Della siccità: Il vescovo di Milano, le piogge che ci vogliono e la necessità di costruire riserve di acqua per il clima che verrà

Interrompo un attimo la serie dei 3 post su riscaldamento globale, per alcune riflessioni sulla siccità, visto il rumore provocato dall’attivismo in materia del Vescovo di Milano. Qui si parla di Scienza e non intendo entrare nella diatriba in proposito. Però vorrei fare delle riflessioni al volo su che tipo di pioggia ci vuole e su cosa secondo me si dovrebbe fare.

C’È PIOGGIA E PIOGGIA. Si parla di millimetri di pioggia ma non ci si rende conto che ci sono millimetri e millimetri. Mi spiego. Una cosa fondamentale è la distribuzione nel tempo di questi millimetri: se piovono 100 millimetri in 5 giorni a colpi di 20 mm al giorno l’acqua si infiltra nelle falde acquifere e le ricarica. È acqua che “fa bene” (escludendo – egoisticamente parlando – quelli come me che non girano con uno scooter ma con una moto non dotata di parabrezza…). Se piovono 100 mm in poche ore quest’acqua fa malissimo (a tutti, non solo a chi gira in moto). Non solo non va in falda, ma provoca in genere disagi come piene, allagamenti o addirittura alluvioni.

Quindi se vogliamo della pioggia che funzioni, i temporali estivi non fanno al caso nostro… insomma, i 50 mm di un temporale, magari già che ci siamo accompagnato da una grandinata (per non farsi mancare nulla) non servono assolutamente a niente; anzi, se i tombini lungo le strade non sono a posto la situazione rischia di diventare problematica. Ci vorrebbe quindi una serie di “sane” perturbazioni atlantiche con un po' di pioggerella continua per un paio di settimane. D’accordo, triste vista la stagione e i conseguenti propositi dell’italiano medio, ma come diceva un vecchio toscano non si può volere l’uovo, la gallina e il culo caldo. Purtroppo adesso le perturbazioni atlantiche adesso se ne stanno a nord e non vengono da queste parti ( e manco sono venute l’autunno scorso).

L’ATLANTICO, L'OSCILLAZIONE DELL'ATLANTICO SETTENTRIONALE E IL PASSATO E IL FUTURO DEL CLIMA IN EUROPA. L'indice che più domina ed influenza il clima europeo è la NAO (North Atlantic Oscillation), un coefficiente definito nel 1997 in base alla differenza fra la pressione normalizzata a Gibilterra e a Stykkisholmur in Islanda Jones et al (1997). La NAO segue un ciclo di durata simile a quello solare, anche se come nel caso dei movimenti annuali dell’anticiclone delle Azzorre, la risposta della NAO ai cicli solari è leggermente sfalsata (Scaife et al, 2013). 

In buona sostanza, con una NAO positiva si rafforzano sia l'anticiclone delle Azzorre che le depressioni islandesi. Dico “le depressioni” perché mentre l’anticiclone delle Azzorre è statico ed è sempre lo stesso, nell’Atlantico settentrionale le depressioni si formano di continuo e si muovono più o meno velocemente verso est (o sudest), susseguendosi nel tempo e abbiamo “sempre” UNA depressione dell’Islanda ma non è mai la stessa. Quindi più la NAO è alta, più le perturbazioni stanno verso nord e quindi il clima è più umido e più caldo del normale sul nord Europa e più secco e più fresco nell’area mediterranea. Al contrario una NAO debole porta precipitazioni inferiori alla media e clima più secco nell’Europa Settentrionale, mentre aumenta le piogge in Europa meridionale, ad esempio in pianura padana (Zanchettin et al, 2008), in Calabria (Ferrari et al, 2013) e anche nella penisola iberica, dove per esempio è in stretta correlazione con il numero di frane che si verificano in Portogallo in un'area vicino a Lisbona (Zezere et al, 2005)

Una NAO positiva è indubbiamente una relazione al caldo di una maggiore radiazione solare perché maggiore è il riscaldamento equatoriale, maggiori sono gli scambi termici con l’Artico e quindi si capisce perché i massimi della NAO si verificano dopo i massimi solari e i minimi si verificano dopo i minimi solari. Ma siccome è una questione di calore e non solo di attività del Sole, il riscaldamento globale sta portando la NAO sempre su posizioni tipiche dei massimi solari. E ciò non è per niente bello per il Mediterraneo.

Alluvioni per secolo e per mese da Morozzi (1762),
aggiornato con le sole 2 esondazioni avvenuto dopo il 1762

NAO E ALLUVIONI, IN PARTICOLARE A FIRENZE. È un fatto che in Italia negli ultimi decenni le alluvioni sono avvenute in genere ai minimi solari o quando i massimi erano deboli. E la NAO spiega bene il perché. Ma ora prendiamo la storia delle alluvioni di Firenze, in particolare la lista di Morozzi, 1762, che a dispetto dell’antichità dello scritto fornisce un quadro esauriente della situazione, visto che da allora ce ne sono state appena due (1844 e 1966). Morozzi inizia l’elenco con il 1177 (che non è la prima alluvione come pensa chi ha letto solo l’elenco senza leggere i capitoli precedenti, ma l'Autore espone le sue ragioni per escludere gli eventi precedenti). Evento piuttosto grave, ma bisogna aspettare il 1269, quindi 92 anni dopo per averne una seconda. Poi, da quel momento, ne segnala altre 53 in meno di 500 anni, l’ultima un anno prima della pubblicazione del libro, nel 1761. La frequenza media è una ogni meno di 10 anni. Poi, dopo il 1762, appunto, due soli eventi (e tosti).

Sulla fine della alluvioni a Firenze (a valle sono comunque proseguite ma è un’altra storia) ci sono diverse ipotesi: sistemazioni idrauliche in città, bonifiche a monte, il rimboschimento che diminuisce la velocità di deflusso ma soprattutto si nota che la frequenza media decennale comincia alla fine del XIII secolo e finisce a metà del XVIII secolo. Queste date bene o male si adattano bene alla Piccola Era Glaciale. Per cui mi viene l’idea che durante questo periodo freddo a causa del Sole leggermente più debole la NAO fosse soprattutto negativa e guidasse maggiormente le piogge nel Mediterraneo rispetto al Nord Europa. Poi passato il fresco, con il riscaldamento la NAO ha mediamente aumentato il suo valore e dalle nostre parti è piovuto poco.

E ora, se questo ragionamento è giusto, con il trend di riscaldamento in atto il valore della NAO sarà mediamente più alto e quindi dalle nostre parti pioverà molto meno di adesso, mentre nel Nord Europa al contrario pioverà di più. E questo quadro è confermato dalla agenzia Europea per l'ambiente nell'immagine qui sotto. Una traccia di questo potrebbe già esserci: il fatto che da qualche decennio più che alluvioni dovute a piogge continue che durano diversi giorni in interi grandi bacini idrografici, quasi tutte le alluvioni oggi avvengono in bacini ristretti con piogge intense ma di breve durata (pensiamo al Tanaro che ha fatto 3 piene duecentennali in 25 anni...). In più con inverni caldi e poco piovosi in montagna ci sarà poca neve e quindi poca acqua in estate nei fiumi.

variazioni in percentuale della piovosità previste
dalla Agenzia Europea per l'Ambiente

COSA FARE PER RIMEDIARE? COSTRUIRE (E MANTENERE) BACINI ARTIFICIALI. Innanzitutto sfatiamo una leggenda: piaccia o non piaccia fino ad adesso piove più in Italia che a Londra, solo che in Inghilterra piove poco per volta ma tutto l’anno, mentre da noi piove soprattutto in autunno, meno in primavera, poco in inverno e pochissimo d’estate, quando fa parecchio caldo. E con questo trend si rischia di fare magari gli stessi millimetri di pioggia ma in meno giorni.

Come ha detto Erasmo d’Angelis la siccità si vince preparandosi alla stagione secca quando piove. In che modo? Costruendo bacini artificiali che trattengano le acque delle precipitazioni violente in modo da creare serbatoi (toh, lo propose la commissione De Marche dopo le alluvioni del 1966…). 

Notiamo anche che a questo modo si prenderebbero due piccioni con una fava: 

1. si creerebbero riserve sfruttando le acque delle piogge che non vanno in falda 
2. e queste acque anziché fare danni (o facendone meno) sarebbero utili anziché costituire soltanto un pericolo

Ricordo comunque che questi bacini dopo la loro realizzazione andrebbero mantenuti per evitare che si riempiano di sedimenti.

E soprattutto ricordo che abbiamo un esempio positivo al proposito: l'invaso di Bilancino, che magari per le piene servirà a ben poco ma per le magre è una ottima soluzione

BIBLIOGRAFIA

Ferrari et al (2013) Influence of the North Atlantic Oscillation on winter rainfall in Calabria (southern Italy) Theor Appl Climatol 114:479–494

Jones et al (1997) Extension to the North Atlantic Oscillation using instrumental pressure observations from Gibraltar and south-west Iceland. Int. J. Climatol., 17, 1433–1450 

Morozzi (1762) Dello stato antico e moderno del fiume Arno e delle cause delle sue inondazioni – ragionamento istorico mattematico – prima parte. Stamperia Stecchi – Firenze pag.1-85

Scaife et al (2013) A mechanism for lagged North Atlantic climate response to solar variability. Geophysical Research Letters 40, 434–439

Zanchettin et al (2008) Impact of variations in solar activity on hydrological decadal patterns in northern Italy. Journal of Geophysical Research, vol. 113, D12102,

Zezere et al (2005) Shallow and deep landslides induced by rainfall in the Lisbon region (Portugal): assessment of relationships with the North Atlantic Oscillation. Natural Hazards and Earth System Sciences, 5, 331–344, 2005

il punto di vista di un geologo nei dialoghi sul riscaldamento globale: 1. premessa

la differenza di temperatura nel Mediterrano centrale tra 2021 e 2022.
È solo una delle tante anomalie termiche che vediamo negli ultimi anni

Quello sulla presenza o no del riscaldamento globale dovrebbe essere un “non dibattito”, tante sono le prove che lo dimostrano, a partire dall’aumento delle temperature e dei periodi siccitosi su tutto il pianeta. Chi si oppone lo fa con argomenti inconsistenti e come dice il mio amico Matteo Miluzio, mettere a confronto un climatologo con un negazionista è come fare un confronto fra un astronomo e un terrapiattista. A sentire i media il dibattito pare ancora aperto, mentre il mondo scientifico è praticamente unanime, il che conoscendo le polemiche e le divergenze che lo attraversano in ogni campo, dovrebbe far pensare qualcosa. È unanime a parte pochi personaggi, in genere privi di competenze in fatto di climatologia e paleoclimatologia, e di questo ne ne ho avuto dimostrazione quando ho sentito parlare uno dei 500 firmatari di una famosa lettera di climascettici: è evidente che parla di cose di cui non ha contezza, prendendo diagrammi elaborati in modo assurdo o – alla fine – prendendo per i fondelli chi sostiene quanto è ormai acclarato. Noto pure che spesso i climascettici non hanno un pensiero fisso, passando agilmente da “non è vero che c’è il riscaldamento” a “nel medioevo faceva più caldo” (e questo senza capirne i motivi) fino a “si, c’è il riscaldamento ma non è colpa dell’umanità”. Allora, questo è il primo di una serie di 3 post sul riscaldamento globale e i climascettici. 

Allo scopo ho in parte ripreso e rielaborato alcune cose di qualche tempo fa e ho diviso il tutto per comodità in 3 parti:

1. il primo post (questo) introduce la questione
2. il secondo (ancora da pubblicare) contiene delle risposte che ho dato ad un climascettico 
3. il terzo (ancora da pubblicare) contiene delle domande che io pongo ai climascettici (le ho già poste in varie sedi ma quando le ho poste i climascettici si sono eclissati improvvisamente dalla discussione in vario modo 

Il primo lavoro scientifico sul CO2 come gas-serra che ho trovato è quello di Arrhenius (1896). Cioè, non è una novità di questi giorni… ad esempio negli anni ‘70 del XX secolo il dibattito sul tema era importante negli USA.

I PROBLEMI (SPESSO NON RICONOSCIUTI) NEL “DIBATTITO CHE NON CI DOVREBBE ESSERE”. Ci sono diversi pregiudizi e difetti di conoscenza che risultano in importanti problemi nella mancata comprensione della situazione climatica 

Il primo problema nel dibattito sul riscaldamento globale è che che se uno vuole trovare prove che il riscaldamento in atto sia di origine antropica le trova. Ma anche chi sostiene che questi cambiamenti siano naturali le trova. Insomma, la prima ipotesi non esclude la seconda e viceversa, ma il manicheismo spesso serve per demolire l’ipotesi “degli altri” più che per privilegiare la propria (ne ho parlato qui). E invece al riscaldamento in atto concorrono:

• cause naturali: in tempi brevi un aumento dell’attività solare evidente dalla fine del XVIII secolo e che si riflette sulla presenza di una fase più calda, come lo sono state il periodo caldo romano o l’optimum climatico medievale, intervallate da fasi più fredde come quella dei secoli bui e la piccola era glaciale, in tempi intermedi le forzanti orbitali e in tempi lunghi le modifiche alla distribuzione di continenti e oceani 
• cause antropiche: banalmente, le emissioni di gas serra e l’uso del suolo). 

Quale sia la percentuale di una o dell'altra esula dagli scopi di questo post, anche se mi pare chiaro che la seconda sia decisamente prevalente e non di poco, basta vedere come geologo il passato del nostro pianeta. Resta il fatto che non ne parla nessuno o quasi.

Il secondo problema è che fondamentalmente è difficile pensare al riscaldamento globale senza avere prima delle cognizioni scientifiche in materia ma soprattutto è difficile farlo quando “per principio” non si vuole ammetterlo, pensando ad un complotto degli scienziati (a che pro, poi..). Ci sono poi condizionamenti di vario tipo, da quelli di coloro che lavorano nei combustibili fossili a quello politico: per esempio ci sono più convinti e meno scettici a sinistra che a destra e a destra lo scettticismo arriva praticamente al 100% fra gli ultraliberisti.

Il terzo problema è la confusione fra meteorologia e climatologia, talvolta volontaria, talvolta involontaria

Poi c’è un fatto divertente: tutte le volte che le temperature scendono di un mezzo grado sotto la media i climascettici si espongono urlando dai loro megafoni contro il cosiddetto complotto degli scienziati o dei produttori di pannelli solari (per me il solare non risolve quasi niente ma vabbè..). Questo succede spesso in concomitanza con le punte di freddo in Europa e Nord America, in realtà in genere dovute proprio al riscaldamento globale che indebolisce il vortice polare ed espelle aria fredda a latitudini più basse. Ma tutte le (tantissime) volte in cui le temperature eccedono di un paio di gradi la media se ne stanno zitti al riparo delle loro cantine.

L’EFFETTO SERRA. In una serra la radiazione solare penetra dal tetto, mentre quella dovute alla temperatura riflessa dal suo pavimento riscaldato dai raggi del sole rimane intrappolata al suo interno perché il tetto, da cui la radiazione incidente è passata, non la fa passare: il calore solare entrato non può uscire. L’effetto-serra è provocato da alcuni gas che si comportano allo stesso modo: fanno filtrare la luce del sole ma bloccano la radiazione in uscita dalla Terra. CO2, CH4, H2O, SO2 (nella troposfera) sono i gas serra “classici”. 

QUALE PUÒ ESSERE IL CONTRIBUTO DELLA GEOLOGIA AL DIBATTITO? I geologi non studiano il clima di oggi, ma quello del passato e si vede chiaramente come le temperature globali siano state pesantemente influenzato dal tenore atmosferico di gas–serra fin dai lontani tempi dell’Archeano. In sostanza bisogna considerare che il tenore di CO2 normalmente diminuisce perchè tra fotosintesi, formazione di rocce carbonatiche, alterazione dei silicati, segregazione nei sedimenti dove si formano i combustibili fossili ed altro il bilancio fra la richiesta di CO2 da parte del sistema – Terra e le emissioni dei vulcani è sempre negativo (ne ho parlato qui). Solo le Large Igneous Provinces (immensi espandimenti di centinaia di migliaia – se non milioni – di km cubi di magmi basaltici) sono in grado di emettere immense quantità di CO2.

Vediamo due casi:

1. IL PARADOSSO DEL SOLE DEBOLE DEL PRECAMBRIANO. L’intensità della radiazione di una stella come il Sole aumenta nel tempo e come evidenziarono Sagan e Mullen (1972), la debole radiazione solare del sole giovane non sarebbe stata in grado di permettere sulla Terra la presenza di oceani liquidi fino a circa 1.5 miliardi di anni fa (ne ho parlato qui). Le soluzioni possono essere queste:

• il modello dell’evoluzione stellare è sbagliato 
• non è vero che c’erano oceani liquidi nel passato profondo della Terra 
• l’atmosfera avea una composizione diversa

Ci possono essere delle cause “minori”, ad esempio un maggiore assorbimento della radiazione solare di una Terra completamente o quasi coperta da oceani (che assorbono il calore di più dei continenti), ma la cosa più importante è che tutti gli indizi vanno verso la terza soluzione: l’atmosfera primitiva era preda di un forte effetto-serra essendo composta come quelle attuali di Venere e Marte quasi esclusivamente da CO2, mentre il chimismo riducente permetteva al metano (un gas-serra molto potente) prodotto dagli archeobatteri di rimanere a lungo in atmosfera.

Al Grande Evento Ossidativo di 2.5 miliardi di anni fa (ne ho parlato qui) diminuì il CO2 atmosferico e, a causa del passaggio da condizioni riducenti a condizioni ossidanti, scomparve il metano. Risultato: 300 milioni di anni di glaciazione globale fino a quando delle emissioni di CO2 riportarono nuovamente l’effetto-serra a valori in grado di sciogliere i ghiacci 

Tenore atmosferico di CO2 negli ultimi 400 milioni di anni.
in rosa le forzanti temporanee che lo hanno aumentato, in blu le forzanti che lo hanno diminuito

2. Venendo agli ultimi 400 milioni di anni, ecco il grafico della STORIA DEL CO2 ATMOSFERICO, dove si può notare come i livelli attuali siano i più bassi nella storia del pianeta. Riassumendo:

• la comparsa delle piante terrestri nel Devoniano ha provocato un crollo del tenore atmosferico di CO2. Il crollo si arresta temporaneamente alla fine del Devoniano quando immettono una grossa quantità di CO2 in atmosfera due Large Igneous Provinces (di cui la prima, quella della Yacuzia, provoca una delle più severe estinzioni di massa) 
• In queste condizioni l’arrivo del centro del Gondwana al polo sud innesca le glaciazioni del Permo-Carbonifero con relativo stoccaggio di CO2 nelle calotte e ulteriore abbassamento a livelli molto ridotti del suo tenore atmosferico
• il tenore inizia a risalire con le emissioni delle diverse LIP (sigla per Large Igneous Provinces) del Carbonifero superiore e del Permiano, fino alla tragedia della fine del Permiano, quando l’accoppiata di due LIP come Emeishan e Siberia provoca due estinzioni di massa micidiali a meno di 10 milioni di anni l’una dall’altra (quella della fine del Capitaniano e alla fine del Permiano e dell’era Paleozoica la madre di tutte le estinzioni, in cui scompare oltre il 90% dei generi di animali, in mare e in terra,)
• il seguente inizio del Triassico è tremendo: a causa del CO2 a livelli micidiali, dovuto alle due LIP e al definitivo scioglimento delle calotte polari le zone equatoriali divennero inabitabili per il clima caldo e secco (Yadong Sun et al 2012 ). Segue una discesa di CO2 e temperature, che si interrompe appena si mette in posto la LIP di Wrangellia a metà del Triassico
• a questo punto è iniziata la frammentazione della Pangea, accompagnata da imponenti LIP, a partire al passaggio Triassico – Giurassico di quella dell’Atlantico centrale, che coincide con una delle più importanti estinzioni di massa. Seguiranno fra Giurassico e Cretaceo le LIP di Karoo-Ferrar, Shatzky rise, Paranà-Etendelka, Kerguelen, Ontong Java – Manihiki – Hikurangi, Caraibi, Madagascar ed altri episodi minori che immettono in aria un forte quantitativo di CO2
• il massimo del CO2 (e – toh! – anche quello delle temperature...) arriva 94 milioni di anni fa, all’inizio del Cretaceo superiore, quando la fase parossistica di formazione di LIP rallenta e le temperature si abbassano con momentanee interruzioni che – al solito “guarda caso” – corrispondono a picchi nelle emissioni vulcaniche di CO2 alla fine del Cretaceo con i Trappi del Deccan, al passaggio Paleocene – Eocene con la provincia magmatica dell’Atlantico centrale (Zachos et al 2006) ed altri episodi minori. 
• oggi non ci sono dubbi che anche il massimo termico del Miocene corrisponda al massimo dell’attività dell’ultima (e minore come volumi) Large Igneous Province, i basalti del Columbia River (Kasbohm and Schoene, 2018).

Tornando un po' indietro, vediamo poi come la diminuzione del tenore di O2 atmosferico proceda a ritmi estremamente elevati nell’Oligocene, durante la formazione della calotta antartica che ne assorbe una quantità elevata; stabilizzatasi la calotta, la diminuzione rallenta durante la formazione della calotta artica, meno voluminosa e più recente. 

Poi è arrivata la rivoluzione industriale...

BIBLIOGRAFIA CITATA

Arrhenius 1896 On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground Philosophical magazine, S5/41-251, 235 – 276 

Kasbohm and Schoene, 2018 Rapid eruption of the Columbia River flood basalt and correlation with the mid-Miocene climate optimum sciadv.aat8223

Sagan e Mullen (1972) Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures. Science 177, 52-56

Yadong Sun et al. 2012 Lethally Hot Temperatures During the Early Triassic Greenhouse Science 338, 366 - 370; DOI: 10.1126/science.1224126

Zachos et al (2006) Extreme warming of mid-latitude coastal ocean during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum: Inferences from TEX 86 and isotope data Geology 34,737–740