Il Clima conteso da Caos e Determinismo: Un’interpretazione scientifica dei cambiamenti climatici

Perché il clima cambia? E’ una domanda abbastanza comune dei giorni nostri. Sono molte le spiegazioni che fornisce la comunità scientifica internazionale e si imputano le cause ad una variabilità naturale, accelerata da forzanti antropici meglio noti come Emissioni di Gas Serra. E’ così evidente l’influenza che ha l’Uomo sull’intero ecosistema che negli anni ottanta fu coniato il termine Antropocene dal biologo Eugene Stoermer per indicare l’epoca geologica attuale nella quale all’uomo e alla sua attività sono attribuite le cause principali delle modifiche territoriali, strutturali e climatiche. Ma il Clima della Terra, la quale ha circa 5 miliardi di anni, ha sempre oscillato tra fasi glaciali e interglaciali, per questo è fondamentale rendersi conto che il Clima cambia e lo fa seguendo sue leggi intrinseche. La variabilità si definisce intrinseca quando essa non ha nessuna dipendenza da forzanti esterni ma appartiene al sistema stesso.

Atmosfera, Oceano e Clima sono Sistemi Dinamici Nonlineari con una legge di evoluzione nota. Essendo sistemi di natura caotica e quindi estremamente dipendenti dalle condizioni iniziali, a piccole variazioni di alcuni parametri chiamati nella teoria dei sistemi dinamici parametri di controllo, possono corrispondere stati dinamici dello spazio delle fasi totalmente differenti. Questo cosa significa? In altri termini immaginiamo di conoscere le condizioni meteorologiche attuali e di voler effettuare previsioni per i giorni successivi. Sapendo che i dati meteorologici di partenza hanno un certo grado di accuratezza e sono sempre affetti da un errore, è possibile che ad esempio per un piccolo errore sulla pressione atmosferica, il modello meteorologico associa uno stato meteorologico molto differente da quello che sarebbe stato ottenuto a partire dal dato vero. Questo è sicuramente uno dei motivi per cui il forecasting al di là di un certo range temporale perde di affidabilità.

Sebbene Atmosfera, Oceano e Clima siano sistemi dinamici caotici e dunque “imprevedibili”, essi sono caratterizzati da leggi di evoluzione, le quali spiegano le transizioni tra equilibri multipli, introducendo un approccio deterministico allo studio della variabilità del Sistema Dinamico.

Secondo le pubblicazioni di Benzi, Sutera e Vulpiani (1981) e Benzi, Parisi, Sutera, Vulpiani (1983) il meccanismo di risonanza stocastica svolge un ruolo di particolare rilievo nella dinamica del clima. Il meccanismo può agire in un sistema nonlineare che possiede due punti fissi stabili (bistabile) ed è soggetto ad un forzante periodico oltre che ad una componente stocastica (rumore). Immaginiamo che il forzante periodico (di periodo T) sia troppo debole per permettere la transizione da uno stato stazionario all’altro, il rumore può tuttavia indurre sporadiche transizioni. Il salto tra uno stato e l’altro può sincronizzarsi col forzante periodico se T/2 è confrontabile col tempo medio di residenza TR in uno stato, che in generale cresce al diminuire dell’intensità α del rumore. Ad esempio studiando l’alternanza dei periodi glaciali ed interglaciali durante il Pleistocene, si evidenzia in Benzi et al. (1983) un picco significativo intorno ai 100 mila anni, il quale viene facilmente associato ai cicli di Milankovitch, e più precisamente alla variazione dell’eccentricità dell’eclittica. Tuttavia questo forzante è considerato troppo debole per produrre sul sistema climatico una risposta immediata. Per far oscillare il sistema da un periodo glaciale ad uno interglaciale, ad esso si deve sommare un rumore, il quale farebbe “esplodere” la variabilità intrinseca che entrerebbe in fase con il forzante periodico a cui è sottoposta.

Dobbiamo considerare il sistema climatico come suscettibile alla variabilità di molti parametri di controllo. Immaginiamo il clima come una mela attaccata ad un ramo. Forza di gravità, pioggia e vento tendono a renderla instabile ma non riescono a farla cadere, poi una forte raffica di vento imprevista la fa staccare e cadere dalla pianta. Gravità, vento e pioggia da soli non riuscirebbero a far cadere la mela ma con l’ausilio della raffica (forzante stocastico) riescono a farla precipitare secondo le leggi di Newton. Ovviamente il sistema climatico è molto più complesso, ma quest’esempio rende comunque l’idea di come il sistema possa passare da uno stato dinamico ad un altro.

La teoria dei sistemi dinamici nonlineari, con i suoi metodi matematici e le sue implicazioni concettuali, ha da sempre permeato la ricerca nel campo della dinamica del clima. Un problema di grande rilevanza riguarda la capacità di distinguere, nei recenti cambiamenti climatici, tra cause antropogeniche e manifestazioni della naturale variabilità climatica. È opinione diffusa che la variabilità di origine antropica sia distinta da quella naturale, ma in realtà sulla base di modelli caotici Palmer nel 1993 e nel 1999 suggerisce nelle sue pubblicazioni che la risposta antropogenica si proietta essenzialmente sulle modalità naturali della variabilità climatica.

In collaborazione con www.meteoavellino.com