Tano Cavattoni, Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini
Dall’Universo
al Pianeta azzurro
Capitolo 18
Clima e variazioni climatiche
Calda estate / stagione dei densi climi /

dei grandi mattini / dell’albe senza rumore […] /
stagione estrema, che cadi / prostrata in riposi
enormi / dai oro ai più vasti sogni.
Vincenzo Cardarelli

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Capitolo 18
Clima e
variazioni climatiche
Il bilancio energetico della Terra
§18.1 L’energia solare e l’atmosfera
§18.2 L’effetto serra
§18.3 La temperatura dell’aria
§18.4 Equilibrio termico della Terra
§18.5 El Niño e la Niña
Lezione 48
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Capitolo 18
Lezione 49
§18.6
Clima e
variazioni climatiche
Il clima
Fattori ed elementi del clima
Clima e temperatura
§18.8 Clima e precipitazioni
§18.9 Il diagramma del clima
§18.10 Classificazione dei climi
§18.11 I climi d’Italia
§18.7
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Capitolo 18
Lezione 50
§18.12 I
Clima e
variazioni climatiche
Cambiamenti climatici
gas serra
§18.13 L’aumento
dell’effetto serra
§18.14 Climi e storia della Terra
§18.15 Testimonianza dei climi del passato
§18.16 Mutamenti climatici globali
§18.17 Il riscaldamento globale
§18.18 Scenari di un pianeta più caldo
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§18.1 L’energia
solare e l’atmosfera
L'energia che permette il verificarsi dei fenomeni
atmosferici proviene dal Sole.
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§18.1 L’energia
solare e l’atmosfera
I fenomeni atmosferici sono causati
dall’interazione dell’energia solare con la troposfera.
L’energia solare è un insieme di radiazioni
elettromagnetiche a diverse lunghezze d’onda.
Le radiazioni a lunghezza d'onda corta, come le
ultraviolette, sono molto energetiche, quelle a onda
lunga, come le infrarosse, sono meno energetiche.
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§18.1 L’energia
solare e l’atmosfera
L’energia solare ricevuta dall’atmosfera e dalla
superficie terrestre è restituita allo spazio in uguale
quantità.
Si stabilisce cioè un equilibrio energetico.
La temperatura del pianeta si mantiene mediamente
costante nel corso del tempo.
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§18.1 L’energia
solare e l’atmosfera
Solo una parte della radiazione solare arriva a
colpire la superficie terrestre.
Una parte è riflessa o assorbita dalla atmosfera.
La quantità assorbita dalla Terra è poco meno della
metà della radiazione solare incidente
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§18.1 L’energia
solare e l’atmosfera
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§18.1 L’energia
solare e l’atmosfera
Il potere riflettente di una superficie colpita da
radiazioni è definito albedo.
Anche la Terra ha una albedo.
Vista dallo spazio, si presenta
come una sfera luminosa
grazie al potere riflettente delle
regioni ricoperte dai ghiacci e
delle nuvole.
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§18.1 L’energia
solare e l’atmosfera
Diversa intensità di albedo nelle diverse zone della superficie terrestre.
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§18.2 L’effetto
serra
I raggi solari passano attraverso i vetri di una serra.
La radiazione riemessa, costituita da raggi infrarossi,
non attraversa i vetri e rimane intrappolata all’interno della serra.
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§18.2 L’effetto
serra
La troposfera si comporta come una serra.
Il diossido di carbonio (CO2) e il vapore acqueo (H2O),
che sono detti gas serra, non schermano le
radiazioni in ingresso, ma trattengono le radiazioni
infrarosse in uscita e sono responsabili del
riscaldamento della troposfera.
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§18.2 L’effetto
serra
1. La superficie terrestre è
riscaldata dal Sole.
2. La superficie terrestre libera
calore.
3. Una parte del calore
emesso dalla superficie
terrestre si disperde nello
spazio.
4. I gas serra presenti in
atmosfera trattengono una
parte del calore liberato
dalla superficie terrestre.
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§18.2 L’effetto
serra
Sono gas serra:
• il vapore acqueo (H2O),
• il diossido di carbonio (CO2),
• il metano (CH4),
• l’ozono (O3),
• il protossido di azoto (N2O),
• i clorofluorocarburi (CFC).
Contributi all’effetto serra dei
principali gas serra prodotti dalle
attività umane.
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§18.3 La
temperatura dell’aria
La temperatura dell’aria è influenzata:
• dall’inclinazione dei raggi solari,
• dalla quota,
• dalla vicinanza del mare,
• dalla presenza di vegetazione.
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§18.3 La
temperatura dell’aria
A parità di quota, la temperatura dell’aria diminuisce
dall’equatore verso i poli a causa della diversa
incidenza dei raggi solari sul piano dell’orizzonte.
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§18.3 La
temperatura dell’aria
Nelle località montane la temperatura dell’aria è
minore rispetto alle località di pianura situate alla
stessa latitudine.
Nella troposfera la temperatura dell’aria diminuisce
con la quota.
Allontanandosi dalla superficie terrestre, la
temperatura si abbassa con regolarità: per ogni
kilometro di quota, la temperatura diminuisce in
media di 6 °C.
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§18.3 La
temperatura dell’aria
L’acqua ha un calore specifico più elevato rispetto
alle rocce della superficie terrestre.
Il mare si riscalda più
lentamente delle rocce.
La vicinanza di un
vasto bacino idrico
abbassa l’escursione
termica, sia giornaliera
che annua, e mitiga il
clima.
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§18.3 La
temperatura dell’aria
La differenza tra la temperatura massima e la
temperatura minima di una località è definita
escursione termica.
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§18.3 La
temperatura dell’aria
Le piante assorbono una parte delle radiazioni solari
in arrivo, grazie alle quali sono in grado di svolgere il
processo di fotosintesi.
Le piante traspirano ed emettono nell’atmosfera
vapore acqueo in abbondanza. Nel passaggio allo
stato di vapore, l’acqua assorbe dall’aria una
quantità notevole di calore.
La presenza di boschi e di vegetazione rigogliosa
determina una attenuazione dell’escursione termica.
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§18.4 Equilibrio
termico della Terra
La differenza fra l’energia solare assorbita da una
determinata area della superficie terrestre e
l’energia riemessa dalla stessa area corrisponde al
bilancio energetico dell’area.
Località poste a latitudini diverse hanno bilanci
energetici differenti.
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§18.4 Equilibrio
termico della Terra
Nella fascia compresa tra i tropici, i raggi solari cadono
perpendicolari o poco inclinati durante tutto l’anno.
La fascia intertropicale riceve più energia di quanta ne
riemette.
Il bilancio energetico è perciò positivo.
In generale, il bilancio energetico annuo è positivo per
la fascia compresa tra le latitudini di 38° N e 38° S.
In queste zone ci dovremmo attendere un aumento
della temperatura anno dopo anno.
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§18.4 Equilibrio
termico della Terra
Le aree poste al di fuori della fascia (38° N e 38°
S) hanno bilancio energetico annuo negativo: la
quantità di energia persa supera quella ricevuta.
Il bilancio energetico è perciò negativo.
In queste regioni, quindi, dovremmo aspettarci una
progressiva diminuzione della temperatura anno
dopo anno.
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§18.4 Equilibrio
termico della Terra
L’analisi dei valori delle
temperature annuali
delle varie regioni del
pianeta dimostra una
sostanziale stabilità.
L’equilibrio termico del
pianeta è dovuto alla
circolazione dei venti e
alle correnti marine.
Le frecce rosse indicano i trasferimenti
di calore che mantengono mediamente
stabili le temperature del pianeta.
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§18.5 El
Niño e la Niña
El Niño è un fenomeno periodico che si verifica con
un intervallo dai 2 ai 7 anni e che riguarda la fascia
tropicale dell’Oceano Pacifico.
Si manifesta con un insolito aumento della
temperatura dell’acqua lungo le coste sudamericane
dell’Oceano Pacifico durante il periodo natalizio.
Il fenomeno di El Niño fa parte di un sistema
climatico in cui interagiscono oceano e atmosfera,
chiamato ENSO (El Niño Southern Oscillation).
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§18.5 El
Niño e la Niña
Condizioni normali della circolazione dei venti e delle acque oceaniche.
Sul lato occidentale dell’Oceano Pacifico la temperatura delle acque
è maggiore di quella che si riscontra sul lato orientale.
In queste condizioni le acque si spostano lungo l’equatore da est verso ovest.
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§18.5 El
Niño e la Niña
Quando si verifica il fenomeno de El Niño la circolazione dei venti si inverte
e l’acqua calda del settore occidentale si muove progressivamente verso est,
fino a raggiungere le coste dell’America Meridionale.
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§18.5 El
Niño e la Niña
La Niña è il fenomeno opposto a El Niño.
Quando si verifica la Niña, le acque superficiali sono
più fredde del solito e la pesca si fa più abbondante.
La Niña corrisponde a una accentuazione delle
condizioni di circolazione oceanica e atmosferica
normali: gli alisei aumentano di intensità e spingono
le correnti d’acqua calda e l’aria ricca di umidità
verso le coste indonesiane e australiane.
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§18.6 Fattori
ed elementi del clima
Secondo l’Organizzazione Meteorologica Mondiale
per clima s'intende l'insieme delle condizioni fisicometeorologiche (temperatura, umidità, pressione,
venti, ecc.) che caratterizzano mediamente una
determinata zona della Terra.
L’andamento annuo complessivo degli eventi del
tempo meteorologico costituisce il clima di una
località.
La definizione delle caratteristiche del clima si basa
sulla media delle condizioni di un trentennio.
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§18.6 Fattori
ed elementi del clima
Le caratteristiche del clima sono determinate da:
• Fattori climatici: condizioni che si mantengono
immutate nel tempo perché legate alla posizione
geografica della regione (latitudine, orografia,
vegetazione, correnti marine, ecc.).
• Elementi climatici: condizioni che variano nel
tempo (temperatura, pressione, precipitazioni,
ecc.).
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§18.6 Fattori
ed elementi del clima
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§18.7 Clima
e temperatura
Una delle variabili fondamentali che caratterizzano
un clima è la temperatura.
Per studiare l’andamento della temperatura su vaste
aree i meteorologi hanno bisogno di conoscere
contemporaneamente le temperature di molte
località. Sul territorio sono dislocate moltissime
stazioni di rilevamento della temperatura.
Con i dati relativi alla temperatura delle stazioni si
costruiscono le carte delle isoterme.
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§18.7 Clima
e temperatura
Le isoterme sono linee che uniscono località aventi
la medesima temperatura.
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§18.8 Clima
e precipitazioni
Le precipitazioni costituiscono la seconda variabile
fondamentale che caratterizza un clima.
Le precipitazioni che interessano una determinata
regione sono misurate con opportuni strumenti,
chiamati pluviometri.
Con i dati così raccolti è possibile costruire le carte
della piovosità.
Nelle carte della piovosità sono riportate le isoiete.
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§18.8 Clima
e precipitazioni
Le isoiete sono linee che uniscono punti che hanno
la stessa quantità di precipitazioni.
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§18.9
Il diagramma del clima
I dati delle temperature e delle precipitazioni
forniscono le informazioni più significative sulle
caratteristiche climatiche di una data località.
Per visualizzare con immediatezza l’influenza degli
elementi climatici principali si usa il diagramma del
clima
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§18.9
Il diagramma del clima
Diagramma del clima di
Pisa.
In ascissa sono riportati i
mesi, nell’ordinata a
sinistra le temperature
medie mensili, in quella
di destra le precipitazioni
medie mensili.
La linea azzurra
rappresenta l’andamento
delle precipitazioni, la
linea rossa rappresenta
l’andamento della
temperatura.
L’area gialla indica la
stagione secca, l’area
celeste indica la stagione
umida.
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§18.10
Classificazione dei climi
Una delle classificazioni dei climi ancora oggi
largamente usata è quella proposta negli anni Trenta
dal climatologo russo Wladimir Köppen (1846-1940).
La classificazione di Köppen si basa su due
elementi climatici principali:
- la temperatura,
- le precipitazioni.
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§18.10
Classificazione dei climi
La temperatura e le precipitazioni determinano il tipo
di vegetazione spontanea di una località.
Sulla base dello stretto legame tra clima e copertura
vegetale, Köppen individuò sull’intera superficie
terrestre 5 tipi climatici principali:
• clima nivale;
• clima freddo umido;
• clima temperato umido;
• clima arido;
• clima caldo umido.
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§18.10
Classificazione dei climi
Distribuzione dei climi sulla Terra, secondo una classificazione che si rifà a quella di Köppen.
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§18.10
Classificazione dei climi
Clima nivale
Sottoclasse: Clima del gelo perenne
Temperature bassissime durante tutto l’anno.
Precipitazioni scarsissime.
Associazione vegetale: gelo perenne (assenza di vegetazione).
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43
§18.10
Classificazione dei climi
Clima nivale
Sottoclasse: Clima subpolare
Temperature basse durante tutto l’anno, terreno sempre ghiacciato.
Precipitazioni scarse.
Associazione vegetale: tundra.
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44
§18.10
Classificazione dei climi
Clima freddo umido
Sottoclasse: Clima continentale subartico
Estate brevissima e tiepida, inverno molto lungo.
Precipitazioni prevalentemente estive e nevose.
Associazione vegetale: taiga (foresta di conifere).
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45
§18.10
Classificazione dei climi
Clima freddo umido
Sottoclasse: Clima continentale umido
Estate breve e calda, inverno freddo e lungo (8 mesi).
Precipitazioni abbondanti estive.
Associazione vegetale: foresta di latifoglie).
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§18.10
Classificazione dei climi
Clima freddo umido
Sottoclasse: Clima continentale umido
Estate breve e calda, inverno freddo e lungo (8 mesi).
Precipitazioni abbondanti estive.
Associazione vegetale: steppa-prateria.
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§18.10
Classificazione dei climi
Clima temperato umido
Sottoclasse: Clima marittimo oceanico
Temperature miti.
Precipitazioni abbondanti tutto l’anno.
Associazione vegetale: foresta con alberi ad alto fusto (regioni calde).
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§18.10
Classificazione dei climi
Clima temperato umido
Sottoclasse: Clima marittimo oceanico
Temperature miti.
Precipitazioni abbondanti tutto l’anno.
Associazione vegetale: brughiera (regioni fredde).
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49
§18.10
Classificazione dei climi
Clima temperato umido
Sottoclasse: Clima mediterraneo
Estati calde e secche, inverni miti.
Precipitazioni poco abbondanti in autunno e inverno.
Associazione vegetale: macchia mediterranea.
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50
§18.10
Classificazione dei climi
Clima arido
Sottoclasse: Clima semiarido
Forti escursioni termiche diurne
Precipitazioni medie annue scarsissime, spesso sotto forma di acquazzoni.
Associazione vegetale: steppa predesertica.
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51
§18.10
Classificazione dei climi
Clima arido
Sottoclasse: Clima aido caldo
Forti escursioni termiche diurne.
Assenza prolungata di precipitazioni.
Associazione vegetale: vegetazione delle oasi.
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52
§18.10
Classificazione dei climi
Clima arido
Sottoclasse: Clima arido freddo
Forti escursioni termiche annue.
Precipitazioni molto scarse.
Associazione vegetale: rade piante erbacee.
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53
§18.10
Classificazione dei climi
Clima caldo umido
Sottoclasse: Clima equatoriale
Temperature medie annue elevate.
Mancanza di stagioni. Precipitazioni abbondanti.
Associazione vegetale: foresta pluviale.
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54
§18.10
Classificazione dei climi
Clima caldo umido
Sottoclasse: Clima monsonico
Temperature medie annue elevate.
Forti precipitazioni da maggio a ottobre. Periodo di siccità in ottobre.
Associazione vegetale: giungla.
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§18.10
Classificazione dei climi
Clima caldo umido
Sottoclasse: Clima tropicale
Temperature medie annue superiori a 18 °C.
Precipitazioni abbondanti nella stagione umida e scarse in quella secca.
Associazione vegetale: savana.
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§18.10
Classificazione dei climi
La distribuzione latitudinale delle fasce climatiche si
ripropone anche con l’altitudine. La stessa analogia
si riscontra anche nelle associazioni vegetali.
La distribuzione delle fasce
climatiche sui versanti delle
catene montuose dipende
anche dalla latitudine.
All’equatore il limite delle
nevi perenni si trova a quote
più elevate rispetto alle zone
temperate.
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§18.11
I climi d’Italia
Le condizioni climatiche
complessive dell’Italia
rientrano nel clima
temperato umido.
In Italia si riconoscono sei
regioni climatiche:
• regione alpina;
• regione padana;
• regione appenninica;
• regione ligure-tirrenica;
• regione adriatica;
• regione calabrese e insulare.
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§18.12
I gas serra
I gas responsabili dell’effetto serra sono prodotti
dalle attività umane in quantità crescente.
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§18.12
I gas serra
Escluso il vapore acqueo il maggiore responsabile
dell’effetto serra è il diossido di carbonio.
In natura esistono
sistemi di regolazione
della concentrazione
del diossido di
carbonio basati
sull’equilibrio di
processi che
immettono CO2
nell’atmosfera (come
la respirazione e la
combustione) ed altri
che lo sottraggono
(come la fotosintesi).
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§18.13
L’aumento dell’effetto serra
Causa dell’aumento del diossido di carbonio sono la
deforestazione e la combustione di combustibili fossili.
La concentrazione di diossido di carbonio è passata
dal 1860 a oggi da 285 a 380 parti per milione.
Anche la temperatura media della Terra, sia pure in
modo irregolare, è aumentata nello stesso periodo.
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§18.14
Climi e storia della Terra
Testimonianze storiche, archeologiche e geologiche
rivelano che il passato della Terra è ricco di ampie
variazioni climatiche.
Il dettaglio con cui è possibile ricostruire queste
variazioni si fa sempre più sfumato nel tempo, ma
non lascia adito a dubbi.
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§18.15
Testimonianze dei climi
del passato
Diverse sono le tracce lasciate dalle variazione
climatiche.
I sedimenti forniscono informazioni riguardo al
fluido che li ha trasportati.
Le configurazioni dell’erosione sono rivelatrici degli
agenti erosivi che le hanno provocate.
I fossili testimoniano gli adattamenti degli organismi
alle caratteristiche degli ambienti in cui vivevano.
Le abbondanze relative degli isotopi di certi elementi
indicano la temperatura dei mari del passato.
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§18.16
Mutamenti climatici globali
La paleoclimatologia rivela che nel passato si sono
succedute ere glaciali e periodi interglaciali.
Secondo il modello di Milankovic l’alternanza di ere
glaciali e periodi interglaciali dipende dai moti
millenari.
I moti millenari sono lenti movimenti dell’asse
terrestre che avvengono nell’arco di decine di
migliaia di anni e che provocano variazioni
periodiche dell’orbita terrestre.
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§18.17
Il riscaldamento globale
L’esame dei dati oggi disponibili sembra confermare
una tendenza abbastanza costante all’incremento
della temperatura media globale.
Questa tendenza appare correlata all’aumento dei
gas serra verificatosi negli ultimi secoli in
dipendenza delle attività antropiche.
Anello di
accrescimento
Bolla d’aria
Trivellazioni nelle calotte glaciali forniscono «carote»
di ghiaccio in cui sono rimaste intrappolate bolle
d’aria «fossile» che costituiscono una finestra sulla
composizione dell’atmosfera del passato.
La datazione si effettua con gli anelli annui di
accrescimento del ghiaccio.
T. Cavattoni, F. Fantini, S. Monesi, S. Piazzini - dall’Universo al Pianeta azzurro - © Italo Bovolenta editore
§18.18
Scenari di un pianeta
più caldo
Le possibili implicazioni conseguenti all’aumento
della temperatura del pianeta sono:
- scioglimento dei ghiacci polari con conseguente
innalzamento del livello dei mari e la sommersione
di molte aree costiere;
- maggior frequenza nel verificarsi di eventi climatici
estremi, in particolare quelli caratterizzati da caldo
e aridità.
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