È sempre più evidente che le prolungate condizioni di siccità, caldo da record, incendi prolungati, e frequente, le tempeste più estreme sperimentate negli ultimi anni sono il risultato diretto dell'aumento delle temperature globali causato dall'aggiunta di anidride carbonica all'atmosfera da parte dell'uomo. E un nuovo studio del MIT sugli eventi climatici estremi nella storia antica della Terra suggerisce che il pianeta di oggi potrebbe diventare più volatile mentre continua a riscaldarsi.

Lo studio, che appare oggi in Progressi scientifici , esamina il record paleoclima degli ultimi 66 milioni di anni, durante il Cenozoico, iniziata poco dopo l'estinzione dei dinosauri. Gli scienziati hanno scoperto che durante questo periodo, le fluttuazioni del clima terrestre hanno sperimentato una sorprendente "pregiudizio di riscaldamento". In altre parole, ci sono stati molti più eventi di riscaldamento:periodi di riscaldamento globale prolungato, che durano da migliaia a decine di migliaia di anni, rispetto agli eventi di raffreddamento. Cosa c'è di più, gli eventi di riscaldamento tendevano ad essere più estremi, con maggiori sbalzi di temperatura, rispetto agli eventi di raffreddamento.

I ricercatori affermano che una possibile spiegazione per questo bias di riscaldamento potrebbe risiedere in un "effetto moltiplicatore, "per cui un modesto grado di riscaldamento, ad esempio da vulcani che rilasciano anidride carbonica nell'atmosfera, accelera naturalmente alcuni processi biologici e chimici che aumentano queste fluttuazioni, primo, in media, a ancora più riscaldamento.

interessante, il team ha osservato che questa tendenza al riscaldamento è scomparsa circa 5 milioni di anni fa, nel periodo in cui le calotte glaciali iniziarono a formarsi nell'emisfero settentrionale. Non è chiaro quale effetto abbia avuto il ghiaccio sulla risposta della Terra ai cambiamenti climatici. Ma mentre il ghiaccio artico di oggi si ritira, il nuovo studio suggerisce che un effetto moltiplicatore potrebbe riattivarsi, e il risultato potrebbe essere un'ulteriore amplificazione del riscaldamento globale indotto dall'uomo.

"Le calotte glaciali dell'emisfero settentrionale si stanno riducendo, e potrebbe potenzialmente scomparire come conseguenza a lungo termine delle azioni umane", afferma l'autore principale dello studio Constantin Arnscheidt, uno studente laureato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze dell'atmosfera e planetarie. "La nostra ricerca suggerisce che questo potrebbe rendere il clima della Terra fondamentalmente più suscettibile a condizioni estreme, eventi di riscaldamento globale a lungo termine come quelli osservati nel passato geologico".

Il coautore dello studio di Arnscheidt è Daniel Rothman, professore di geofisica al MIT, e co-fondatore e co-direttore del Lorenz Center del MIT.

Una spinta volatile.

Per la loro analisi, il team ha consultato grandi database di sedimenti contenenti foraminiferi bentonici di acque profonde, organismi unicellulari che esistono da centinaia di milioni di anni e i cui gusci duri sono conservati nei sedimenti. La composizione di questi gusci è influenzata dalle temperature oceaniche man mano che gli organismi crescono; i gusci sono quindi considerati un proxy affidabile per le antiche temperature della Terra.

Per decenni, gli scienziati hanno analizzato la composizione di questi gusci, raccolti da tutto il mondo e datati a varie epoche, per monitorare come la temperatura della Terra ha oscillato nel corso di milioni di anni.

"Quando si utilizzano questi dati per studiare eventi climatici estremi, la maggior parte degli studi si è concentrata su singoli grandi picchi di temperatura, tipicamente di pochi gradi Celsius di riscaldamento, " dice Arnscheidt. "Invece, abbiamo cercato di guardare le statistiche complessive e considerare tutte le fluttuazioni coinvolte, piuttosto che scegliere quelli grandi".

Il team ha prima effettuato un'analisi statistica dei dati e ha osservato che, negli ultimi 66 milioni di anni, la distribuzione delle fluttuazioni della temperatura globale non assomigliava a una curva a campana standard, con code simmetriche che rappresentano un'uguale probabilità di fluttuazioni di caldo estremo ed estremo freddo. Anziché, la curva era notevolmente sbilenca, inclinato verso eventi più caldi che freddi. La curva mostrava anche una coda notevolmente più lunga, che rappresentano eventi caldi che erano più estremi, o di temperatura più alta, rispetto agli eventi di freddo più estremi.

"Questo indica che c'è una sorta di amplificazione rispetto a ciò che altrimenti ti saresti aspettato, " dice Arnscheidt. "Tutto punta a qualcosa di fondamentale che sta causando questa spinta, o pregiudizi verso eventi di riscaldamento".

"È giusto dire che il sistema Terra diventa più volatile, in senso caloroso, " aggiunge Rothman.

Un moltiplicatore di riscaldamento

Il team si è chiesto se questo bias di riscaldamento potrebbe essere stato il risultato di un "rumore moltiplicativo" nel ciclo clima-carbonio. Gli scienziati hanno capito da tempo che temperature più elevate, fino a un certo punto, tendono ad accelerare i processi biologici e chimici. Perché il ciclo del carbonio, che è un fattore chiave delle fluttuazioni climatiche a lungo termine, è esso stesso composto da tali processi, l'aumento della temperatura può portare a maggiori fluttuazioni, spingendo il sistema verso eventi di riscaldamento estremo.

In matematica, esiste un insieme di equazioni che descrive tale amplificazione generale, o effetti moltiplicativi. I ricercatori hanno applicato questa teoria moltiplicativa alla loro analisi per vedere se le equazioni potevano prevedere la distribuzione asimmetrica, compreso il grado della sua inclinazione e la lunghezza delle sue code.

Alla fine, hanno scoperto che i dati, e la tendenza osservata verso il riscaldamento, potrebbe essere spiegato dalla teoria moltiplicativa. In altre parole, è molto probabile che, negli ultimi 66 milioni di anni, periodi di modesto riscaldamento sono stati in media ulteriormente rafforzati da effetti moltiplicatori, come la risposta di processi biologici e chimici che hanno ulteriormente riscaldato il pianeta.

Nell'ambito dello studio, i ricercatori hanno anche esaminato la correlazione tra gli eventi di riscaldamento passati e i cambiamenti nell'orbita terrestre. Nel corso di centinaia di migliaia di anni, L'orbita della Terra intorno al sole diventa regolarmente più o meno ellittica. Ma gli scienziati si sono chiesti perché molti eventi di riscaldamento passati sembravano coincidere con questi cambiamenti, e perché questi eventi sono caratterizzati da un riscaldamento fuori misura rispetto a ciò che il cambiamento nell'orbita terrestre avrebbe potuto produrre da solo.

Così, Arnscheidt e Rothman hanno incorporato i cambiamenti orbitali della Terra nel modello moltiplicativo e la loro analisi dei cambiamenti di temperatura della Terra, e ha scoperto che gli effetti moltiplicatori potrebbero prevedibilmente amplificare, in media, la modesta temperatura aumenta a causa dei cambiamenti nell'orbita terrestre.

"Il clima si riscalda e si raffredda in sincronia con i cambiamenti orbitali, ma gli stessi cicli orbitali predicerebbero solo modesti cambiamenti nel clima, " dice Rothman. "Ma se consideriamo un modello moltiplicativo, poi un modesto riscaldamento, abbinato a questo effetto moltiplicatore, può provocare eventi estremi che tendono a verificarsi contemporaneamente a questi cambiamenti orbitali".

"Gli esseri umani stanno forzando il sistema in un modo nuovo, " Arnscheidt aggiunge. "E questo studio sta dimostrando che, quando aumentiamo la temperatura, probabilmente interagiremo con questi naturali, effetti di amplificazione".