Un nuovo indice per valutare gli effetti sull’atmosfera del ciclo solare

Non è un mistero che su queste pagine si guardi al Sole come uno degli attori principali del cambiamento climatico,  probabilmente anche di quello in atto. E non è un mistero che tra i sostenitori dell’AGW il ruolo del Sole tenda ad essere sminuito, in qualche caso annullato.

Alcuni eventi climatici particolarmente interessanti si sono verificati in corrispondenza di minimi dell’attività solare molto profondi. Uno degli eventi più vicini a noi è la cosiddetta Piccola Era Glaciale (PEG), caratterizzata da un brusco calo delle temperature che determinò fenomeni oggi inusuali: i fiumi ghiacciavano durante il periodo invernale alle latitudini di Londra, i ghiacciai terrestri registrarono un’avanzata generalizzata e si verificarono periodi di carestia che sono registrati negli annali. La PEG ebbe inizio nel quattordicesimo secolo e terminò verso la metà del diciannovesimo secolo.

Il periodo climatico noto come PEG, fu caratterizzato da una bassa attività solare, ebbe inizio appena dopo un lungo intervallo temporale caratterizzato da bassa attività solare noto come minimo di Wolf e durante il periodo freddo si verificarono altri tre minimi solari: Sporer, Maunder, e Dalton. La comunità scientifica non è concorde circa questo periodo freddo. Secondo alcuni esso non si è mai verificato e le documentazioni iconografiche e testuali sono  considerate fatti aneddotici che non dimostrerebbero l’esistenza di un periodo freddo prolungato e, soprattutto,  globale. Secondo altri la PEG riveste carattere globale e fu caratterizzata da una diminuzione molto accentuata delle temperature globali come testimoniano le fonti iconografiche, i testi scritti e i dati di prossimità (dendrocronologici, sedimenti lacustri etc). In mezzo tutta una gamma di posizioni che oscillano tra i due estremi. Personalmente solo dell’avviso che la PEG fu un periodo caratterizzato da forti oscillazioni climatiche: a periodi freddi si alternavano periodi caldi in un quadro di estrema variabilità che rese molto più difficile la vita degli esseri umani e che coincise con un avanzamento dei ghiacciai terrestri. Sono dell’avviso, inoltre, che essa fu un fenomeno globale e non locale.

Nel corso del 2018 il Sole è entrato in un nuovo minimo sorprendendo un poco i fisici solari: il minimo era atteso tra un anno circa. Il ciclo 24 è stato dichiarato completato all’inizio del 2018 e quello in cui ci troviamo ora è il ciclo 25. Il ciclo 24 è stato caratterizzato da un picco di attività molto più basso di quelli che lo hanno preceduto e paragonabile ai cicli solari dell’inizio del secolo scorso. Il ciclo 25 non dovrebbe essere molto diverso dal 24, ma trattandosi di fenomeni naturali, è meglio andarci con i piedi di piombo. La cosa rilevante è che il minimo in cui ci troviamo, sembra piuttosto fuori dell’ordinario: da gennaio a settembre il 58% delle giornate è stato privo di macchie solari.

Cosa comporta il minimo solare per la nostra atmosfera? Gli scienziati sanno che durante il minimo solare, diminuisce la quantità di radiazione ultravioletta e di raggi x che raggiungono la termosfera (lo strato atmosferico più esterno che si sviluppa tra 100 e 500 km dalla superficie terrestre). La riduzione della radiazione che raggiunge la termosfera, determina un raffreddamento della stessa che è massimo nella parte più esterna e si riduce man mano che ci avviciniamo alla mesosfera. Nella figura seguente, elaborata dalla NASA, viene visualizzato quanto ho cercato di descrivere.


Qualche giorno fa sul Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics è stato pubblicato un l’articolo

Thermosphere climate indexes: Percentile ranges and adjectival descriptors di M.G. Mlynczak, L.A. Hunt, J. M. Russel e B. T. Marshall (da ora Mlynczak et al., 2018).

I ricercatori hanno utilizzato i dati trasmessi a terra dallo strumento SABRE, posto a bordo del satellite TIMED della NASA. Lo strumento è in grado di misurare le emissioni nell’infrarosso del diossido di carbonio (CO2) e dell’ossido nitrico (NO), due sostanze che svolgono un ruolo chiave nel bilancio energetico dell’atmosfera tra 100 e 300 chilometri sopra la superficie del nostro pianeta. Analizzando le emissioni nell’infrarosso di queste molecole misurate da SABRE,  Mlynczak et al., 2018 sono stati in grado di valutare lo stato termico del gas nella termosfera.

L’aspetto importante del lavoro dei ricercatori della NASA è stata l’introduzione di un nuovo indice:  il “Thermosphere Climate Index” (TCI) che rappresenta il flusso di calore irradiato nello spazio dalle molecole di ossido nitrico. L’articolo non è liberamente accessibile, per cui mi sono limitato a leggere l’abstract e diverse recensioni. Non sono in grado, pertanto, di descrivere nei dettagli le metodologie che i ricercatori hanno utilizzato per determinare l’indice TCI, ma sulla base di quanto ho potuto capire, esso rappresenta la media calcolata su sessanta giorni della potenza termica irradiata nello spazio dalla termosfera. I diagrammi calcolati da Mlynczak et al., 2018 sono riferiti a cinque cicli solari completi e, quindi, coprono l’ultimo mezzo secolo. Il satellite TIMED è operativo da circa 17 anni, per cui l’indice TCI relativo agli anni precedenti, è stato ricostruito sulla base della relazione che lega il flusso termico misurato da SABRE con indici solari  e geomagnetici che vengono misurati da decenni. Una volta calcolato l’indice TCI, i ricercatori hanno attribuito allo stesso degli aggettivi (“calda” o “fredda”), riferiti allo stato termico della termosfera. Il valore del TCI calcolato per il massimo del ciclo solare 24, ha fatto registrare una fase calda estremamente ridotta, per cui i ricercatori hanno definito il ciclo 24 come il più freddo degli ultimi cicli solari. Tornando al minimo attuale, Mlynczak et al., 2018 sono dell’avviso che esso quasi sicuramente sarà un minimo da record: la termosfera raggiungerà un livello freddo mai registrato durante le osservazioni spaziali. Ciò non significa, ovviamente, che nel resto della storia del nostro pianeta non si siano potuti verificare minimi ancora più freddi.

Per chi dov esse essere interessato, il grafico può essere visualizzato del TCI  qui.

Questo nuovo indice ha valenza climatica? Personalmente non credo, in quanto ciò che determina il clima terrestre accade molti chilometri più in basso, nella troposfera e nella stratosfera ma, allo stato delle nostre conoscenze scientifiche circa l’interazione Sole-clima terrestre, non siamo in grado di stabilire con certezza se l’interazione esiste o meno. Questo è il parere, per esempio, del prof. Mauro Messerotti, dell’Osservatorio di Trieste dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e dell’università di Trieste. In un lancio dell’ANSA un virgolettato attribuito al ricercatore, non lascia adito a dubbi. Secondo Messerotti l’alta atmosfera potrebbe influenzare il clima terrestre pur tenendo conto che la troposfera è lontana e che il livello di conoscenza scientifica dell’influenza della radiazione solare sul clima terrestre è scarso (l’enfasi è mia).

Personalmente sono del tutto d’accordo con il prof. Messerotti e la cosa mi conforta non poco. Soprattutto in considerazione del fatto che, anche su queste pagine, non sono mai mancati sapientoni che hanno liquidato come fantasie (per usare un eufemismo) i tentativi di far notare che il clima terrestre non può prescindere dai cambiamenti nel flusso della radiazione solare.

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Author: Donato Barone

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11 Comments

  1. Non è che abbiamo inquinato il Sole.. il ciclo 23 è stato inaspettato.. il resto sono tante (parecchie) favole..

    Già il ciclo 22 fu paragonabile e rispetto un apice conosciuto di attività solare. Questo riconducibile dallo studio avvenuto nei secoli a noi più vicini.

    La serie di dinamiche atmosferiche messe in gioco dal ciclo 23 è perfettamente riconducibile al ciclo 22.

    mette in chiaro una cosa!

    Le intense fasi del Bimbo lunghe e perpetrate, sono lo specchio di questi due cicli ( il 22 ed il 23 ) Direi quasi in serie, piuttosto che intensi. Poi altro merita molto approfondimento, per dirlo con schiettezza e soprattutto chiarezza..

    Tutto questo ha forse a che fare con l’orientamento delle celle di Hadley, piuttosto che una loro espansione..

    In soldoni fasi East Atlantic impazzite… Non ci sono solo cicli di undici anni …

    Immagine allegata

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  2. Direi che non si tratta di stabilire un perché la bassa atmosfera si raffredda, ma di studiare il perché e il come.. Nel tempo la stratosfera e la troposfera relativamente al decorso stagionale, rispondono nel tempo. Cioè come le variabili in gioco agiscono sulle quantità atmosferiche.

    Se l’alta atmosfera terrestre si raffredda nel corso di mezzo secolo, e non dobbiamo aspettarci nulla.. (perlomeno i miei nipoti, non dovranno..) mia nonna è la Regina d’Inghilterra..

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  3. come fa ad esserci equilibrio termodinamico tra stratosfera e troposfera?

    antartic vortex docet…

    in poche parole dobbiamo aspettarci scossoni per vedere scivolare qualcosa sulle nostre lande.. ma neanche troppo.. dipenderà forse dall’alto indice zonale allo stato “embrionale” sul lato atlantico..
    in qualche commento non arrivato settimane fa si mostrava (scarsa zonalità sul ramo siberiano) o si è detto in passato (commento arrivato)
    il vortice artico si sarebbe formato in una configurazione a dipolo prevalente canadese..

    si può prevedere quindi.. ci sarà da ridere in futuro..

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  4. @roberto

    “Se il libero cammino medio nella Termosfera è circa 1 km”

    Scusami… ma questo dove lo hai letto o da cosa l’hai dedotto?

    In questa presentazione…
    ftp://ccar.colorado.edu/pub/forbes/ASEN5335/Sun/6.-Upper%20Atmosphere-1.pdf

    … dicono che…

    “Thermal conduction (molecular and turbulent) removes heat from the thermosphere to the mesosphere (here collision frequencies are high enough that polyatomic molecules CO2, O3, H2O can radiate energy away in infrared).”

    … e trattano i vari gas come se fossero dei gas perfetti, in equilibrio…
    C’e’ poi un grafico dove mostrano la densita’ dei “neutri”, quindi molecole non ionizzate, e quindi non si tratta di un plasma.
    Il cammino libero medio delle molecole non puo’ essere di un km, mi pare troppo grande… corrisponderebbe a 10-7 mbar o qualcosa del genere.
    Comunque, e’ interessante… ci daro’ un’occhiata…

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  5. Caro Donato, articolo molto chiaro e informativo, grazie.
    Anche io non credo molto nella relazione diretta tra termosfera e troposfera, anche se, come sottolineato da alcuni, non se ne sa molto. Posso pensare che la relazione sia “mediata” da molte e complesse relazioni tra energia solare e atmosfera nei suoi vari strati.
    Malgrado questo, però trovo interessante la definizione di questo indice: magari il futuro ci dirà qualcosa sulla sua possibile importanza … Mi spiace che il link ai valori numerici (mediato da DropBox) a me non funzioni. Il link corretto al sito di SABER è http://saber.gats-inc.com/ (non https come è scritto) ma non sono riuscito a trovare lì la serie del TCI.
    Ciao. Franco
    PS: approfitto per ringraziare Robertok06 per il full text

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  6. Se il libero cammino medio nella Termosfera è circa 1 km ed il sistema termodinamico è lontano dall’equilibrio termico siamo più vicini ad una situazione di “plasma” che di “gas” (come per la Troposfera). Mi sembra molto difficile riuscire a definire un modello coerente in queste condizioni. Ne concludo, per quel poco che so, che non è una sorpresa che non si sappia molto sugli effetti del Termosfera sugli strati più bassi.

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  7. Copie per l’autore e Copyright Modifica
    Prima dell’avvento dell’editoria digitale, quasi tutti gli editori prevedevano un certo numero di copie cartacee della pubblicazione da consegnare all’autore, il quale le distribuiva a colleghi interessati. Solitamente era pure prevista la possibilità avere copie addizionali a costi contenuti; quasi sempre le copie per autore consistevano in un estratto di pagine della rivista con apposita copertina.

    L’avvento dapprima delle riproduzioni fotostatiche, e successivamente dell’editoria digitale ha eliminato la necessità delle copie cartacee e rafforzato il tema del copyright sullo scritto, data la facilità con cui una copia digitale può essere duplicata.

    Le principali case forniscono una copia digitale, con indicazioni soprascritte che trattasi di copia dell’autore, la cui distribuzione è permessa solo in ambito didattico, non commerciale e non riproducibile. Solitamente per l’inserimento nella home page dell’autore o altri siti di deposito si deve richiedere un permesso; in molti casi questo si applica solo alla versione definitiva e non a “preprint” precedenti.

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  8. @nontelodico

    “Ecchisenefrega dei vecchi diritti d’autore….”

    Si vede che non hai mai pubblicato un articolo scientifico… non esistono i diritti d’autore per le pubblicazioni scientifiche!… non sono canzonette!

    Riprova con calma. 🙂

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  9. Ecchisenefrega dei vecchi diritti d’autore….

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    • Grazie.
      Ciao, Donato.

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