“La fisica del cambiamento climatico” di Lawrence M. Krauss

Prefazione – con umiltà, dote essenziale per chiunque voglia fare buona scienza, l’autore ci tiene immediatamente a precisare di non essere un climatologo, perché nemmeno coloro ai quali ci si rivolge lo sono. Sono persone che devono districarsi tra affermazioni contrastanti dei politici e dei media, schivare le bordate fatte dal commentatore tipico dei social o del negazionista di turno. Occorre innanzi tutto saper spiegare bene per comprendere e per avere gli strumenti per generare o per partecipare ad un degno e sincero dibattito.
Se non è possibile spiegare le basi scientifiche e le predizioni associate al cambiamento climatico in modo semplice e accessibile, come possiamo pensare di ottenere un dibattito pubblico e un processo decisionale ragionevole sull’argomento?
L’obiettivo del testo è innanzi tutto dare ai lettori una prospettiva informata sull’argomento.
Se da un lato possono intimorire i dettagli dei modelli climatici su larga scala in grado di fornire previsioni accurate, la fisica del riscaldamento globale è semplice e si basa su principi scientifici elementari. E, per i più interessati, un gran numero di dati è accessibile su Internet liberamente.
Occorre fare uno sforzo affinché la scienza del cambiamento climatico diventi fondamento di ogni discussione e scelta politica. Non serve fare appello alle emozioni ed è del tutto sbagliato usare la strategia del terrore, tanto quanto è fuori luogo e deleterio adottare l’immobilismo negando le evidenze e la scienza.
Cercare di ottenere le corrette visione e comprensione per capire se quanto verrà proposto in termini di strategie specifiche sarà condivisibile, o per rifiutare i rischi dell’inazione.

1. Un fiume come nessun altro – Per spiegare quanto il cambiamento climatico sia un fenomeno globale, che potrebbe manifestarsi in migliaia di modi diversi in migliaia di luoghi diversi, l’autore parte dal delta del Mekong, e ne racconta il fragile equilibrio che coinvolge tutte le “sfere” planetarie: idrosfera, atmosfera, biosfera, litosfera e ovviamente, l’antroposfera. Il cambiamento climatico, con l’innalzamento del livello del mare tra i suoi effetti, potrebbe portare alla salinizzazione delle acque del delta, con conseguenze devastanti, molto al di là dell’impatto diretto sui circa 60 milioni di abitanti che da esso dipendono: potrebbe portare alla perdita di ciò che è chiamato “la scodella di riso più grande del mondo”.

2. Storia e numeri: mezzo vuoto o mezzo pieno? – A partire dai lavori di Charles D. Keeling, attraverso l’analisi o addirittura la semplice osservazione della omonima curva, comparata con i dati storici sul tenore atmosferico di biossido di carbonio, fino a quasi un milione di anni fa, l’autore ci racconta innanzi tutto come quei dati siano stati ottenuti e ci pone di fronte all’evidenza che, se a metà degli anni Cinquanta certe correlazioni potevano essere soltanto indicative, oggi sono decisamente significative. E soltanto questo basta a rendersi conto che l’umanità ha avuto e sta avendo soltanto di recente un impatto unico e senza precedenti sul clima del pianeta.

3. Cicli e cicli. Quanto biossido di carbonio, e altri gas serra minori, sono naturalmente presenti sul nostro pianeta? O meglio, quanto carbonio, di cui ci nutriamo, siamo fatti, condividiamo e scambiamo con l’ambiente? Come funzionano il ciclo geologico e quello biologico del carbonio? A questa ed altre domande risponde questo capitolo, mettendo alla fine in evidenza quanto l’aver attinto per oltre un secolo ai combustibili fossili abbia sensibilmente alterato l’equilibrio degli scambi tra atmosfera, suolo e oceani, di questo elemento chimico, sotto forma di biossido di carbonio e metano soprattutto.

4. La coperta della Terra – Uno straordinario viaggio alla scoperta della nostra atmosfera, un sottilissimo velo spesso una cinquantina di chilometri, con meno dei primi 10 all’interno di cui avviene tutto ciò che riguardi l’esistenza stessa della vita sulla Terra. Il capitolo mette innanzi tutto in evidenza il ruolo dell’atmosfera come strato protettivo che consente al pianeta di avere le caratteristiche tali da renderlo abitabile. Entra nel dettaglio del cosiddetto effetto serra spiegandone i motivi del perché la terminologia sia stata una scelta piuttosto infelice, ed analizza, con eleganza e semplicità la termodinamica atmosferica.

5. La nascita del cambiamento climatico. Dunque l’atmosfera permette l’ingresso del calore ma ne controlla l’uscita. Perché? Il capitolo è interamente dedicato all’interessantissima storia della ricerca scientifica dedicata alla misurazione ed alla realizzazione di modelli che mettano in relazione la composizione dei gas dell’atmosfera sulle sue capacità e potenzialità radianti. A partire da Tyndall e dai suoi lavori dedicati allo studio dell’assorbimento del calore da parte dei gas atmosferici e del vapore acqueo ponendo le basi sperimentali dell’effetto serra. E ancora Arrhenius, grazie anche al lavoro del dimenticato Högbom, che si dedicò ad approfondire come eventuali variazioni periodiche dell’atmosfera potessero modificare l’effetto serra: e il quadro generale dei sui risultati è ancora oggi valido, essendo stato il primo a realizzare un modello di derivazione empirica che permette di capire quanto il clima sia sensibile alle variazioni nell’abbondanza di molecole la cui concentrazione sia minore di una parte su mille.

6. Forzare la mano. Appurato che i livelli di biossido di carbonio aumentano annualmente e che questo è un gas serra che, insieme al vapore acqueo, gioca un ruolo quantitativamente importante nel valore della temperatura superficiale generando un ulteriore riscaldamento superficiale sorgono spontanee le domande: di quanto, in quanto tempo e con quali impatti? Il capitolo si dedica quindi alla storia delle ricerche scientifiche che hanno portato alla definizione del cosiddetto “forzante radiativo”, misurabile e misurata ad oggi con precisione e corrispondente all’aumento di radiazione che l’atmosfera riversa sulla Terra a causa dell’aumento della concentrazione di biossido di carbonio ed altri gas serra. Interessante la disamina del primo grande lavoro di obiezione ai risultati di Arrhenius, quello di Knut Ångström e del suo assistente John Koch, già nel 1900, risultato sbagliato nelle conclusioni sperimentali ma soprattutto nei presupposti teorici. L’atmosfera si comporta proprio come una coperta termica: la superficie esterna è più fredda della superfice interna ed emette meno radiazione verso lo spazio proprio grazie al materiale isolante di cui è fatta, mentre l’interno lo riemette verso il basso (in realtà una coperta intrappola l’aria mentre in atmosfera è libera di circolare e di irradiare). Il capitolo ci guida a capire come aumentando il biossido di carbonio si sposta sempre più in alto il punto in cui l’atmosfera diventa trasparente all’infrarosso verso lo spazio, aumentandone il riscaldamento.

7. Che ci crediate o no. Dal particolare al quadro generale, mai perderlo di vista persi nei rivoli di nuovi livelli di complessità. Il forzante radiativo, il principale motore del cambiamento climatico, è incontestabile. Il messaggio principale è che la fisica di base, inclusa anche nei modelli più elementari, fornisce risposte consistenti con i dati elementari: funziona; e questi principi sono gli stessi che spiegano perché la Terra ha una temperatura superficiale media di 15 °C e non di -18 °C, quella che avrebbe se non ci fosse l’atmosfera. Già Arrhenius, con i dati grezzi e i mezzi del tempo a disposizione, aveva individuato una legge di proporzionalità tra aumento del tenore di biossido di carbonio e aumento della temperatura; cento anni dopo, con le debite correzioni al ribasso rispetto al fisico svedese, la legge è simile, perché le basi fisiche della radiazione termica non sono significativamente cambiate. Questo capitolo, insieme ai due precedenti, richiede uno sforzo maggiore perché ricchi di fisica, anche se in un certo qual modo, di livello liceale. Ma presentare in dettaglio il quadro teorico e spiegarlo serve innanzi tutto agli osservatori interessati: l’intera umanità, e sono la base per qualsiasi ulteriore discussione. Le incertezze sui modelli diminuiscono anno dopo anno e le predizioni grezze di Arrhenius sono diventate concrete realtà con le quali confrontarsi. Le stime di variazione della temperatura indotta dai gas serra sono sperimentalmente solide, e i dati confermano i modelli o, se volete, le predizioni dei modelli sono confermate dai dati.

8. A qualcuno piace caldo – “E’ difficile fare previsioni, soprattutto sul futuro”. Che l’abbia detto o meno Niels Bohr è poco importante, il messaggio chiave è che potrebbe esserci una differenza abissale tra il futuro che potrebbe essere e quello che sarà. Ma ci sono argomenti scientifici certi che in un certo qual modo condizioneranno il futuro e numeri che dimostrano in maniera convincente che le emissioni di origine antropica non sono insignificanti su scala geologica globale. Il capitolo si concentra nel dare risposte, sempre con ricchezza di illustrazioni e grafici, alla domanda: se smettessimo di emettere gas serra domani che accadrà? La temperatura tornerà a livelli preindustriali? In quanto tempo? A quali condizioni? L’autore si concentra quindi sugli scenari evolutivi a seconda del momento e del tenore di gas serra raggiunti, concentrandosi anche sulle implicazioni e sulle correlazioni tra eventi e luoghi diversi della Terra, a cominciare dall’inevitabile aumento del livello medio dei mari, dai cambiamenti in termini di precipitazioni e tassi di riscaldamento in aree diverse del pianeta.

9. Che sarà, sarà? Uno degli scopi della scienza è predire il futuro. Con gli opportuni modelli e gli apparati sperimentali ben controllati le implicazioni delle teorie fondamentali sono deducibili dai risultati. Ma per la complessità della vita sulla Terra costruire un modello è molto più difficile che per l’Universo a grandi scale. E in questo capitolo l’autore si concentra sull’inquietante aspetto di come potrebbe essere il futuro del pianeta a causa del cambiamento climatico. In questo capitolo, appurato che abbiamo modelli e dati che lo confermano, l’autore si concentra su uno degli effetti principali dovuti all’aumento del tenore di gas serra, del conseguente diretto aumento delle temperature e delle modifiche delle dinamiche climatiche: l’aumento del livello medio del mare. Iniziando con tutto quanto la scienza ha a disposizione per misurare, confrontare e verificare si inizia da un fenomeno che tuttora rappresenta una fonte di incertezza che va via via diminuendo: la fusione dei ghiacci delle calotte polari e della Groenlandia, iniziando da quest’ultima che, inequivocabilmente va perdendo ghiaccio a tassi in accelerazione. I grafici presentati alla fine, correlabili in maniera impressionante, non mentono: esiste una correlazione diretta tra aumento del tenore di ossido di carbonio, temperatura e livello medio dei mari. E anche se di fronte ad un aumento medio misurato di una decina di centimetri all’inizio di questo secolo molti considerino prematuro, o addirittura fantascienza occuparsi di ciò che certamente, come minimo, sarà tra 80 o 100 anni, un aumento di 0,5 o di 1 metro per la fine del secolo è già sufficiente a dipingere scenari tali da coinvolgere l’intera umanità.

10. Il cambiamento climatico oggi. Indubbiamente meteo e clima sono due cose completamente diverse e purtroppo spesso interpretati, altrettanto spesso in malafede, in maniera errata. La distinzione è rilevante per interpretare la quotidianità. Una giornata di freddo anomalo in primavera non significa che il riscaldamento globale non esista, ma nemmeno una settimana di caldo torrido è necessariamente collegata ad esso. Ma un qualche tipo di evento meteorologico può essere considerato una prova statisticamente significativa di cambiamento climatico? Ebbene sì. In questo capitolo l’autore ci racconta come algoritmi altamente sofisticati, intelligenza artificiale e milioni di dati di temperatura e umidità siano tornati utili per applicarvi le cosiddette leggi dei grandi numeri che tendono a cancellare le grandi fluttuazioni casuali giornaliere, che tolgono il cosiddetto rumore dal segnale. Applicando tutto ciò anche i valori tipicamente meteorologici, se mediati su un numero enorme di luoghi e tempi, possono indicare il cambiamento in atto: le anomalie mostrano che le anomalie giornaliere di temperatura globale nei periodi 1951-1980 erano “più fredde” che non quelle del periodo 2009-2018, se confrontate col periodo intermedio 1979-2005.
E queste analisi hanno portato ad un’altra certezza. Dalle analisi statistiche delle regioni equatoriali e subtropicali, che presentano mediamente meno anomalie di altre parti della Terra, i cambiamenti anomali sono molto più intensi. Quelle regioni saranno le prime a soffrire del cambiamento in atto e paradossalmente sono occupate dai paesi che meno hanno contribuito alle emissioni di gas serra.
Entro il secolo farà mediamente più caldo ovunque ma ai tropici la temperatura estiva media sarà più alta per quasi il 100% del tempo rispetto all’estate più calda mai registrata.

11. Lo scenario peggiore. Siamo prossimi alla fine del libro. L’utilità della scienza e la sua comprensione, se ben divulgata, è quello di mettere in grado chiunque di porre domande sul mondo, di valutarne affermazioni, di prendere decisioni. Anche quando le variazioni e le predizioni comportino non linearità, quando si tratti dei famosi sistemi complessi. E la climatologia ha spesso a che fare con i sistemi non lineari, con alcuni aspetti di imprevedibilità legati alle incertezze: ma la scienza virtuosa sa riconoscere le incertezze e le predizioni fondamentali della climatologia sono basate su principi fisici ben consolidati.
Ciò che maggiormente preoccupa sono le conseguenze tra molti fattori “noti ignoti”, con conseguenze impredicibili dovute a molti fattori che si influenzano tra loro con effetti noti come “punti di non ritorno”, situazioni tali da essere già consolidate e che potrebbero essere rinviate al prossimo millennio soltanto agendo adesso, e non è certo un’azione decisa quel che si osserva.

12. Ritorno al Mekong. I numeri non mentono. Gli studi più recenti ed affermati riportano che l’elevazione media del delta del Mekong è pari a 0,8 metri. L’aumento medio del livello del mare sarà, entro il 2100, di 0,5 metri. Senza considerare la subsidenza attualmente pari a 1 cm l’anno, e la rimozione di sedimento dal fondo del fiume che ne abbassa il fondo. Entro il secolo il 75 percento della superficie totale del delta finirà sottacqua. La più ricca regione di produzione di riso al mondo potrebbe essere sommersa da acque salmastre entro il secolo, insieme alle acque con più pesci d’acqua dolce al mondo.
Attualmente, oltre al delta del Mekong, sono moltissime le regioni del pianeta a rischio. Si stima che oltre un miliardo di persone vivano attualmente in regioni che si trovano a meno di 10 metri sopra l’attuale livello di marea, di cui, 230 milioni, a meno di un metro. E questi numeri si riferiscono ad un futuro a cui siamo, più o meno, destinati.
Il Vietnam non è solo. L’elenco comprende regioni da paesi in tutto il mondo, compresi Olanda e Germania settentrionale, non solo le remote Papua Nuova Guinea o il Mozambico. Città come Londra, New York, Tokio, Miami, Boston o Shangai, entro il 2100, saranno parzialmente sommerse per un certo periodo dell’anno. E ognuna di quelle regioni avrà impatti globali, perché il cambiamento climatico è un fenomeno globale.

Epilogo. La fortuna aiuta le menti preparate. Le parole di Louis Pasteur sono un invito a considerare quanto, se ben usate, le doti umane di razionalità hanno consentito, fin dagli albori, a rendere la nostra specie unica tra tutte le specie viventi, grazie alla capacità di pianificare il futuro, pur sapendo che la natura è indifferente al fatto che sopravviviamo come specie e anche al fatto che il pianeta continui ad esistere. Siamo in grado di pianificare strategie per il futuro, abbiamo strumenti scientifici che ci permettono di predire l’esito delle nostre azioni, compreso gli effetti di ciò che è fuori controllo; e possiamo sviluppare tecnologia che cambi sia il presente che il futuro con un controllo sull’ambiente senza precedenti. Ancora una volta crisi come opportunità e la pandemia recente lo ha dimostrato.

Il futuro a breve termine che ci attende può essere visto con una razionale via di mezzo tra l’ottimismo più roseo e il catastrofismo della peggior specie e capire la scienza del cambiamento climatico e i suoi possibili effetti è il primo passo per formare un’umanità informata e decisori politici informati. Gli scienziati, non eletti dal popolo, non dovrebbero decidere le scelte pubbliche, ma sono obbligati a utilizzare i risultati del loro lavoro per favorire scelte politiche informate, e dove possibile, per creare le tecnologie necessarie a metterle in pratica.