Un ciclo di 22mila anni influenza il clima della Terra
La distanza Terra-Sole altera drasticamente le stagioni nel Pacifico equatoriale in un ciclo di 22.000 anni: lo studio
I modellisti meteorologici e climatici comprendono abbastanza bene come i venti stagionali e le correnti oceaniche influenzino i modelli di El Niño nell’Oceano Pacifico equatoriale orientale, influenzando il tempo negli Stati Uniti e talvolta in tutto il mondo. Ma nuove simulazioni al computer mostrano che un fattore determinante dei cicli meteorologici annuali in quella regione – in particolare, una fredda lingua di acque superficiali che si estende verso ovest lungo l’Equatore dalla costa del Sud America – non è stato riconosciuto: la distanza variabile tra la Terra e il sole. La lingua fredda, a sua volta, influenza la El Niño-Southern Oscillation (ENSO), che ha un impatto sul clima in California, gran parte del Nord America e spesso a livello globale.
La distanza Terra-Sole varia lentamente nel corso dell’anno perché l’orbita terrestre è leggermente ellittica. Attualmente, al suo approccio più vicino (perielio) la Terra è circa 3 milioni di miglia più vicina al sole rispetto al suo punto più lontano (afelio). Di conseguenza, la luce solare è circa il 7% più intensa al perielio rispetto all’afelio.
Una ricerca condotta dall’Università della California, a Berkeley, dimostra che il leggero cambiamento annuale della nostra distanza dal sole può avere un grande effetto sul ciclo annuale della lingua fredda. Questo è distinto dall’effetto dell’inclinazione assiale della Terra sulle stagioni, che attualmente si ritiene causi il ciclo annuale della lingua fredda.
Poiché il periodo del ciclo annuale derivante dagli effetti di inclinazione e distanza è leggermente diverso, i loro effetti combinati variano nel tempo, ha affermato il ricercatore John Chiang, Professore di geografia della UC Berkeley. “La cosa curiosa è che il ciclo annuale dall’effetto distanza è leggermente più lungo di quello per l’inclinazione – circa 25 minuti, attualmente – quindi in un arco di circa 11.000 anni, i due cicli annuali passano dall’essere in fase all’essere fuori fase, e di conseguenza la stagionalità netta subisce un notevole cambiamento”, ha detto Chiang.
Il ricercatore ha osservato che l’effetto della distanza è già incorporato nei modelli climatici – sebbene il suo effetto sul Pacifico equatoriale non sia stato riconosciuto fino ad ora – e che le sue scoperte non altereranno le previsioni meteorologiche o le proiezioni climatiche. Ma il ciclo di 22.000 anni potrebbe aver avuto effetti storici a lungo termine. È noto che la precessione orbitale della Terra ha influenzato i tempi delle ere glaciali, ad esempio.
L’effetto distanza – e la sua variazione di 22.000 anni – potrebbe influenzare anche altri sistemi meteorologici sulla Terra. L’ENSO, che ha origine nel Pacifico equatoriale, è probabilmente interessata perché il suo funzionamento è strettamente legato al ciclo stagionale della lingua fredda. “La teoria ci dice che il ciclo stagionale della lingua fredda gioca un ruolo chiave nello sviluppo e nella conclusione degli eventi ENSO”, ha affermato Alyssa Atwood, assistente Professoressa alla Florida State University di Tallahassee. “Per questo motivo, molte delle caratteristiche chiave di ENSO sono sincronizzate con il ciclo stagionale“.
Ad esempio, gli eventi ENSO tendono a raggiungere il picco durante gli inverni dell’emisfero settentrionale, ha affermato, e in genere non persistono oltre i mesi primaverili settentrionali, ciò che gli scienziati chiamano “barriera della prevedibilità primaverile”. A causa di questi collegamenti, è ragionevole aspettarsi che l’effetto distanza possa anche avere un impatto importante sull’ENSO, cosa che dovrebbe essere esaminata in studi futuri.
“È stata prestata pochissima attenzione al ciclo stagionale della lingua fredda perché la maggior parte delle persone pensa che sia risolto“, ha detto Chiang. “Quello che questa ricerca mostra è che non è stato risolto. C’è ancora un mistero lì. Il nostro risultato pone anche la domanda se anche altre regioni della Terra possano avere un contributo significativo dell’effetto distanza al loro ciclo stagionale”.
“Impariamo nelle lezioni di scienze già alle scuole elementari che le stagioni sono causate dall’inclinazione dell’asse terrestre“, ha aggiunto Anthony Broccoli della Rutgers University. “Questo è certamente vero ed è ben compreso da secoli. Sebbene sia stato riconosciuto anche l’effetto della distanza Terra-Sole, il nostro studio indica che questo “effetto distanza” potrebbe essere un effetto più importante sul clima di quanto non fosse stato riconosciuto in precedenza”.
Chiang, Atwood, Broccoli e colleghi hanno pubblicato il loro studio sulla rivista Nature.
Due distinti cicli annuali influenzano la lingua fredda del Pacifico
La temperatura mensile della superficie marina nell’Oceano Pacifico orientale negli anni normali, El Niño e El Niña. L’intensità della lingua fredda del Pacifico, più evidente nell’immagine in alto, è legata alla El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Credit: NOAA
Il principale motore dei cambiamenti meteorologici globali è il cambiamento stagionale. L’Equatore terrestre è inclinato rispetto alla sua orbita attorno al sole, quindi gli emisferi settentrionale e meridionale sono illuminati in modo diverso e questo influenza il loro clima.
Questi cambiamenti annuali hanno effetti importanti sugli alisei equatoriali del Pacifico, che soffiano da sud-est a nord-ovest attraverso il Pacifico meridionale ed equatoriale e spingono le acque di superficie verso ovest, provocando la risalita di acqua fredda lungo l’Equatore che crea una lingua di acqua superficiale fredda che si estende dall’Ecuador attraverso il Pacifico — quasi un quarto della circonferenza del pianeta.
I cambiamenti emisferici annuali della temperatura stagionale alterano la forza degli alisei, e quindi causano un ciclo annuale nella temperatura della lingua fredda. Questo, a sua volta, ha una grande influenza sull’ENSO, che in genere raggiunge il picco durante l’inverno dell’emisfero settentrionale. La presenza di El Niño – o del suo opposto, La Niña – aiuta a determinare se la California e la costa occidentale degli USA avranno un inverno umido o secco, ma anche se il Midwest e parti dell’Asia avranno pioggia o siccità.
“Nello studio dei climi del passato, molti sforzi sono stati dedicati a cercare di capire se la variabilità nell’Oceano Pacifico tropicale – cioè il ciclo El Niño/La Niña – è cambiata in passato“, ha detto Broccoli. “Noi abbiamo scelto di concentrarci invece sul ciclo annuale delle temperature oceaniche nella lingua fredda del Pacifico orientale. Il nostro studio ha scoperto che la tempistica del perielio, cioè il punto in cui la terra è più vicina al sole, ha un’influenza importante sul clima nel Pacifico tropicale”.
Nel 2015, Broccoli, co-direttore del Rutgers Climate Institute, insieme a Michael Erb, ha impiegato un modello climatico al computer per dimostrare che i cambiamenti di distanza causati dall’orbita ellittica della Terra alteravano drasticamente il ciclo annuale della lingua fredda. Ma i modellisti climatici hanno per lo più ignorato il risultato, ha detto Chiang. “Il nostro campo si concentra su El Niño e pensavamo che il ciclo stagionale fosse risolto. Ma poi ci siamo resi conto che il risultato di Erb e Broccoli sfidava questa ipotesi”, ha detto.
Chiang e colleghi, tra cui Broccoli e Atwood, hanno esaminato simulazioni simili utilizzando quattro diversi modelli climatici e hanno confermato il risultato. Ma il team è andato oltre per mostrare come funziona l’effetto distanza.
Gli emisferi “marino” e “continentale” della Terra
Man mano che la Terra si avvicina al sole nella sua orbita ellittica, l’emisfero “continentale” (a destra) si riscalda più dell’emisfero “marino” (a sinistra), generando alisei che influenzano la lingua fredda del Pacifico e probabilmente il ciclo El Niño/La Niña
La distinzione chiave è che i cambiamenti nella distanza del sole dalla Terra non influenzano in modo diverso gli emisferi settentrionale e meridionale, che è ciò che dà origine all’effetto stagionale dovuto all’inclinazione assiale della Terra. Invece, riscaldano l'”emisfero continentale” dominato dalle masse continentali nord e sudamericane e africane ed eurasiatiche, più di quanto non riscaldino l’”emisfero marino”, dominato dall’Oceano Pacifico.
“Il modo tradizionale di pensare ai monsoni è che l’emisfero settentrionale si riscalda rispetto all’emisfero meridionale, generando venti sulla terra che portano piogge monsoniche“, ha detto Chiang. “Ma qui, in realtà stiamo parlando di differenze di temperatura est-ovest, non nord-sud, che causano i venti. L’effetto distanza sta operando attraverso lo stesso meccanismo delle piogge monsoniche stagionali, ma i cambiamenti del vento provengono da questo monsone da est a ovest”.
I venti generati da questo riscaldamento differenziale degli emisferi marino e continentale alterano la variazione annuale degli alisei orientali nel Pacifico equatoriale occidentale, e quindi la lingua fredda. “Quando la Terra è più vicina al sole, questi venti sono forti. In bassa stagione, quando il sole è più lontano, questi venti diventano deboli”, ha detto Chiang. “Quei cambiamenti del vento vengono quindi propagati nel Pacifico orientale attraverso il termoclino e, di conseguenza, questo guida un ciclo annuale della lingua fredda”.
Oggi, ha detto Chiang, l’effetto della distanza sulla lingua fredda è circa un terzo della forza dell’effetto di inclinazione e si migliorano a vicenda, portando a un forte ciclo annuale della lingua fredda. Circa 6.000 anni fa, si cancellarono a vicenda, producendo un ciclo annuale smorzato della lingua fredda. In passato, quando l’orbita terrestre era più ellittica, l’effetto della distanza sulla lingua fredda sarebbe stato maggiore e avrebbe potuto portare a una cancellazione più completa.
Sebbene Chiang e colleghi non abbiano esaminato l’effetto di tale cancellazione, ciò avrebbe potenzialmente avuto un effetto mondiale sui pattern meteorologici. Chiang ha sottolineato che l’effetto della distanza sul clima, sebbene chiaro nelle simulazioni dei modelli climatici, non sarebbe evidente dalle osservazioni perché non può essere facilmente distinto dall’effetto dell’inclinazione. “Questo studio è puramente basato su modelli. Quindi, è una previsione”, ha detto. “Ma questo comportamento è riprodotto da diversi modelli, almeno quattro. E quello che abbiamo fatto in questo studio è spiegare perché questo accade. E nel processo, abbiamo scoperto un altro ciclo annuale della lingua fredda che è guidato dall’eccentricità della Terra”.
Atwood ha osservato che, a differenza delle forti modifiche al ciclo stagionale della lingua fredda, le modifiche a ENSO tendono a dipendere dal modello. “Sebbene l’ENSO rimanga una sfida per i modelli climatici, possiamo guardare oltre le simulazioni dei modelli climatici alle registrazioni del paleoclima per studiare la connessione tra i cambiamenti nel ciclo annuale della lingua fredda e l’ENSO in passato”, ha affermato. “Ad oggi, le registrazioni del paleoclima del Pacifico tropicale sono state ampiamente interpretate in termini di cambiamenti passati nell’ENSO, ma il nostro studio sottolinea la necessità di separare i cambiamenti nel ciclo annuale della lingua fredda dai cambiamenti nell’ENSO”.