Un modello di supercomputer della NASA mostra come i gas serra come l'anidride carbonica (CO2) - un fattore chiave del riscaldamento globale - fluttuano nell'atmosfera terrestre durante tutto l'anno. Le concentrazioni più elevate sono mostrate in rosso. Crediti: Scientific Visualization Studio della NASA / Global Modeling and Assimilation Office della NASA
La Terra ha un budget, un budget energetico. Il nostro pianeta cerca costantemente di bilanciare il flusso di energia dentro e fuori il sistema terrestre. Ma le attività umane stanno sbilanciando tutto questo, provocando il riscaldamento del nostro pianeta in risposta.
L'energia radiativa entra nel sistema terrestre dalla luce del sole che brilla sul nostro pianeta. Parte di questa energia si riflette dalla superficie o dall'atmosfera terrestre nello spazio. Il resto viene assorbito, riscalda il pianeta, e viene quindi emessa come energia termica radiativa nello stesso modo in cui l'asfalto nero si riscalda e irradia calore in una giornata di sole. Alla fine questa energia si dirige anche verso lo spazio, ma una parte viene riassorbita dalle nuvole e dai gas serra nell'atmosfera. L'energia assorbita può anche essere emessa verso la Terra, dove scalderà ancora di più la superficie.
L'aggiunta di più componenti che assorbono le radiazioni, come i gas serra, o la rimozione di quelli che le riflettono, come gli aerosol, annulla il bilancio energetico della Terra, e fa sì che più energia venga assorbita dalla Terra invece di fuggire nello spazio. Questo è chiamato forzante radiativo, ed è il modo dominante in cui le attività umane influenzano il clima.
I modelli climatici prevedono che le attività umane stiano causando il rilascio di gas serra e aerosol che influiscono sul bilancio energetico della Terra. Ora, uno studio della NASA ha confermato per la prima volta queste previsioni con osservazioni dirette:i forzanti radiativi stanno aumentando a causa delle azioni umane, che influiscono sul bilancio energetico del pianeta e, in ultima analisi, provocano il cambiamento climatico. Il documento è stato pubblicato online il 25 marzo 2021, nel diario Lettere di ricerca geofisica .
Un'animazione semplificata del bilancio energetico planetario della Terra:il bilancio energetico di un pianeta è bilanciato tra la radiazione in entrata (gialla) e quella in uscita (rosso). Sulla terra, i processi naturali e causati dall'uomo influenzano la quantità di energia ricevuta ed emessa nello spazio. Questo studio filtra le variazioni del bilancio energetico della Terra dovute a processi di feedback, rivelando i cambiamenti energetici causati dagli aerosol e dalle emissioni di gas serra. Credito:Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab della NASA
"Questo è il primo calcolo del forzante radiativo totale della Terra utilizzando osservazioni globali, tenendo conto degli effetti di aerosol e gas serra, "ha detto Ryan Kramer, primo autore dell'articolo e ricercatore presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e l'Università del Maryland, Contea di Baltimora. "È la prova diretta che le attività umane stanno causando cambiamenti nel bilancio energetico della Terra".
Il progetto Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) della NASA studia il flusso di radiazioni nella parte superiore dell'atmosfera terrestre. Una serie di strumenti CERES ha volato ininterrottamente sui satelliti dal 1997. Ciascuno misura quanta energia entra nel sistema terrestre e quanta ne lascia, dando la variazione netta complessiva della radiazione. Quei dati, in combinazione con altre fonti di dati come le misurazioni del calore oceanico, mostra che c'è uno squilibrio energetico sul nostro pianeta.
"Ma non ci dice quali fattori stanno causando cambiamenti nel bilancio energetico, " disse Kramer.
Questo studio ha utilizzato una nuova tecnica per analizzare quanta parte del cambiamento di energia totale è causata dagli esseri umani. I ricercatori hanno calcolato quanto dello squilibrio è stato causato dalle fluttuazioni di fattori che sono spesso presenti in natura, come il vapore acqueo, nuvole, temperatura e albedo superficiale (essenzialmente la luminosità o riflettività della superficie terrestre). Per esempio, lo strumento Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) sul satellite Aqua della NASA misura il vapore acqueo nell'atmosfera terrestre. Il vapore acqueo assorbe energia sotto forma di calore, quindi i cambiamenti nel vapore acqueo influenzeranno la quantità di energia che alla fine lascia il sistema terrestre. I ricercatori hanno calcolato il cambiamento di energia causato da ciascuno di questi fattori naturali, poi sottrarre i valori dal totale. La parte rimanente è il forzante radiativo.
Altri satelliti e strumenti, come CERES, monitorano l'energia in arrivo dal Sole e l'energia che viene emessa nello spazio. Credito:Scientific Visualization Studio della NASA
Il team ha scoperto che le attività umane hanno causato un aumento del forzante radiativo sulla Terra di circa 0,5 Watt per metro quadrato dal 2003 al 2018. L'aumento è dovuto principalmente alle emissioni di gas serra da cose come la produzione di energia, trasporti e produzione industriale. Anche la riduzione degli aerosol riflettenti contribuisce allo squilibrio.
La nuova tecnica è computazionalmente più veloce rispetto ai precedenti metodi basati su modelli, consentendo ai ricercatori di monitorare il forzante radiativo quasi in tempo reale. Il metodo potrebbe essere utilizzato per monitorare come le emissioni umane stanno influenzando il clima, monitorare l'efficacia dei vari sforzi di mitigazione, e valutare modelli per prevedere i futuri cambiamenti del clima.
"La creazione di una registrazione diretta del forzante radiativo calcolata dalle osservazioni ci consentirà di valutare quanto bene i modelli climatici possano simulare questi forzanti, " ha detto Gavin Schmidt, direttore del Goddard Institute of Space Studies (GISS) della NASA a New York City. "Questo ci consentirà di fare proiezioni più sicure su come cambierà il clima in futuro".
