Didattica della fisica Luca Fiorani Didattica della fisica I cambiamenti climatici

Atmosfera Strato sottile ma indispensabile alla vita Costituita dall’aria, miscela di gas (N2, O2 e gas traccia), particelle e aerosol (H2O)

Pressione atmosferica Diminuisce con l’altitudine in maniera continua

Temperatura atmosferica Varia con l’altitudine individuando quattro strati

Tempo meteorologico e clima Tempo meteorologico Stato dell’atmosfera in un dato luogo e in un dato momento Clima Combinazione delle condizioni meteorologiche prevalenti per lunghi periodi (30 anni)

Esempi di clima Precipitazioni (barre) e temperatura (rombi) in un clima tropicale desertico (Tindouf, Algeria) e in un clima tropicale della foresta pluviale (Iquitos, Perù)

Esempi di clima

Dinamica del clima La dinamica del clima è provocata dall’energia solare, assorbita in modo diverso da un punto all’altro della Terra

Circolazione atmosferica La circolazione atmosferica generale concorre all’equilibrio energetico

Circolazione oceanica La circolazione termoalina concorre all’equilibrio energetico

Nuova definizione di clima Clima Stato di equilibrio tra il flusso di energia in entrata e in uscita

Dati climatici Numerosi dati climatici sono raccolti da strumenti a terra o su palloni, aerei e satelliti

Dati climatici Grazie ai dati climatici è possibile osservare la storia del clima

Dati paleoclimatici Analizzando l’aria intrappolata nei ghiacci o osservando gli anelli di accrescimento degli alberi è possibile ricostruire i dati climatici quando non esistevano strumenti

Dati paleoclimatici Grazie ai dati paleoclimatici è possibile ricostruire l’evoluzione del clima

Evoluzione del clima 500 milioni di anni fa (cambriano), il clima era caldo e privo di ghiacci 300 milioni di anni fa (permiano), la parte meridionale di Pangea era ricoperta da ghiacci 150 milioni di anni fa (giurassico), il clima era caldo e le calotte polari assenti (foreste) 25 milioni di anni fa (paleogene), la temperatura è calata repentinamente (praterie) Durante l’ultimo milione di anni (quaternario) si sono susseguiti quattro periodi glaciali

Storia del clima 8000 aC, termina l’ultimo breve episodio glaciale 5500 – 2600 aC, il clima è caldo 2600 – 1400 aC, il clima è arido 1400 – 300 aC, il clima è fresco e umido 300 aC – 800, l’aridità spinge i nomadi dall’Asia all’Europa 800 – 1200, periodo caldo 1200 – 1400, instabilità climatica tendente al freddo 1400 – 1850, “piccola era glaciale” 1850 – oggi, la temperatura aumenta

Cambiamenti recenti del clima Riduzione della calotta polare artica 1979 2003

Errori di misura Le misure sperimentali sono affette da errori sistematici e statistici Esempio: misura della clorofilla-a con lidar fluorosensore e radiometro satellitare Il comò della bisnonna…

Correlazioni La temperatura della troposfera diminuisce La temperatura della stratosfera aumenta Esiste una correlazione tra eruzioni vulcaniche e temperatura

Correlazioni Esiste una correlazione tra temperatura oceanica e potere distruttivo degli uragani

Correlazioni Esiste una correlazione tra gas serra e temperatura troposferica

Casualità o causalità? La correlazione tra fenomeni, da sola, non dimostra l’esistenza di un nesso causale tra loro Se i nessi esistono, la situazione è seria Come capire se i nessi esistono?

Rottura dell’equilibrio Se un sistema dinamico è allontanato di poco dal punto di equilibrio, tenderà a tornarci Se un sistema dinamico è allontanato di molto dal punto di equilibrio, tenderà ad abbandonarlo con conseguenze imprevedibili (soprattutto se è complesso e non lineare)

Affrontare la complessità… L’evoluzione del clima è il risultato della complessa relazione tra atmosfera, idrosfera, geosfera, biosfera e Sole Dalla rivoluzione industriale si è aggiunta l’influenza dell’uomo!

… con i modelli climatici Scomposizione del “Sistema Terra” in sottosistemi e processi Ricostruzione della complessità del reale attraverso sistemi di equazioni risolte numericamente con potenti computer

Cause antropiche di evoluzione? L’uomo sta cambiando il clima? Ovvero: 1 – Il clima sta cambiando? 2 – L’uomo contribuisce a tale cambiamento? L’IPCC (fondato nel 1988 da UNEP e WMO, Nobel per la pace nel 2007) ha pubblicato cinque rapporti (1990, 1995, 2001, 2007 e 2013) per rispondere a queste domande

Il clima sta cambiando! Dal 1880 al 2012 la temperatura del pianeta è aumentata di 0.85 ± 0.2 °C Dal 1901 al 2010 il livello del mare si è innalzato di 0.19 ± 0.02 m Dalla fine degli anni ’60, la copertura nevosa terrestre si è ridotta Dagli anni ’70, si hanno indizi di cambiamenti nella circolazione atmosferica e oceanica Negli ultimi decenni, sono aumentati precipitazioni ed eventi climatici estremi

Centrali, industrie, auto Allevamenti, discariche I gas serra aumentano! Gas Formula/Sigla Concentrazione: preindustriale 2011 Sorgente Anidride carbonica CO2 280 ppm 391 ppm Centrali, industrie, auto Metano CH4 0.700 ppm 1.803 ppm Allevamenti, discariche Protossido di azoto N2O 0.270 ppm 0.324 ppm Centrali, concimi, auto Idrofluorocarburi HFC ~ 0 decine di ppt Refrigerazione Perifluorocarburi PFC Esafluoruro di zolfo SF6 Processi industriali

Effetto serra Radiazione solare (visibile) Radiazione dal suolo (infrarossa) Serra Suolo La radiazione solare (visibile) attraversa la serra e riscalda il suolo La radiazione riemessa da suolo (infrarossa) è assorbita dalla serra che si riscalda L’atmosfera funziona come una serra tanto più fortemente quanti più gas serra contiene

C’è un nesso causale? La maggior parte degli scienziati pensa di sì, sulla base di modelli matematici che ci permettono di affrontare la complessità

Conclusioni scientifiche Alcuni equilibri del pianeta sono molto delicati La temperatura è in aumento L’uomo ha incrementato i gas serra Molto probabilmente c’è un nesso tra incremento di gas serra e aumento della temperatura

Dalla scienza alla etica Il problema si sposta dal piano scientifico a quello etico: considerata l’elevata probabilità che l’uomo stia cambiando il clima, è il caso che sia adottato un modello di sviluppo diverso da quello attuale?

Principio di precauzione United Nations Framework Convention on Climate Change, Rio de Janeiro 1992 “In tutte le attività dell’uomo connesse con la natura e le generazioni future, è necessario usare le dovute precauzioni affinché non siano procurati danni, soprattutto se a lungo termine o irreversibili”

Principio di responsabilità United Nations Framework Convention on Climate Change, Rio de Janeiro 1992 “Tutti i Paesi sono responsabili, tuttavia tale responsabilità è differente sia per motivi storici, sia in relazione alle condizioni di sviluppo e alla capacità di perturbare l’ambiente”

Principio di equità Principio base di tutti i trattati delle Nazioni Unite “Tutti i paesi partecipano alle decisioni, cooperano per attuarle e devono raggiungere un consenso su loro priorità e attuazione per la salvaguardia delle generazioni presenti e future”

Altri principi di etica ambientale Di uguaglianza – Equo accesso alle risorse a tutte le persone, presenti e future Di responsabilità – Le conseguenze della decisione di un soggetto ricadono su altri soggetti Relazionale – La persona è in relazione con le altre persone e con la natura: la scarsità di risorse può causare conflitti

Altri principi di etica ambientale Della cura – Disporsi nei confronti dell’ambiente con un atteggiamento di cura, cioè di relazione con la natura che suppone attenzione, coinvolgimento e premura Di solidarietà – Promuovere la cooperazione su progetti comuni per l’ambiente (solidarietà con le persone presenti e future)

Capire il dibattito sul clima Scienza e media hanno linguaggi diversi L’uomo della strada ha bisogno degli strumenti di base per capire il linguaggio scientifico Come? Istruzione scolastica e divulgazione scientifica

Il metodo scientifico Formale e quantitativo Fornisce l’errore di misura Il processo di pubblicazione si basa sulla peer review I media possono essere influenzati da interessi economici

Esempio di disinformazione Alcuni giorni del gennaio 2010 in Italia sono stati particolarmente freddi Certi giornali hanno confuso un episodio limitato nel tempo e nello spazio con il cambiamento climatico

Esempio di disinformazione Nel frattempo a Vancouver, sede delle olimpiadi invernali, si trasportava la neve con i camion Il 2010 è stato l’anno più caldo mai registrato

Difendersi e orientarsi Come riconoscere un risultato scientifico da un’opinione personale? Come smascherare un falso esperto? Il libro aiuta a districarsi nella giungla mediatica…

Basterebbe il buon senso…

È ora di terminare…