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SITUAZIONE E PREVISIONI METEO DICEMBRE 2011 –FEBBRAIO 2012

Nell’articolo precedente, http://daltonsminima.altervista.org/?p=16413, dopo un esame del quadro sinottico non molto incoraggiante, salvo le SST atlantiche, la previsione formulata lasciava spazio alla speranza di precipitazioni nella prima parte del mese di novembre, pronosticando una successiva graduale chiusura della “porta atlantica”. La causa, si disse, risiede nella progressiva maggiore forza del Vortice Polare, stimolata in modo particolare dal previsto progresso della Nina. Ebbene, manca ancora gran parte del mese di dicembre ma finora la previsione si è rivelata sostanzialmente corretta. Le incursioni nord atlantiche o artiche previste allora, anziché puntare direttamente sull’Italia, si sono riversate sulla Spagna e poi si sono presentate sulla nostra Penisola come gocce fredde da ovest, precedute da intense correnti umide meridionali, generando localmente fenomeni purtroppo anche disastrosamente intensi. Tuttavia, la sostanza di un autunno decisamente anomalo si è confermata.

Ora è il momento di ragionare per formulare una previsione di massima relativa all’inverno, dunque da ora fino alla fine di febbraio. A tale proposito ricordo che, per la meteorologia, l’inverno comprende i mesi di dicembre, gennaio e febbraio; marzo invece è già parte della primavera.

 

QUADRO SINOTTICO DICEMBRE-GENNAIO-FEBBRAIO

Prima di formulare una previsione, anche se di massima, diamo uno sguardo a 2 fattori essenziali:

 

1.    LA TELECONNESSIONE (indici teleconnettivi: ENSO, AMO, QBO a 50mb e NAM);

2.    le SSTA (anomalie superficiali di temperatura degli oceani).

 

1.    Partiamo dalla teleconnessione (figure di seguito). Rispetto ad ottobre, abbiamo assistito solo ad un lieve progresso dell’ENSO- e, stando alle previsioni NOAA, si verificherà una ulteriore modesta progressione nel corso dei prossimi 2-3 mesi. L’indice AMO è tuttora positivo, ma ad ottobre e novembre si è verificata una riduzione delle anomalie positive in Nord Atlantico. La QBO a 50hpa, invece, si è ulteriormente rafforzata e, a meno di crolli imprevedibili, impiegherà diversi mesi prima di cambiare segno. Infine, l’indice NAM (differenza tra le pressioni atmosferiche medie mensili a livello del mare, si veda figura al link www.persicetometeo.com/public/popup/indice_nam.htm ) positivo conferma il quadro di un vortice polare forte e di calme anticicloniche persistenti alle nostre latitudini.

Come già detto nell’articolo precedente, questo quadro non depone davvero a favore di eventi gelidi importanti nel nostro paese: gli stratwarming (i riscaldamenti stratosferici spesso causa di ondate di freddo in ambito europeo), risultano così assai improbabili (tranne eventi minori possibili sulla Siberia e sul Canada); sono invece ben più probabili gli stratcooling (i raffreddamenti stratosferici), anche molto intensi. A tale proposito, non si possono escludere del tutto “superstratcooling”, così intensi da provocare un’implosione del Vortice Polare e provocare effetti non del tutto pronosticabili a priori, inclusa un’intensa ondata di freddo. Ma si tratta di fenomeni ad oggi poco noti e dunque difficilmente prevedibili.

 

 

 

 

2.    Come già spiegato nell’articolo precedente, l’anomalia negativa delle SST atlantiche potrebbe ancora favorire affondi depressionari in aperto oceano, provocando una bilobazione o una completa frattura dell’anticiclone delle Azzorre, favorendo così discese artiche verso l’Italia. Ciò tuttavia finora non si è verificato e le previsioni per ora non lo prospettano, anche se la stagione invernale è solo all’inizio. Come già ampiamente spiegato nell’articolo precedente, l’attuale evento di Nina moderata ostacola irruzioni di aria artica intense e durature. Rafforza invece il vortice polare e, in opposizione ad esso, l’alta pressione delle Azzorre, ma inibisce così elevazioni anticicloniche verso nord, se non modeste e di breve durata.

In una situazione come quella appena tratteggiata, in cui la stratosfera non “collabora”, le uniche possibilità di qualche evento sono legate ad eventi troposferici, dunque nella porzione dell’atmosfera più vicina al suolo. In particolare, possono verificarsi pulsazioni dell’alta pressione aleutinica le quali però, se non accompagnate da contestuali elevazioni dell’anticiclone delle Azzorre, producono un Vortice Polare bilobato tra continente americano e Siberia (come nell’inverno scorso), senza alcun coinvolgimento dell’Europa.

 

Come per l’articolo precedente, se il quadro che abbiamo appena tracciato si confermerà sostanzialmente corretto, (ovvero se non interverranno “elementi di disturbo”, ora non visibili) come potete immaginare le linee di tendenza previsionali si possono riassumere abbastanza facilmente, come segue.

 

 

PREVISIONE DICEMBRE 2011- FEBBRAIO 2012

 

Persistenza dell’alta pressione delle Azzorre sull’Europa centro-meridionale e sull’Italia. Probabili occasionali deboli o moderati apporti di aria fredda secca continentale, da nordest, in particolare a gennaio e febbraio, in seguito ad estensioni dell’anticiclone verso est, o a sue fusioni con una figura di alta pressione presente sull’Europa orientale. Possibili temporanee fusioni dell’anticiclone delle Azzorre con l’alta pressione termica della Groenlandia, specie a Dicembre, con conseguenti improvvise e brevi discese di aria artico marittima, eventualmente seguite da brevi retrogressioni di aria continentale in seguito alla rotazione dell’anticiclone verso nordest. Si ritiene tuttavia che tali eventi, ben intervallati tra loro e di intensità al più moderata, possano produrre al più modeste precipitazioni (piovaschi sparsi e qualche nevicata fino a bassa quota), concentrate essenzialmente sui versanti esteri delle Alpi e lungo il versante adriatico.

Si ritiene che eventi freddi di notevole intensità e durata siano al momento molto improbabili e difficilmente prevedibili, in quanto legati a fenomeni estremi attualmente non rilevati, né rilevabili con largo anticipo (i succitati “superstratcooling”).

Probabili e frequenti inversioni termiche, accompagnate da persistenti e dense foschie ed estesi banchi di nebbia, in Pianura Padana, nelle valli del Centro ed occasionalmente anche in quelle del Sud. Probabili contestuali estese e persistenti gelate, specie in Pianura Padana e nelle valli interne del Centro.

Si prevede che le temperature oscillino attorno alla media del periodo, con notevoli differenze tra giorno e notte (tranne che in presenza delle nebbie), salvo temporanei sottomedia in seguito alle discese fredde, specie lungo il versante adriatico.

 

In conclusione, l’inverno appena iniziato rischia seriamente di essere caratterizzato da una lunga e noiosa attesa di un evento, pur breve e non intenso, che interrompa l’ostinata persistenza dell’alta pressione.

Comunque, nel caso si profilassero importanti novità rispetto al quadro appena tratteggiato, vi proporremo aggiornamenti specifici.

 

Giorgio, FabioDue e Stefano

 

 

 

 

 

 

AUMENTO DEI GAS SERRA E AEROSOL ANTROPICI: b) IL METANO ATMOSFERICO

Il metano é un gas serra molto “efficiente” con una concentrazione atmosferica media attuale tra 1,7 e 1,8 ppm (Lelieveld, 2006). Dovuto al suo incremento sin dai tempi pre-industriali, quando la concentrazione atmosferica era di soli 0,7 ppm, si crede che il forzamento radiativo prodotto é molto importante, circa 0,7 W/m2 (quello della CO2 é di 1,7 W/m2). Le fonti di emissione sono molto varie ma la distruzione del gas per i radicali OH dell´aria é rapida, cosí che la vita media del metano atmosferico é di circa 12 anni. La evoluzione della concentrazione atmosferica dipende per questo non solo dalle fonti, ma anche dalla maggiore o minore presenza di questi radicali idrossili nell´aria.

Fig. Concentrazione di metano atmosferico nel 2005 ppm. (parte per milioni)

Sciamachy, Michael Buchwitz , http://www.iup.uni-bremen.de/sciamachy/NIR_NADIR_WFM_DOAS/wfmd_CH4v1_figs_2005.html

Evoluzione
Oggi alcuni investigatori credono che l´aumento del metano nell´atmosfera rimonta all´inizio dell´agricoltura ed in particolare alla coltivazione del riso 5000 anni fa.
Secondo Ruddiman l´incremento termico causato dall´agricoltura, apportando 40 ppm di CO2 per la deforestazione e 0,25 ppm di metanoper l´irrigazione sarebbe stato nei tempi antichi dello stessa intensitá o superiore a quello causato dall´industria (Ruddiman, 2003; Kerr, 2004). Questo ricercatore pensa che l´agricoltura evitó in questa maniera una nuova era glaciale circa 3000 anni fa.

Fig. Evoluzione della concentrazione di metano nell´atmosfera negli ultimi 20.000 anni fino all´inizio dell´era industriale (1750 +/-) stimata dai sondaggi di ghiaccio in Groenlandia e Antartide.
Osservando la concordanza negli ultimi 300.000 anni tra l´evoluzione dellla insolazione nelle latitudini tropicali, che determina la forza dei monsoni e la maggiore o minore esistenza di umiditá, e l´evoluzione del metano atmosferico, calcolata a partire dei carotaggi nei ghiacci antartici, Ruddiman conclude che naturale sarebbe stato che la concentrazione di metano diminuisse continuamente dagli ultimi 10.000 anni fino ad oggi. Ma il metano cominció ad aumentare circa 5000 anni fa, e questo lo attribuisce alla influenza antropica e specialmente ai batteri metanogenici che infestavano i campi allagati dalla nuova coltivazione di riso.
D´altra parte, le analisi sulla concentrazione isotopica del carbonio-13 contenuto nel metano intrappolato nei ghiacci antartici, indicano che nel primo millennio della nostra era ci sono state emissioni relativamente alte di metano pirogenico, proveniente dalla combustione della biomassa, probabilmente per la bruciatura dei pascoli e dei boschi della Cina e in Europa (Ferretti, 2005).

Diminuzione del ritmo di aumento
Anche se nel secolo scorso, l´aumento del metano atmosferico é stato molto considerevole, il ritmo di aumento nelle ultime decadi é andato diminuendo, anche se nel 2007 é aumentato di nuovo.

Fig. Concentrazione globale di metano da gennaio 1978 a dicembre 2007

http://www.esrl.noaa.gov/gmd/aggi/
Le ragioni sono sconosciute. Alcuni collegano questo rallentamento ai cambi nella chimica atmosferica che accelererebbero la distruzione del metano, altri pensano che ci sia stata una diminuzione nelle emissioni. Si é anche pensato che l´aumento dello zolfo contenuto nelle zone umide prodotto dalle piogge acide, ha potuto pregiudicare i batteri metanogenici che li proliferavano. (Gauci, 2005).
Quale che sia la causa, l´incremento annuali nel secolo XXI é piccolo, e addirittura l´anno 2000 sperimentó una piccola diminuzione assoluta. (Dlugokencky, 1998; Simpson, 2002; Bousquet, 2006).
Bisogna tenere in conto che la vita media nell´atmosfera del CH4 é molto corta, circa 12 anni, e che pertanto i disequilibri che si producono tra produzione e distruzione sono rapidamente apprezzabili.

Fonti di emissioni
L´agricoltura e l´allevamento sono una delle principali attivitá umane produttrici di metano. Ogni anno 400 milioni di tonnellate di metano sono prodotti da microbi che vivono in condizioni anaerobiche degradando la materia organica. I metodi dove attuano questi microbi sono i piú vari: lo stomaco del ruminante, l´interno di un letamaio, un campo inondato per la coltivazione del riso o il fondo di una palude. La coltivazione di riso su enormi estensioni allagate, favorisce la metanogenesi nei fanghi delle terre inondate.
Anche il mondo degli animali ruminanti, in cui nei loro stomaci per fermentazione enterica, si produce questo gas, hanno contribuito a questo aumento: tra il 5 e 10% della massa di alimento di una vacca si trasforma in metano. In Nuova Zelanda il metano prodotto dalle vacche e ovini é il principale componente della emissione di gas serra: circa 40% . E in Irlanda il metano di provenienza degli allevamenti é circa il 15% delle emissioni totali dei gas serra. (Dennis, 2004).
Altro fattore di emissione di metano é l´incendio della vegetazione, specialmente erbacce nelle savane tropicali che si attua nella pratica agricola per fertilizzare il suolo con la cenere. Nei fuochi della savana quasi tutto il carbonio della biomassa (85%) si volatilizza in CO2 ma tra lo 0,1 e il 0,25% lo fa in forma di metano CH4 (Delmas, 1991). Negli incendi forestali che seguirono il forte Niño del 1997-1998 si lanciarono quantitá importanti di metano in atmosfera. (Van der Werf, 2003).
A volte il metano arriva in atmosfera direttamente dal suolo bruciato quando negli incendi boreali si scongela il permafrost.
Recentemente si é scoperto che anche le foglie vive degli alberi e delle piante emettono metano. La percentuale con rispetto alle emissioni totali di metano puó essere importante: tra un 10% a un 30% delle fonti globali, che é di circa 600 milioni di tonnellate. Sono le regioni boscose tropicali quelle che piú contribuiscono, tra i 40 e 160 milioni di tonnellate. (Keppler, 2006). Altri calcoli ribassano molto queste cifre e le stimano tra i 10 e i 60 milioni di tonnellate. Il dibattito é ancora aperto e si complica per il fatto che alcune piante sembrano emettere metano 4000 volte piú di altre.(Schiermeier, 2006).
Una fonte di emissione umana molto importante sono le discariche, dove gran parte della materia organica li immagazzinata, si degrada in condizioni anerobiche e si converte in metano. Il miglioramento delle pratiche di stoccaggio della spazzatura con la corretta tenuta delle istallazioni e il recupero del metano creato, che puó essere utilizzato come combustibile, possono ridurre le emissioni come giá fatto nei paesi avanzati.
Altre fonti antropiche di metano nel XX secolo sono stati le fughe di gas dalle miniere di carbone, il famoso e pericoloso grisou, nelle istallazioni difettose delle estrazioni di gas naturale (il 90% dei quali é metano) e nei centomila chilometri di gasdotti costruiti per il suo trasporto.
Si é calcolato che in Russia, che é il maggior produttore al mondo di gas metano, si perde nell´atmosfera tra l´1 e il 2,5% (Lelieveld, 2005). Questo ricercatore scrive anche che le fughe di gas naturale superano il 5,6% della produzione, l´effeto riscaldante prodotto per le centrali termiche che utilizzano questo gas naturale sarebbe maggiore di quelle che utilizzano il carbone. Per aumentare la utilizzazione energetica di questo gas, sará necessario scavare pozzi piú profondi e costruire piú gasdotti, ma sará necessario migliorare le tecniche per diminuire le perdite e le fughe di gas nell´atmosfera.
In definitiva comunque non si conosce con precisione quale é la concentrazione globale di metano nell´atmosfera, che sembra essere molto maggiore sopra le foreste e le grandi cittá. Secondo il ricercatore Peter Bergamaschi, le emissioni di metano in Inghilterra sono male calcolate e sono il doppio di quelle che i britannici emettevano quando ratificarono il protocollo di Kioto. I francesi da parte loro, avrebbero omesso un terzo delle loro emissioni. (Pearce, 2006).

SAND-RIO

I CICLI DEL CARBONIO 2) ASPETTI BIOLOGICI

Fotosíntesi

La vegetazione terrestre e i terreni contengono 3 volte piú carbonio che l´aria. Ogni anno, con il processo fotosintetico, piú di 100 PgC che esistono nell´atmosfera in forma di CO2 sono catturati dalla biovita terrestre e piú di 40 PgC dalla biovita marina. In questo modo in pochi anni tutta la CO2 atmosferica puó essere riciclata dalla attivitá vegetativa.
In maniera semplice la fotosintesi o reazione clorofilliana, puó scriversi nella seguente forma: CO2 + H2O = CH2O + O2  dove CH2O rappresenta la combinazione molecolare base dello zucchero (per esempio la formula del glucosio é C6H12O6 ).
Ogni molecola di CO2 dell´aria viene convertita in un atomo di carbonio organico (Corg) che passa a formare parte di uno zucchero, e una molecola residua di ossigeno (O2) che passa nel serbatoio dell´atmosfera. Per questo anche se in forma piú schematica, la reazione della fotosintesi puó scriversi cosí:

CO2 + acqua + luce solare = Corg + O2

Ossidazione

La fotosíntesi ha la sua contropartita nella respirazione metabolica della maggior parte dei batteri, delle piante e degli animali. La respirazione consiste chimicamente nella ossidazione del carbonio organico, reazione in cui rilascia CO2 e calore:
Corg + O2 = CO2 + acqua + calore

Concretamente la reazione completa di ossidazione di una parte di glucosio é:
C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 2874 kJ .

In questo modo la maggior parte del Corg creato dalla fotosintesi si consuma velocemente e si ossida tornando a formare Co2, sia nella respirazione metabolica degli stessi organismi fotosintetici autotrofi che lo hanno creato (batteri, alghe, piante) o per la respirazione degli animali eterotrofi che si alimentano di questi. L´animale uomo ogni giorno per una persona che segua una dieta media di 2.800 kcal/giorno produce piú di 1 Kg. di CO2. Un´altra piccola parte, il carbonio contenuto nei resti e cadaveri di batteri, piante e animali, é anche ossidato, in una reazione di decomposizione simile alla respirazione.
Se queste due reazioni biochimiche opposte, fotosintesi e ossidazione, fossero state sempre con la stessa intensitá, non ci sarebbero in questo ciclo ne perdite ne guadagni di CO2 atmosferico. Né si sarebbe accumulato ossigeno nell´atmosfera. Il carbonio contenuto nella materia organica, creata nella fotosintesi, vegetale e trasmessa dalla catena alimentare alla vita animale, sarebbe restituito all´atmosfera in forma di CO2 con la ossidazione derivata dalla respirazione metabolica e dalla putrefazione della materia morta. Ma non tutto il carbonio formato nella fotosintesi é consumato perché una certa quantitá contenuta nei resti fossili di piante e animali, resta interrato nelle rocce senza possibilitá di essere ossidato e convertito di nuovo in CO2.

Interramento del carbonio organico.

Nei continenti, questa discomposizione tra ossidazione e fotosintesi avviene quando la vegetazione morta é interrata nei fondi di laghi di paludi e pianure deltaiche. Cosí il carbonio organico viene isolato dall´ossigeno atmosferico e non si ossida e quindi fossilizza. Il carbonio resta lí senza potersi ossidare completamente ed essere restituito all´aria. In parte si trasforma in idrati di carbonio e idrocarburi.
L´interramento del carbonio organico é molto efficiente, solo lo 0,05 PgC/anno di un totale di 140 PgC/anno prodotto con la fotosintesi nei mari e continenti finisce nelle rocce sedimentarie. La produzione netta di ossigeno dovuta a questo processo e anche molto poca. Per ogni atomo di carbonio interrato, con peso atomico 12, é rilasciata una molecola di O2, con peso atomico 32, la fonte di ossigeno è 0,05 x (32/12) = 0,13 PgO2/anno, quantitá piccola se la compariamo con l´ossigeno esistente nell´atmosfera che é di: 1.100.000 PgO2.
Nelle epoche passate i ritmi di interramento possono essere stati superiori, il che si spiega perché alcuni giacimenti di carbone superano a volte i 5.000 Mt. di spessore. Le condizioni topografiche ideali per la formazione di questi depositi sono, oltre la vegetazione abbondante e di ciclo rapido, la esistenza di conche collettrici e di inondamento lento e progressivo, dove potevano accatastarsi grandi quantitá di materiale vegetale e dove penetra poco materiale erosivo che non sia organico. Cosí in un lungo e complesso processo biochimico di trasformazione, in cui intervengono anche i batteri, si forma acidi organici e carbone. Nel corso della carbonizzazione si rilasciano per via chimico-fisica, acqua, metano e gruppi idrossilici, e si formano dalla torba iniziale, un carbone via via sempre piú puro.

Pompe marine biologiche

Gran parte della fotosíntesi nella biosfera é effettuata dal fitoplancton marino: circa 40 PgC annui. Il fitoplancton vive nelle prime decine di metri della superficie oceanica, nella zona eufotica, lí dove arriva la luce del SOLE. Questi microscopici organismi trasformano i nutrienti in materia organica vegetale che continuamente sono raccolti e ingoiati dallo zooplancton. Lo zooplancton metabolizza l´alimento, respira e restituisce all´acqua parte della CO2, producendo peró anche residui organici che cadono nel fondo marino in forma di espulsioni fecali.
La massa dei residui fecali, della materia organica morta e degli scheletri e carapaci del plancton morto e che non é stata ossidata, rappresenta qualcosa come il 25% della biomassa prodotta. Questo fa che diminuisca la pressione del diossido di carbonio (pCO2) dell´acqua superficiale e che per pareggiarlo gli oceani assorbino la CO2 dell´aria, per cui la concentrazione di CO2 atmosferica diminuisce quando aumenta la produttivitá biologica marina.
Durante la caduta verso le profonditá, quasi tutta la materia organica che si calcola in circa 16 PgC annui é inghiottita e ossidata dai batteri e microbi eterotrofici che anche respirano ed esalano CO2 (Azam, 2001; Giorgio & Duarte, 2002). La concentrazione di CO2 all´interno degli oceani si moltiplica per 3 rispetto la superficie. Cosí dopo, l´esportazione del carbonio organico dalla zona eufotica verso le profonditá marine, che si suole chiamare “pompa biologica” seguita dalla remineralizzazione del carbonio organico (riconversione della Corg disciolto in forma di CO2) fa che esista nella verticale un gradiente nella concentrazione di CO2 disciolto nell´acqua (DIC dissolved inorganic carbon), che aumenta con la profonditá.
In ogni caso una piccola quantitá di materia organica riesce ad arrivare sul fondo e rimane interrata. è dell´ordine di circa 0,05 PgC/anno e passa a formare parte delle rocce sedimentarie. In stati concentrati puó formare depositi di idrocarburi gassosi (metano) o liquidi (petrolio) che riempiono i pori delle rocce spugnose come l´arenaria o possono impregnare di carbonio organico altri sedimenti minerali come le argille. Si chiama kerógeno questo carbonio organico che non sedimenta in forma compatta fino a che impregna di carbonio gli altri sedimenti. Il Kerogeno delle rocce nel suo complesso contiene piú carbonio che tutti i giacimenti di carbone e petrolio, peró si trova molto sparso, impregnando diverse tipi di rocce  ma il cui sfruttamento come combustibile é molto piú difficile.
Il “pompaggio biologico” dipende prima dalla attivitá del fitoplancton, e questa a sua volta, dipende dalla maggiore o minore abbondanza di nutrienti in superficie, specialmente di nitrati, fosfati e ferro. Si pensa che proprio il ferro sia il piú importante elemento per lo sviluppo del fitoplancton. Ció significa che con piú ferro anche le zone che ne contengono poco, come il centro-sud del pacifico, e che quindi producono poco fitoplancton, con la fertilizzazione di ferro un giorno anche queste zone e altre, potrebbero accelerare l´attivitá fitoplanctonica e sequestrare enormi quantitá di CO2 dall`atmosfera riducendo cosí “l´inquinamento da CO2″. Sono stati effettuati degli esperimenti in tal senso ma i risultati non sono stati cosí positivi come la teoria diceva in principio (Boyd, 2000; Dalton, 2002; Zeebe, 2005).

Evoluzione della concentrazione di ossigeno

Si pensava che l´ossigeno era arrivato in relativamente poco tempo ai livelli che si mantengono anche attualmente: 21% della miscela di gas che compongono l´aria. (Sleep, 2001) ma adesso con le ultime ricerche si pensa che é stato un processo molto lento e che non arrivó a livelli importanti fino a 600 milioni di anni fa, alla fine del precambrico, come é provato dalla comparsa in quel periodo di essere viventi piú complessi che necessitano di piú ossigeno e che poterono svilupparsi solo grazie ad un volume adeguato di ossigeno. (Lenton, 2004).
Quando abbonda l´interramento di materia organica, la reazione CO2 + H2O = CH2O + O2 si sviluppa producendo ossigeno.
Ma l´ossigeno atmosferico non solo é controllato dal ciclo biochimico del carbonio ma anche dallo zolfo.
Succede che la materia organica del suolo aiuta la riduzione batterica dei solfati, la produzione di acido solfidrico e infine alla precipitazione della pirite (FeS2) e formazione di ossigeno con reazioni che possono scriversi semplificando molto, cosí:
2Fe2O3 + 8SO4 + 16H = 15O2 + 4FeS2 + 8H2O
Dalle analisi risulta che negli ultimi 540 milioni di anni il contenuto di ossigeno nella atmosfera é oscillato tra il 15% e il 35%. E il massimo si raggiunse durante il periodo detto Carbonifero finale all´inizio del periodo Permiano, circa 300 milioni di anni fa, poi scese bruscamente a 15% durante la transizione tra il Permiano e il Triassico circa 250 milioni di anni fa.
La ragione della forte salita nel finale del Carbonifero sembra essere legata ad un intenso e continuo interramento di materiale organico dovuto allo sviluppo intenso di piante legnose nei continenti (Berner, 1999; 2003).
La successiva diminuzione di concentrazione di O2 che arrivò anche ad un solo 10% all´inizio del Giurassico, (circa 200 milioni di anni) puó essere dovuta ad un raffreddamento e ad un aumento della siccità che diminuì lo sviluppo delle piante e quindi gli interramenti. Poi l´ossigeno aumentó fino alla concentrazione attuale aiutando lo sviluppo dei grandi mammiferi (Falkowski, 2005).
Oltre alle reazione dette, esistono vari meccanismi che tendono a stabilizzare la concentrazione di O2 nell´atmosfera e che da milioni di anni si mantiene intorno al 21%. Quando appare un processo che rompe l´equilibrio, ne appare un altro che lo ristabilisce. Per esempio se l´atmosfera guadagna ossigeno per una intensificazione della fotosintesi puó succedere: a) che si intensifichi anche l´ossidazione delle rocce con conseguente perdita di ossigeno, b) che avendo piú ossigeno prolificano nel suolo microorganismi eterotrofi che mangiano e ossidano la materia organica interrata e che fa diminuire anche l´ossigeno dell´aria, c) che con piú ossigeno aumenta la probabilitá di incendi giganteschi (come avvenne 400 milioni di anni fa) e con la combustione si riduce di nuovo l´ossigeno ristabilendo l´equilibrio. I processi contrari e altri avverrebbero se l´ossigeno diminuisse.

SAND-RIO

I CICLI DEL CARBONIO 1) ASPETTI GEOLOGICI

Il diossido di carbonio é un gas a effetto serra che gioca un ruolo fondamentale nel clima terrestre. La concentrazione di CO2 nell´atmosfera é il risultato di un  equilibrio tra i guadagni e le perdite che si verificano nel trasferimento di carbonio tra l´aria e gli altri serbatoi come la biosfera, gli oceani e l´interno della crosta terrestre. Questi cicli hanno una durata temporale molto differente e  si intrecciano tra loro in maniera molto complessa.

Processi naturali di guadagno e perdita nel ciclo del carbonio.

Il vulcanismo e la trasformazione.

L´atmosfera guadagna CO2 nei lunghi periodi grazie alle eruzioni vulcaniche.  Durante il trascorrere della storia geologica, i camini vulcanici  e le crepe tettoniche hanno lanciato CO2 dall´interno della terra verso l´atmosfera. Il ritmo di emissione é stato molto variabile cambiando proporzionalmente con l´attivitá tettonica e la velocitá di separazione o di scontro o di attrito tra le placche.

Secondo una teoria classica ( Fisher  1981) questa degassificazione di CO2 dell´interno della Terra prodotta dal vulcanismo, é stata fondamentale per i cambiamenti climatici, quando si considerano questi cambiamenti nelle lunghe ere geologiche. Si é provato che durante gli ultimi 500 milioni di anni é esistita una correlazione anche se non perfettissima, tra le epoche di clima caldo con le epoche con maggiori emissioni di rocce vulcaniche che sono un buon indice di emissione di CO2. Fisher suggerí che durante i decenni e centinaia di milioni di anni la Terra é passata da periodi di riscaldamento a periodi di raffreddamento secondo l´emissione di CO2 nell´atmosfera con i maggiori periodi di eruzioni.  Stiamo parlando di concentrazioni di CO2 pari a alcune migliaia di ppm e non certo delle concentrazioni attuali! Inoltre ad altissime concentrazioni di CO2 si accompagna un alto tenore di vapore acque che fa sí che questi periodi vengano chiamati come “periodi sauna”.

Fig. Divisione della storia climatica del Ordoviciano (Fanerozoico) nei periodi sauna é periodi frigorifero. Concentrazioni di CO2 secondo diversi calcoli “proxy” (nei cerchi gialli) e concentrazione piú probabile (quadrati verdi) (Fonte: Progetto GEOCARB)

Peró non sempre i calcoli della temperatura coincidono con quelli della concentrazione di CO2 come hanno calcolato i geologi dell´Universitá di Nuovo Mexico, che hanno dedotto che la concentrazione di CO2 400 milioni di anni fa era 15 volte superiore all´attuale ma si ebbe ugualmente una glaciazione. Al contrario altri geologi, studiando il Pliocene, 3,5 milioni di anni fa, presumibilmente caldo,  con i ghiacci antartici ridotti della metá, hanno scoperto che la concentrazione di CO2 era molto simile a quella attuale.

Da dove viene questa CO2?

La CO2 emessa dai vulcani non é una CO2 primordiale, cioé del periodo di formazione della Terra, ma é una CO2 riciclata, proveniente da carbonati (generalmente calcare: CaCO3) precedentemente precipitato negli oceani, sepolta e trasformata dopo nelle profonditá della litosfera.

Questo avviene per esempio attualmente nelle Ande, dove in una una zona tettonica di scontro tra la placca di Nazca nel pacifico e la placca sudamericana si trovano una sotto l´altra, e la CO2 che viene lanciata nell´atmosfera dal rosario di vulcani andini, proviene in gran parte dalla trasformazione in profonditá dei carbonati calcari sedimentati nel Pacifico. Succede che  nei sollevamenti tettonici sono presenti alte temperature e grandi pressioni e i calcari in combinazione con l´ossido di silicio si trasformano formando silicati di calcio e anidride carbonica:

SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2

Lí dove la frizione delle placche produce terremoti, crepe e vulcani la CO2 sale ed é espulsa. Cosí ritorna nell´atmosfera la CO2 che era stata intrappolata nelle rocce calcare nei processi di sedimentazione marina che sará oggetto di un altro articolo.

Meteorizzazione (weathering)

L´atmosfera perde CO2 nei lunghi periodi di tempo a causa della meteorizzazione.

Il processo di formazione dei sedimenti calcarei nei fondi degli oceani, che suppone un assorbimento di CO2 atmosferico, comincia con la meteorizzazione continentale. La meteorizzazione é la disintegrazione fisica e chimica delle rocce dovuto alle piogge, venti e cambi termici. Qui parleremo solo dei silicati come CaSiO3, molto abbondante nella superficie terrestre, per la CO2 sciolta nell´acqua del suolo in una reazione che si puó schematizzare cosí:

CaSiO3 + 2CO2 + 3H2O = 2HCO3- + Ca 2+ + H4SiO4

In questa reazione, la CO2 non proviene direttamente dalla pioggia, ma dalla reazione dell´acqua del suolo con la CO2 che deriva dalla putrefazione della materia organica dell´humus cioé dalla respirazione microbatterica. La fonte di CO2 che entra nella reazione é in ultima analisi CO2 atmosferico, ma dopo essere passata a far parte della materia organica grazie alla fotosintesi delle piante ed essere restituito al suolo per la decomposizione microbica dell´humus. (Berner, 1997).

La meteorizzazione delle rocce é per questo piú intensa: a) quanto piú CO2 contiene l´aria; b) quanto piú umiditá   è nel suolo; c) quanto piú alta é la temperatura ambiente, già  che tutto favorisce l´azione dei funghi e dei batteri. Se guardiamo la reazione chimica anteriore, vediamo che l´atmosfera perde 2 molecole di CO2 per ogni molecola di CaSiO3 attaccata. Il risultato é la formazione di ioni di bicarbonato HCO3 e di 1 ione di calcio  Ca2+ (oltre a acido silicico) i quali, disciolti nell´acqua dei fiumi arrivano nei mari.

La meteorizzazione puó anche colpire il carbonato calcico  CaCO3;  in questo caso la reazione di meterorizzazione fa perdere solo 1 molecola di CO2.

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2+ + 2HCO3-

perdita che é compensata in mare per la precipitazione di calcite, che vedremo dopo, e in cui non si ha nè perdita nè guadagno di CO2 nell´atmosfera.

Precipitazione calcarea

Gran parte degli ioni disciolti e portati dalle acque dei fiumi arrivano a mare. Gli ioni si ricombinano formando CaCO3 (calcare) e rilasciando di nuovo nell´atmosfera una molecola, solo 1 e non 2, di CO2 secondo la reazione: 2HCO3 – + Ca2+ = CaCO3 + H2O + CO2 . Per cui il risultato netto delle reazioni ( meteorizzazione dei silicati e precipitazione del calcare)  é la perdita di 1 molecola di CO2 nell´atmosfera.

Abbiamo ancora altro nei processi di precipitazione. Le numerose specie marine che costruiscono carapaci e scheletri protettori di silicio-carbonato (CaCO3).  Nella reazione che non é fotosintetica, precipitano ioni di calcio (Ca2+) assieme agli ioni di carbonato (CO32- ) o di bicarbonato  (HCO3-). Ma non sono solo ostriche e aragoste ma la maggior parte del carbonato calcico oceanico é prodotto per alghe microscopiche del fitoplancton (cocolitofori) e per specie animali del zooplancton (foramniferi e pterodopi).   La calcite o aragonite cosí formata costituisce lo scheletro e i carapaci con si proteggono gran parte dei microrganismi che formano il fitoplancton e lo zooplancton costruendo carapaci silicei e non calcarei.

Aspetto del ciclo marino del carbonio. Il carbonio si trova disciolto e forma il diossido di carbonio, bicarbonati e carbonati in una proporzione tra loro che li mantiene in equilibrio.

Quando gli organismi marini calcarei muoiono, il calcare cade nelle profonditá marine. Nel processo di precipitazione di carbonio organico, come succede nella sepoltura di materia organica, la litosfera restituisce carbonio agli altri serbatoi, mare e aria.

Lo fa ad un ritmo globale di circa  0,5 PgC l´anno (PgC: petagrammi di carbonio = 1.000.000.000 di tonnellate  ) .

Lungo tutta la storia geologica, il carbonio cosí accumulato, contenuto negli spessi strati di rocce calcaree, ha creato il suo maggior serbatoio terrestre, dell´ordine di un milione di petagrammi.

Ma non sempre il calcare arriva al fondo, perché ad una certa profonditá il carbonato di calcio CaCO3 di dissolve di nuovo in ioni Ca2+ e ioni  CO32-. In questa reazione, contraria a quella della precipitazione, si assorbe la CO2 disciolta nell´acqua. Questa dissoluzione di calcare e dovuta a reazioni chimiche complesse relazionate all´aumento in profonditá  dell´aciditá dell´acqua che richiede piú ioni di carbonato per neutralizzarla.

Il livello marino dove la quantitá di CaCO3  che arriva é la stessa di quella che si dissolve (CCD: carbonate compensation depth) varia secondo gli oceani tra i 3000 e i 5000 metri di profonditá. Per questo, nelle zone dei fondali piú profondi che la CCD, i sedimenti non sono calcarei ma argillosi, perché la calcite (o l´aragonite che l´altra varietá di carbonato calcico, ma piú solubile) si disciolgono prima di toccare il fondo oceanico. Solo dove il fondo é meno profondo della CCD, i carapaci planctonici si depositano formando  si depositano formando argille calcaree, biancastre, che dopo per compattazione e diagenesi forma gli strati di roccia calcarea.

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Perché si segnala falsamente un riscaldamento quando il mondo ha iniziato un periodo di raffreddamento?

Infine finalmente una persona del meteo ha menzionato la parola “blocco” quando si parla del caldo e degli incendi a Mosca.  E ‘un evento naturale come i cambiamenti globali dalla tendenza al riscaldamento degli anni 1990 a un trend di raffreddamento a partire dal 2000. La distorsione della realtà delle temperature a livello mondiale continua dando credito al riscaldamento, mentre il Nord America occidentale, la maggior parte dell’Eurasia e vaste aree dell’emisfero meridionale sono sotto le temperature normali. E ‘stata la più fredda estate  a nord del 80 ° parallelo di latitudine Nord  e la velocità di fusione del ghiaccio marino continua a diminuire.

Recentemente il governo peruviano ha dichiarato lo stato di emergenza perché  centinaia di persone sono morte per le temperature più fredde registratasi  in 50 anni. Cinquanta anni fa ci fu un trend di raffreddamento e le  temperature globali erano diminuite dal 1940 al 1980.  Durante questo  periodo di raffreddamento, la CO2 da attività umana é aumentata per  la maggior parte del tempo. Hanno cercato di risolvere il problema inserendo nei loro modellini delle variabili  fino a quando i risultati sono stati pari a quello che volevano che fosse  accaduto.  Questo non ha nulla a che fare con la realtà, ma permette loro di rivendicare che i loro modelli di lavoro riescono forse a ricreare le condizioni del passato. Cosí dovendo cercare sempre una causa umana per qualunque cambiamento climatico,  per spiegare il raffreddamento tra il  1940-1980 hanno aggiunto, nei loro modelli, i solfati.  Il problema è che con  le aggiunte costanti  di solfato la temperatura globale ha cominciato a salire anziché a scendere. I solfati sono dei raffreddanti nella atmosfera e i solfati si stanno continuando ad immettere in atmosfera ma anziché continuare a diminuire la temperatura come previsto dai loro modellini questa ha cominciato a salire. La mancata inclusione di meccanismi naturali è complicato dalla mancanza di conoscenza o comprensione del tempo e del clima dei meccanismi mediamente più coinvolti nella politica della scienza del clima. I piloti in volo con i bombardieri durante la seconda guerra mondiale sopra le isole del Pacifico, furono sorpresi di trovare forti venti ad alte quote.  Avevano scoperto la corrente a getto, un fiume enorme di vento che fa parte della circolazione noto come il vortice circumpolare. La figura sotto mostra la corrente a getto in tre dimensioni per cui é visibile  il suo rapporto con il fronte polare che separa l’aria calda e fredda. Una delle caratteristiche principali della circolazione atmosferica  fredda è il modello di vento forte in entrambi gli emisferi noto come il vortice circumpolare.  È  creato dalla differenza di temperatura in tutto il fronte polare che separa aria fredda polare e calda aria tropicale.

La figura in basso è un’altra rappresentazione del vortice che mostrano i diversi modelli di onde di pressione su una mappa. Nel 1946, Carl Gustav Rossby ha  individuate le onde più importanti nel vortice ora chiamato Rossby Wave. Esse interagiscono con le principali catene montuose come le Montagne Rocciose e le Ande.

La causa più probabile della sequenza Wave è la sinuosità o il tipo di onda sinusoidale che si sviluppa quando c’è un flusso attraverso un mezzo uniforme. Per esempio, essi si verificano nella Corrente del Golfo  mentre attraversa l’Atlantico nella parte nord. In questo caso la corrente marina é come un  fiume ed é più veloce dell` aria del Vortice che scorre sopra nell’atmosfera. Ci sono due modelli: uno Zonale con qualche onda a bassa ampiezza e l´altro Meridionale con onde di ampiezza elevata. Il numero delle  onde  varia di piú nella parte del flusso Meridionale dove l’ampiezza determina l´estensione a  nord a sud dell’onda. Questo è il modello che crea il meteo.

Il numero e la struttura delle onde è importante per determinare il tipo di condizioni meteorologiche nelle medie latitudini (35 ° a 65 °). L’aria fredda è più densa dell’aria calda, il che significa che determina ciò che accade a queste latitudini. L’aria fredda avanza spingendo l’aria calda fuori  e l´aria calda si muove con i ritiri di aria fredda. Il flusso zonale prevede meno variabilitá del tempo, ci sono meno venti di nord e sud, e in genere sono più prevedibili i venti dominanti e quindi le previsioni meteo.  Il  flusso Meridionale ha molto  più variabilitá del tempo, i venti da nord e da sud sono generalmente meno prevedibili e tutto il sistema meteo é di piú difficile previsione.  Sembra che il modello cambia quando il mondo si sta raffreddando. Sappiamo che le  Rossby Waves si spostano  da ovest verso est in genere ad una velocità relativamente costante. Come mostrano i risultati  in una qualsiasi stazione a queste latitudini, in genere  il cambiamento del clima  é associato con l´avere aria tiepida o fredda per circa ogni 4-6 settimane. Sappiamo che quando le onde hanno una  grande ampiezza di blocco si verifica che le condizioni meteorologiche anziché della durata di 4-6 settimane possono avere una durata doppia per 8-12 settimane. La gente diventa molto “nervosa” quando le condizioni  come la siccità, pioggia, caldo o freddo  persistono per molto tempo.  Questo è stato il modello per tutto il 2010.  Questi sistemi di blocco  sono chiamati Omega Blocks perché sembra che formino il disegno Ω della lettera greca omega sulla mappa meteo.

Vedere  il modello delle regioni calde e fredde nella Figura, che era la situazione in tutta l’Eurasia dal 20-27 luglio, con la figura della mappa in basso a destra nella seconda figura (1978). Si vede che c´é  un modello estremo Meridionale, ma la maggior parte della superficie appare  “fresca”. Il modello di blocco ha provocato che aria più calda e persistentea sia rimasta per piú tempo  nel Nord America orientale, in Europa occidentale e poi ultimamente in Europa centrale e  Russia. Questo modello di blocco è fondamentale per l’affermazione costante che DOBBIAMO avere un  caldo record nel 2010. La figura sotto mostra la distribuzione delle stazioni meteorologiche utilizzate per stabilire la media della temperatura globale. La concentrazione di stazioni nelle medie latitudini dell’emisfero settentrionale è del 69% del totale. Le stazioni che vengono scelte sottolineano la distorsione. Per esempio, utilizzare una stazione meteo in una  isola di calore urbana in una cittá del NEPAL compromette tutta la misurazione delle temperature in quel paese. Sovrapporre un modello Meridionale di onde di Rossby in modo che le zone calde comprendano le aree  dell´America nord orientale e dell’ Europa occidentale fa evidenziare  la distorsione della temperatura media globale.

Siccome l’aria fredda spinge verso l’equatore quando viene a contatto con l’aria caldo umida tropicale questo attiva il maltempo e anche temporali, trombe d’aria e pioggia molto pesante. Il modello comincia  a cambiare se si cambia  il modello Wave. Noi continueremo a sentir parlare di estremi climatici  come prova del riscaldamento.  In realtà esistono anche le prove di raffreddamento globale  e tutti li abbiamo cominciato a vedere da qualche anno,   ma noi sosteniamo che il tutto ha una  causalità naturale e non andiamo dietro alla causa umana.  Quando si affronteranno i fatti e non le fantasie di certi pseudoscienziati climatologi?

L´ossessione per trovare cause umane nei cambiamenti climatici,  significa ignorare ciò che sappiamo circa i meccanismi naturali e l´influenza del Sole sul clima terrestre.

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