venerdì 6 aprile 2012

Killer loop glaciologico

Storia di mandanti e killer. Quando i primi agiscono in perfetta combutta con i secondi. E cade l'alibi del presunto lungo ritardo con cui i secondi avrebbero risposto, nel tempo, alle sollecitazioni dei primi. Storia di deboli forzanti climatiche di lungo periodo e di associati e potenti feedback che hanno, a loro volta, forzato lo stato generale del sistema climatico.

Clark et al. 2012
Iniziamo una serie di post su alcuni miti ricorrenti nel solito mondo collaterale dotato di leggi fisiche molto speciali e di una matematica particolare. Con questo e altri post che seguiranno, vediamo come questo universo cada letteralmente a pezzi quando si entra un po' nel dettaglio e si ricorre a quel che la scienza del clima ci sa dire, anche di recente. Intanto, come sempre, siamo in attesa che una teoria alternativa sufficientemente valida, riproducibile mediante simulazione e osservabile possa spiegarci perché il clima si stia scaldando e il sistema accumuli energia.


Oggi iniziamo con il ghiaccio e i dati proxy da esso estratto: il mito ricorrente è quello associabile ad Al Gore che - sul legame su scala orbitale/plurimillenaria fra CO2 e temperature - avrebbe detto una fesseria (fra le tante...) perché non sarebbe la CO2 a guidare le temperature bensì il contrario visto che gli andamenti della temperatura globale tenderebbero a precedere quelli della concentrazione di CO2.
Che la CO2 influisca sulle temperature via modifica del bilancio energetico è roba nota da almeno un secolo e mezzo e al momento mi sembra tempo sprecato ribadirlo. Che il gas risponda a sollecitazioni termiche del geo-sistema con relativa inerzia, mi pare che possa pure essere ovvio almeno a chi abbia qualche rudimentale infarinatura sul ciclo del carbonio e fattori associabili.


La cosa è già stata affrontata e spiegata millanta volte, il mito debunkizzato zillanta volte e davvero sembra l'ennesima variante della storia dell'uovo e della gallina. Per un sintetico riassunto dello stato-dell-arte fino a ieri l'altro, consiglio la lettura di questi chiarissimi post tratti da climalteranti (qui, qui e qui) o tradotti da RC o da SkS. Anche qui a MS se ne era indirettamente accennato.

Ora ci torniamo perché sono appena usciti due importanti papers che, come segnalava elz ieri in un commento sul post delle proiezioni (e come ha già commentato l'aggiornatissima e attentissima oca), potrebbero benissimo costituire, in tal senso, una sorta di killer loop.

Al meeting dell'INQUA svoltosi la scorsa estate a Berna ebbi l'occasione di assistere ad alcune interessanti conferenze (per es. questa, questa o quest'altra) presentate da una manciata di esperti sul tema (per es. Bette Otto-Bliesner / NCAR, Andreas Schmittner / COAS, Ning Zeng / UniMaryland o Jeremy D. Shakun / OSU Geosciences e NOAA), oltre ad un paio di sessioni plenarie (fra le quali quella di Peter Clark / OSU Geosciences)  e ad un interessante presentazione di svariati lavori paleoclimatologici presentati su poster. Ne avevo riferito qui.
BTW: Andy Schmittner è anche l'autore principale dello studio pubblicato alcuni mesi fa (vedi anche qui e qui le analisi su RC e qui su SkS; interessante anche la lunga trafila di commenti seguita) attraverso il quale viene migliorata la stima della sensibilità climatica a partire da ricostruzioni termiche paleoclimatiche dell'ultimo massimo glaciale (LGM). Studio interessante soprattutto perché - come lo stesso ricercatore asserì al meeting e il co-autore Nathan Urban ribadsce nella interessante intervista rilasciata per Planet 3.0 - da esso sembrerebbe che si possano escludere forse per la prima volta con una certa accuratezza le stime più alte, rendendo poco plausibili quelle superiori a 5.5K (Andy, al meeting, fece anche dell'ironia circa le interpretazioni a geometria variabile che questo studio avrebbe potuto suscitare circa i soliti noti;  fu buon profeta, in tal senso, vedi qui o vedi anche nei soliti centri di pescicoltura :-D). Resta anche da dire che, in ogni caso, lo studio non riduce le incertezze e i dubbi a riguardo di questa interessantissima fase climatica passata: se la sensibilità climatica si riduce (da una mediana dell'ensemble verso cui converge oggi il mainstream scientifico di circa 3 ± 1.5K ad una di circa 2.3 ± 0.5K), si ridurrebbe anche la differenza termica generale fra il periodo attuale e il LGM (sostanzialmente di quasi la metà), con tutte le implicazioni di variabilità regionale ma anche di ipoteche sul futuro che questa ricostruzione porterebbe con sé. Per tacere poi dei limiti imposti da distribuzione e variazione geografica di lapse rate, umidità relativa ed effetti infrarossi della nuvolosità che il modello del bilancio energetico usato implicherebbe, come suggeriva Ray Pierrehumbert in risposta a questo commento.

Anyway, per tornare a bomba: al meeting di cui parlavo prima, venne anche presentato, in forma ancora "grezza", il bottomline di questi recenti lavori (qui quello su Nature, qui quello su PNAS free online) che riassumono ed esemplificano pure in dettaglio quello che si sa oggi sul periodo molto interessante e anche importante dal punto di vista della comprensione dei meccanismi delle dinamiche del sistema climatico, dell'affinamento dei modelli e delle proiezioni future: quello che segue il LGM di circa 20.000 anni fa. I 12 millenni intercorsi fra il LGM e l'inizio del massimo olocenico sono caratterizzati da incessanti fenomeni di retroazione e di variabilità stocastica influenzati da forzature climatiche importanti che caratterizzano condizioni al contorno molto differenti. Fondamentali, in questo senso, sono obv. le condizioni orbitali di partenza e di arrivo che, come già sappiamo, fungono da innesto iniziale su scale temporali così lunghe (quei fattori che Paolo Gabrielli, nei precedenti post segnalati di climalteranti, definisce, con acume metaforico, come "mandanti").
Vediamo velocemente, nei seguenti grafici, situazioni orbitali (precessione, nutazione, eccentricità) e, a seguire, le condizioni orbitali al LGM, all'inizio del massimo termico olocenico e odierne:



Per simulare il clima del passato occorre stimare in primis in che modo i drivers climatici esterni sono cambiati nel passato. Per i due periodi citati sopra, i più importanti - come si vede - sono le tre variazioni dei parametri orbitali per il LGM e essenzialmente solo il moto di precessione (quello con il ciclo più corto) per il lasso di tempo che comprende il picco termico olocenico. Quest'ultimo, denotando la posizione più vicina della Terra rispetto al sole in un anno civile (perielio), varia con un periodo corrispondente grossomodo a quello intercorso fra il presente e il LGM. Attualmente il perielio avviene ai primi di gennaio, ma circa 10.000 anni fa avveniva in luglio. Conseguentemente, le estati sull'emisfero nord, a quell'epoca, tendevano ad essere considerevolmente più calde rispetto ad oggi, e gli inverni più freddi. E infatti, tutte le informazioni vicarianti disponibili indicano come le estati siano diventate più fresche, su scale secolari, lungo tutto l'arco dell'Olocene. Per inciso, un test interessante di modellizzazione climatica è proprio quello di controllare se questo trend di raffreddamento plurisecolare delle temperature estive boreali possa essere riprodotto fedelmente da un modello guidato dalla sola variazione della posizione del perielio.

Quindi, abbiamo un motore orbitale che svolge il ruolo di mandante nel passaggio dalla LGM all'inizio del massimo olocenico. I "killer" (sempre per usare la metafora citata prima) sono invece rappresentati dalla capacità che ha l'atmosfera di fare più o meno buon uso della maggiore o minore radiazione solare incidente. Con complici come l'albedo, la CO2 (e il CH4) incarnano perfettamente questo ruolo. Il meccanismo è noto:
(1) variazione dei parametri orbitali ➔ (2) aumento della radiazione solare incidente ➔ (3) riduzione dell'estensione e della massa glaciale boreale che finisce in mare ➔ (4a) meno albedo e quindi aumento della temperatura soprattutto sull'emisfero boreale; (4b) però anche aumento della biosfera continentale ed eventuale feedback equilibrante sul ciclo del carbonio (anche se vi è chi ritiene che la biosfera terrestre in realtà agisca in maniera differente e persino opposta); (4c) ma anche passaggio graduale da una situazione con mare più basso, con minor superficie e minor capacità di assorbire CO2, ad una nuova con maggior livello e superficie; (4d) ma pure indebolimento di quella importantissima parte del nastro trasportatore oceanico che è la corrente di rovesciamento meridionale dell'Atlantico (AMOC) ➔ (5) aumento della concentrazione del killer CO2 (ma anche del comprimario CH4), degassati dai mari più caldi tropicali e australi, da permafrost ridotto, eventualmente liberata da carbonio glaciale prima sepolto, da cambiamenti nell'assorbimento e nello stoccaggio da parte dell'AMOC ➔ (6) aumento della temperatura globale e accelerazione del processo di deglaciazione.

Il cerchio di incertezze ancora ampiamente aperto nel post citato di climalteranti (cioè i punti di domanda relativi alla spiegazione di come siano avvenute le connessioni ancora poco chiare nel meccanismo spiegato prima), tende, quindi, a ridursi sostanzialmente e in ultima analisi grazie a quello che emerge dai due studi segnalati. Mentre la sincronicità e il ridotto lag temporale fra la fase 4a e la fase 5 era già stata spiegata in questo studio segnalato nel post, questi ultimi lavori permettono chiaramente di capire molto meglio come si è svolto il tutto.

L'alibi del ritardo troppo lungo (?) con cui il main killer (la CO2) risponderebbe alle sollecitazioni indirette effettuate dal mandante principale (fonte di numerosi tentativi di scagionarlo dal suo importantissimo ruolo nel produrre i cambiamenti climatici su scala orbitale)  quindi, cade. E, parallelamente, viene corroborata sia la teoria del bipolar seesaw (vedi anche qui) sia quella che fa capo all'importanza dell'AMOC e non vengono precluse altre teorie collaterali. Inoltre queste recenti scoperte favoriscono probabilmente l'uscita da uno dei tanti vicoli ciechi che la paleoclimatologia di tanto in tanto ci regala con encomiabile generosità.

Per inciso, oggi non c'è assolutamente nulla di diverso da allora, nel meccansimo: è ancora una storia di mandanti e di killer che agiscono in combutta, con i secondi che - a seconda del grado di incisività e di velocità - accumulano un ritardo temporale paragonabile esattamente a quello che l'isteresi e l'effetto pipeline prevedono per loro. Cambiano solo i mandanti, che in questo caso si chiamano forzanti antropiche; i killer sono sempre feedback che agiscono come albedo mutato e come perturbazioni nel ciclo dell'acqua e del carbonio.



Metto la bottomline tratta dalla presentazione della scorsa estate e, a seguire, l'abstract del lavori pubblicato su Nature. Avremo modo di tornare a parlarne.
We determine the leading modes of global climate variability during the last deglaciation using a database of most of the high-resolution, well-dated proxy records currently available. Two modes explain ~70% of deglacial climate variability. The first mode (~60% of the variance) exhibits a globally near-uniform pattern and is strongly correlated with ice-core records of greenhouse gas (GHG) forcing, implicating it as a major driver of global deglaciation. While Antarctic temperature appears to have led CO2 during deglaciation, we find that global mean temperature varied in phase with CO2 within error, consistent with a causal role for GHGs in driving warming. The second mode is more variable in sign and magnitude around the globe and resembles proxy records of Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) strength, highlighting its role in the abrupt climate changes of the last deglaciation. Transient simulations of the last deglaciation with NCAR CCSM3 support the association of these leading climate modes with GHG and AMOC forcing. Lastly, our results suggest that deglacial warming began synchronously throughout the tropics and Southern Hemisphere at ~19 ka and was coeval with northern extratropical cooling. These temperature patterns may reflect the response to a collapse of the AMOC due to boreal insolation-driven melting of northern ice sheets, which points to a classic Milankovitch trigger for the last deglaciation.
The covariation of carbon dioxide (CO2) concentration and temperature in Antarctic ice-core records suggests a close link between CO2 and climate during the Pleistocene ice ages. The role and relative importance of CO2 in producing these climate changes remains unclear, however, in part because the ice-core deuterium record reflects local rather than global temperature. Here we construct a record of global surface temperature from 80 proxy records and show that temperature is correlated with and generally lags CO2 during the last (that is, the most recent) deglaciation. Differences between the respective temperature changes of the Northern Hemisphere and Southern Hemisphere parallel variations in the strength of the Atlantic meridional overturning circulation recorded in marine sediments. These observations, together with transient global climate model simulations, support the conclusion that an antiphased hemispheric temperature response to ocean circulation changes superimposed on globally in-phase warming driven by increasing CO2 concentrations is an explanation for much of the temperature change at the end of the most recent ice age.

4 commenti:

  1. ottimo e abbondante uovo di pasqua, grazie (aggiornata: i giornalisti son stati preavvisati, c'è stata anche una tele-conf.stampa di Nature che comprendeva anche l'altro paper). Metto il link.

    I primi lavori sull'Epica carota accennavano al bi-polar seesaw, troppo timidamente?
    Sono curiosa di vedere la ripercussione sulle varie correnti - Agulhas comprese o faccio sciopero - e sui forecast.

    Certo che il paper di Jeremy S. et al su Nature ha avuto una peer-review lunga: è uscito dopo quello sui PNAS, pur essendo arrivato mesi prima.

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  2. Riccardo Reitano7 aprile 2012 17:34

    Ho trovato il PNAS di Clark et al. particolarmente interessante per il dettaglio regionale. E' un grande aiuto a farsi un'idea più precisa dei meccanismi causa dei cambiamenti intercorsi dalla fine del LGM. Esistono da tempo analisi sulle diverse regioni prese separatamente; questo è il primo, che io sappia, che integra tutto in dettaglio in n quadro coerente. Chapeau.

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  3. Veramente un post interessante sull'argomento che piu' mi appassiona (climatologicamente parlando). Non faccio altri commenti perche' piu' leggo piu' capisco di essere immensamente ignorante in materia. E poi voglio studiare con calma il post e tutti i link. Tc

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  4. @TC
    Grazie dell'interesse, d'altronde su questo tema (così come su molto altri) lo sono parecchio anche io.

    @RR
    concordo con te. Anche se poi, a ben guardare, ci sono ancora margini di miglioramento soprattutto per quanto riguarda la risoluzione temporale. Più si zooma sulla linea del tempo, più vediamo uscire la variabilità interna e il modo con cui essa "lavora" producendo le incessanti retroazioni fra le varie componenti del sistema climatico. Cfr per es. l'ultimo millennio, fîno al watershed dell'era antropocenica, a prescindere dalla "concentrazione" nel tempo delle grandi eruzioni vulcaniche (e forse della TSI?). Credo comunque che sia il top di quello che si riesca a ricostruire e ad inferire oggi dall'analisi dei dati vicarianti.

    @oca
    prego, non c'è di che :-D e grazie del link.
    Epica: beh, vorrei vedere. Credo anzi che per quello che si poteva dedurre dai dati proxy, l'accenno fatto fosse una splendida benché timida intuizione.
    Agulhas ieri, oggi e domani: work in progress, to be continued...;-)
    Nature: dici che hanno un processo di controllo e revisione più rigido? Ne dubito. Vediamo: Nature: rec. settembre, app. 5 mesi dopo, pub. 2 mesi dopo. PNAS: rec. ottobre, app. 3 mesi dopo, pub. 1 mese dopo. Più semplicemente, penso sia a question of quantity/time. Forse su Nature il rapporto è più alto che su PNAS. E quindi si dilaziona, giocoforza (anche se poi ci sono le nipotine NG e NCC...).

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