sud coincidono con l'estate
piena) ed è causato dall'indebolimento locale
dei venti e quindi dalla ridotta evaporazione.
Mentre El Niño evolve, l'avvezione orientale
di acqua calda superficiale mantiene alta la
temperatura in superficie ad Est a dispetto dell'aumento di evaporazione indotto dall'intensificarsi stagionale dei venti. La perdita di calore latente durante l'ultimo periodo del fenomeno supera il guadagno ottenuto durante quello
iniziale. Questi fenomeni incidono sugli scambi aria mare della CO2.
Se si rappresentano le differenze di CO2 tra
due anni consecutivi ed il Southern
Oscillation Index (la differenza tra le pressioni atmosferiche a Darwin, Australia, e Tahiti,
Polinesia, parametro indicativo de El Niño) i
due andamenti coincidono perfettamente pro-
Figura 3: Differenze di concentrazione di CO2 tra due
anni consecutivi misurata a South Pole (linea continua) e
andamento del Southern Oscillation Index (SOI, linea
tratteggiata), le frecce indicano gli anni de El Niño.
prio in corrispondenza degli anni in cui si è
manifestato il fenomeno (Fig. 3).
4 LAVORI FUTURI
Per trovare una conferma all'ipotesi di correlazione tra andamento dell'anidride carbonica
in atmosfera e fenomeni di scambio aria mare,
è iniziato uno studio preliminare sui dati di
pressione parziale di CO2 in acqua, reso possibile dalla collaborazione del dott. Takahashi
del Lamont-Doherty Earth Observatory of
Columbia University, New York, USA, che ha
reso disponibili i dati di concentrazione in
mare durante varie crociere che le navi oceanografiche Palmer e Gould hanno effettuato
negli anni dal 1979 al 2006 nell'ambito di progetti della NOAA. I campionamenti considerati sono inclusi tra l'Antartide e l'Argentina in
un box di latitudine e longitudine comprese
rispettivamente tra 74°S e 50°S e tra 90°W e
30°W. Questa scelta spaziale è stata fatta al
fine di effettuare il confronto tra i dati marini
e quelli in aria prelevati nella base argentina
di Jubany.
L'oceano intorno a Jubany è stato suddiviso in
tanti settori concentrici e si è poi rappresentato sia l'andamento dell'anidride carbonica in
aria sia quello in mare, entrambi destagionalizzati (Fig. 4).
I risultati sono di base per lo sviluppo dei
lavori futuri. Infatti lo studio è in fase di
ampliamento con dati di altre stazioni.
325
Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR
Figura 4: Andamento destagionalizzato della CO2 misurata a Jubany (linea continua) e valori di pCO2 (punti)
nell'acqua intorno alla stazione, le linee tratteggiate rappresentano El Niño.
I risultati dei questi studi potranno contribuire
alla comprensione delle variazioni della CO2
in atmosfera e se possibile alla valutazione
dell'effetto antropico sul Global Warming.
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