Il futuro climatico della Terra è incerto, ma il mondo deve prepararsi al cambiamento.

Entrare nelle simulazioni climatiche, che ricreano le interazioni fisiche tra terra, mare e cielo usando leggi ed equazioni fisiche ben note. Questi modelli possono guardare nel passato e ricostruire antiche ere glaciali o mondi in fiore con l’aiuto di dati ricavati da rocce e carote di ghiaccio.

Ma gli scienziati del clima utilizzano anche queste simulazioni per immaginare una gamma di diversi futuri possibili, in particolare in risposta alle emissioni di gas serra che alterano il clima. Questi scenari del tipo ChooseYour Own Adventure mirano a prevedere cosa succederà come risultato di diversi livelli di emissioni nei prossimi decenni. Questo significa mettere limiti superiori e inferiori alle risposte a domande come: Quanto farà caldo? Quanto si alzeranno i mari?

La buona notizia è che le simulazioni climatiche stanno migliorando nel ricreare anche gli aspetti più sottili del cambiamento climatico, come la complicata fisica delle nuvole, l’impatto degli aerosol e la capacità dell’oceano di assorbire calore dall’atmosfera.

Ma ci sono anche cattive notizie: Più informazioni non sempre significano più chiarezza. E questo sta ora alimentando l’incertezza su quanto male il “worst-case scenario” potrebbe essere per il clima della Terra.

Cinque anni fa, i probabili scenari climatici peggiori erano abbastanza preoccupanti. In un cosiddetto scenario “business-as-usual”, in cui l’umanità non intraprende alcuna azione per ridurre le emissioni di gas serra, entro il 2100 si prevedeva che il pianeta si riscaldasse tra i 2,6 e i 4,8 gradi Celsius rispetto alla temperatura media della Terra dal 1986 al 2005 (SN:4/13/14). Il livello medio globale del mare è stato pensato per aumentare fino a un metro in quello stesso scenario, secondo il rapporto del 2014 dell’Intergovernmental Panelon Climate Change, o IPCC.

Ma l’ultima generazione di modelli climatici suggerisce che il clima della Terra può essere ancora più sensibile ai livelli molto alti di anidride carbonica atmosferica di quanto si pensasse. E questo, a sua volta, sta aumentando le proiezioni di quanto caldo potrebbe diventare.

“Stiamo avendo discussioni su ‘Crediamo a questi modelli?'” dice Andrew Gettelman, uno scienziato del clima del National Center for Atmospheric Research, o NCAR, a Boulder, Colo.

Questo perché le simulazioni utilizzano le stesse equazioni per esaminare le condizioni climatiche passate e future. E molte simulazioni fanno ancora fatica a ricreare accuratamente il clima di periodi molto caldi del passato, come l’Epoca Eocenica (SN: 11/3/15). Man mano che il mondo diventa più caldo, si scopre che le incertezze iniziano ad aumentare. “Nessuno sta discutendo se meno di 2 gradi”, dice Gettelman. “Stiamo discutendo sulla fascia alta”.

Aumentando il calore

Il primo sentore che qualcosa di molto strano stava accadendo con gli ultimi modelli è arrivato a marzo, ad un incontro a Barcellona di scienziati e modellisti che lavorano sulle simulazioni climatiche di nuova generazione. Molte delle simulazioni sono destinate ad essere incorporate nel prossimo rapporto di valutazione dell’IPCC, la cui prima parte è prevista per l’aprile 2021.

Tutte le simulazioni includono stime di qualcosa chiamato sensibilità climatica di equilibrio, o ECS. Questo significa fondamentalmente come il clima futuro della Terra dovrebbe rispondere a una nuova normalità – in particolare, un’atmosfera che contiene il doppio di anidride carbonica rispetto all’epoca preindustriale.

Una tendenza simile è mostrata da diverse simulazioni ben note, sviluppate da team dell’NCAR, del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, dell’Hadley Centre for Climate Prediction and Research inglese di Exeter e dell’Institut Pierre-Simon Laplace di Parigi, o IPSL. In questi modelli, l’ECS era più alto, il che significa che la Terra era più sensibile all’anidride carbonica, che nelle precedenti generazioni di modelli. Se reale, questo suggerisce che i gas possono esercitare un’influenza ancora maggiore sulla satmosfera terrestre di quanto si pensasse. In definitiva, questo potrebbe significare che le temperature potrebbero diventare più calde anche delle più alte proiezioni precedenti suggerite.

A settembre, gli scienziati dell’IPSL e del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica, o CNRS, sempre a Parigi, hanno reso pubbliche le loro simulazioni. Basandosi sulle proiezioni di due modelli climatici separati, i team hanno riferito che il riscaldamento globale medio entro il 2100 potrebbe salire fino a 6-7 gradi C (o circa 11-13 gradi Fahrenheit) rispetto ai tempi preindustriali.

Come molte simulazioni climatiche di nuova generazione, i due modelli francesi hanno una risoluzione su scala più fine e rappresentano meglio le condizioni del mondo reale rispetto alle simulazioni passate. Quando testate contro le osservazioni climatiche attuali, le nuove simulazioni fanno anche un lavoro migliore nel riprodurre quelle osservazioni, dice il climatologo del CNRS Olivier Boucher.

Ma l’alto ECS rimane una sorpresa. “Il nostro è migliore” in termini di fisica, dice Boucher. “Ma non si traduce automaticamente in una maggiore fiducia per le proiezioni future”.

Questo enigma ECS, che molti dei modelli mostrano ancora, è venuto fuori di nuovo il 21 novembre in una riunione del NationalAcademy of Sciences atmospheric and climate science board a Washington, D.C. La causa più probabile dell’alto ECS, ha detto Gettelman alla riunione, era in quanto i modelli stimano che le nuvole aumenteranno il riscaldamento (SN: 3/22/14). Tra gli altri fattori, quanto sono alte le nuvole nell’atmosfera conta: Le nuvole a bassa quota possono riflettere la luce nello spazio, mentre le nuvole ad alta quota possono intrappolare il calore. Gettelman e i suoi colleghi hanno anche discusso l’importanza delle nuvole nella modellazione ECS in luglio in Geophysical Research Letters.

“Le nuvole ad alte latitudini sembrano essere abbastanza importanti”, dice Gettelman. La regione sopra l’Oceano del Sud è di particolare interesse, ma ci sono ora studi in corso per esaminare gli effetti delle nuvole ad alta quota nell’Artico così come le nuvole a bassa quota nei tropici.

Un nuovo paradigma

Per gli autori del prossimo rapporto dell’IPCC, capire come discutere i modelli ad alta efficienza sarà probabilmente un mal di testa. Il panorama delle simulazioni climatiche sta diventando più complicato anche in altri modi.

Per il rapporto IPCC del 2014, i modellatori climatici hanno anche partecipato alla quinta iterazione di un progetto per stabilire standard e scenari per le proiezioni climatiche. Questo progetto si chiama Coupled Model Intercomparison Project del WorldClimate Research Programme, o CMIP5 in breve.

Le proiezioni future di CMIP5 sono state organizzate utilizzando un concetto chiamato “percorsi di concentrazione rappresentativi”, o RCP. Ogni percorso delineava un possibile futuro climatico basato sugli effetti fisici dei gas a effetto serra, come l’anidride carbonica e il metano, che permangono nell’atmosfera e intrappolano la radiazione del sole. Una Terra in cui le emissioni di gas serra sono drasticamente e rapidamente frenate è stata rappresentata da uno scenario chiamato RCP 2.6. Lo scenario business-as-usual era conosciuto come RCP 8.5.

Il prossimo sesto rapporto di valutazione dell’IPCC si baserà sulle proiezioni del CMIP6, i nuovi modelli più sensibili. E in essi, gli RCP sono fuori, e un nuovo paradigma chiamato “percorsi socioeconomici condivisi”, o SSP, è dentro.

Mentre le proiezioni RCP sono basate solo su come le diverse concentrazioni di gas riscaldano l’atmosfera, le proiezioni SSP incorporano anche i cambiamenti sociali, come i cambiamenti nella demografia, l’urbanizzazione, la crescita economica e lo sviluppo tecnologico. Tracciando come tali cambiamenti possono influenzare il futuro cambiamento climatico, gli scienziati sperano che le SSP possano anche aiutare le nazioni a valutare meglio come soddisfare il loro obiettivo di emissioni promesso sotto l’accordo di Parigi (SN: 12/12/15).

Data drive

Il comportamento umano non è l’unica fonte di incertezza quando si tratta di prevedere gli scenari peggiori. Gli scienziati stanno anche lottando per simulare le complicate interazioni fisiche tra ghiaccio, oceano e atmosfera, in particolare quando le temperature continuano a salire.

“La maggior parte degli oceani hanno aria sopra di loro, e gli oceani hanno ghiaccio sopra di loro. E il ghiaccio si muove, il ghiaccio interagisce. È una cosa molto difficile”, dice Richard Alley, aglaciologo della Penn State.

I modelli climatici stanno arrivando al punto in cui possono riprodurre molte di queste interazioni “accoppiandole” in una simulazione, dice Alley. Farlo è la chiave per proiettare accuratamente i possibili futuri: Tali simulazioni accoppiate rivelano come queste interazioni si alimentano a vicenda, aumentando il potenziale per temperature ancora più elevate o mari ancora più alti.

Ma numerose fonti di possibile incertezza rimangono quando si tratta di anticipare il cosiddetto worst-case-cenario. Per esempio, la velocità con cui i mari si innalzeranno è legata alla velocità con cui le grandi lastre di ghiaccio che coprono la Groenlandia e l’Antartide perderanno ghiaccio nell’oceano, attraverso lo scioglimento o il collasso (SN: 9/25/19).

Le simulazioni climatiche non riproducono ancora bene lo scioglimento, anche nel rapporto speciale dell’IPCC sugli impatti del cambiamento climatico su ghiaccio e oceani, pubblicato nell’ottobre 2019. Questo è in parte perché gli scienziati non capiscono completamente come il ghiaccio risponde ai cambiamenti climatici, dice il glaciologo Eric Rignot dell’Università della California, Irvine. “Una delle maggiori incertezze è come il riscaldamento degli oceani possa interagire con i vasti fondali dei ghiacciai che circondano gli strati di ghiaccio, erodendoli, dice Rignot. Per identificare come tale erosione potrebbe verificarsi richiede mappe dettagliate di batimetria, carte di theseafloor che possono rivelare canali profondi che permettono all’acqua oceanica più calda di intrufolarsi nei fiordi e mangiare via i ghiacciai (SN: 4/3/18).Lui e i suoi colleghi hanno creato alcune di queste mappe per la Groenlandia.

Gli scienziati stanno anche cercando di ottenere dati sul terreno per affrontare altre incertezze, come il modo in cui il riscaldamento può cambiare il comportamento degli stessi strati di ghiaccio mentre si allungano, si piegano e scivolano sul terreno. Nel 2018, una collaborazione internazionale di scienziati ha iniziato un progetto quinquennale per studiare in tempo reale la rottura del ghiacciaio Thwaites, delle dimensioni della Florida, nella calotta antartica occidentale. Le acque calde dell’oceano stanno assottigliando il ghiacciaio, che sostiene lo strato di ghiaccio come un contrafforte, rallentando il flusso di ghiaccio verso l’oceano. È probabile che Thwaites crolli, probabilmente entro i prossimi decenni.

E ci sono altri processi non ancora inclusi nei modelli CMIP che potrebbero far precipitare rapidamente il ghiaccio in mare: L’acqua di fusione filtra attraverso crepe e crepacci alla base dello strato di ghiaccio, lubrificando il suo scorrimento dalla terra all’oceano. L’acqua di fusione può anche congelare in lastre solide e impermeabili che possono accelerare il flusso di acqua di fusione più recente nell’oceano (SN: 9/18/19). Forse la cosa più spaventosa è che alcuni ricercatori hanno suggerito che il riscaldamento futuro potrebbe far sì che le gigantesche e ripide scogliere di ghiaccio dell’Antartide perdano improvvisamente grandi pezzi di ghiaccio nell’oceano, aumentando rapidamente il livello del mare (SN: 2/6/19).

C’è una buona ragione per cui gli attuali modelli climatici non includono l’ipotesi delle scogliere di ghiaccio, dice Alley. “I migliori modelli, quelli in cui si può avere più fiducia nel fatto che stiano ricostruendo ciò che è successo di recente, generalmente non spendono molti sforzi per rompere le cose”, dice. Il problema non sta nel simulare la fisica dei pezzi di ghiaccio che si rompono, ma nel simulare esattamente quali piattaforme di ghiaccio si romperanno – e quando. Questo rende il potenziale errore di simulazione di questi processi molto grande.

“Questa è gran parte della tensione nella comunità in questo momento”, aggiunge Alley. “Come affrontare questo è ancora molto difficile”.

Il rapporto speciale 2019 dell’IPCC ha notato l’ipotesi della scogliera di ghiaccio, ma l’ha considerata estremamente improbabile. Ma questo non significa che sia impossibile, dice Alley – o che non sia successo in passato. Le prove dai sedimenti oceanici rivelano che gli iceberg giganti si sono staccati dalle scogliere basate sul continente e si sono sciolti in mare in passato. Se il ghiacciaio Thwaites si ritira fino all’interno dell’Antartide, il calving in corso potrebbe creare enormi scogliere due volte più alte e 10 volte più larghe di quelle osservate in Groenlandia, ha notato a dicembre alla riunione annuale dell’American Geophysical Union a San Francisco.

L’IPCC sta “assumendo che saremo fortunati e non accadrà”, ha detto Alley. Ma i dati sui sedimenti oceanici sollevano “domande molto serie su questa ipotesi”.

Gettelman, nel frattempo, avverte che la persistente incertezza nelle proiezioni future non significa che il mondo dovrebbe aspettare di vedere cosa succede o che gli scienziati lo capiscano. “Significa davvero che dobbiamo fare qualcosa al più presto”, dice. Che le proiezioni sull’innalzamento della temperatura o del livello del mare si rivelino reali o meno, “è ancora piuttosto grave”.