sabato 20 marzo 2010

Chi dice che il riscaldamento climatico non esiste

Riassumo, visto che il post è lungo.

Sono molti anni che cerco di capire qualcosa sulla teoria del riscaldamento globale. Ho una buona preparazione scientifica, per cui magari alcune cose le capisco meglio di altri, ma non sono un climatologo, e quindi sono costretto, come tutti, a guardare i risultati delle ricerche, i resoconti divulgativi, a chiedere a chi ne sa di più.

Ho cercato comunque di fare di meglio. Non potendo analizzare il problema in modo completo, non ne ho le capacità, mi sono limitato a guardare quali sono le obiezioni che le vengono mosse nei campi in cui ne so qualcosa. E ho scoperto alcune cose molto interessanti, molte analogie con chi "obietta" ad altre cose (ad es. l'evoluzione).

Le critiche sono deboli, in contrasto tra di loro, ma soprattutto non ci si fa scrupolo di usare bufale non verificate, argomenti palesemente in contrasto con le leggi della fisica, e quando si trova qualche debole evidenza questa viene immediatamente spacciata come "prova definitiva". Spesso si chiede "cambi di paradigma", rivoluzioni copernicane che rovescerebbero non solo la climatologia ma anche (per quel che vedo io) l'astronomia.


Introduzione al problema

L'idea per cui la Terra stia subendo, da un secolo circa a questa parte, un riscaldamento dovuto all'effetto serra da CO2, è una teoria scientifica piuttosto consolidata. Non è, come tutte le teorie scientifiche, una certezza assoluta, ma diciamo che è altrettanto documentata ad es. della teoria del Big Bang, o dell'origine virale dell'AIDS.

Naturalmente, come per ogni teoria scientifica, c'è chi dissente. Chi tira fuori incongruenze, particolari che non tornano, anomalie che la teoria "mainstream" (significa quella sostenuta da quasi tutti) non spiegherebbe. In alcuni casi si tratta proprio di gran rompipalle, ma nella scienza sono utili anche loro: se ascolti solo chi dà ragione o tralasci i particolari che non tornano non vai avanti. Così abbiamo chi sostiene che il moto di allontanamento delle galassie distanti sia solo apparente e che gli altri astronomi complottano per non lasciargli il tempo di telescopio necessario a dimostrarlo, e chi dice che l'HIV sia solo un virus innocuo. Purtroppo per loro (e per i malati di AIDS) han torto, ma le loro obiezioni son servite a rendere più chiara la teoria "ufficiale".

E così c'è chi nega il riscaldamento globale. Chi sostiene che la Terra non si stia scaldando, chi che lo abbia fatto anche nel passato recente in modo ben più vistoso, e chi che il biossido di carbonio non c'entri nulla o poco. Finora però tutte le obiezioni per cui si è arrivati ad una conclusione han confermato la sostanza della teoria: la Terra si è riscaldata di circa 0,9 gradi dal secolo scorso, oltre 0,5 gradi negli ultimi 40 anni, e questo è perfettamente consistente con un effetto di "coperta" di quel 40% di CO2 in più che ci abbiamo messo noi. Il Sole ha contribuito un po', fino agli anni '70, ma poi ha remato contro. Ciò nonostante, questo decennio è quasi sicuramente il più caldo degli ultimi millenni.

Ricostruzioni della temperatura globale negli ultimi 2000 anni, eseguita con metodi differenti da gruppi diversi. In nero le temperature effettivamente misurate negli ultimi 130 anni.

Comunque non voglio parlare di chi, con competenza e convinzione, solleva punti davvero controversi della teoria. Non sono un climatologo, non ho le competenze, e come tutti finisce che devo fidarmi di chi le competenze le ha. È un problema, e grosso, perché come dicevo c'è un piccolo, ma non trascurabile, numero di esperti che dissente. Allora, per capirci qualcosa, sono andato a guardarmi in dettaglio quel che sostengono i principali siti di informazione contro la teoria, e gli articoli scientifici a cui fanno riferimento.

Le bufale vere e proprie

Quel che mi ha colpito è come in questi siti si sostenga con la massima nonchalance le cose più improbabili, quelle che anche un astronomo che di clima ne sa poco riconosce come bufale. Di alcune ho già parlato altrove:
  • la verde Groenlandia: Eric il Rosso colonizzò la Groenlandia, che quindi ai suoi tempi doveva essere una verde e ridente terra. Embe'? Lo è anche oggi, nelle poche e riparate valli dove viveva Eric. Vi si pratica da 70 anni la pastorizia, e forse non è (e non era) così ridente.
  • l'imminente era glaciale: Negli anni '70 i climatologi si aspettavano una glaciazione imminente. Quindi la climatologia va a mode. Peccato che anche allora, invece, si pensasse che i gas serra provocano un riscaldamento, e che la glaciazione era solo un'idea di una significativa minoranza finita su un giornale.
  • produciamo solo il 3% del CO2 totale e quindi non possiamo influenzarne la concentrazione. Sì, ma il restante 97% non fa che girare in tondo tra atmosfera e ecosfera, quel 3% invece è decisamente in più. E si è accumulato, pure con una propria caratteristica firma, sappiamo che ce lo abbiamo messo noi
  • gli altri pianeti si stan scaldando e quindi è colpa del Sole. Alcuni pianeti (o parti di paneti) si scaldano, altri si raffreddano. Con meccanismi che non sembrano avere molto a che fare con il Sole.
L'elenco è molto più lungo, e bizzarro.

C'è persino chi nega che il CO2 possa causare un effetto serra, che questo sarebbe contro il secondo principio della termodinamica, in quanto significherebbe che l'atmosfera, fredda, scalderebbe la superficie della Terra, più calda. Ma se mettiamo un cappotto questo contribuisce a scaldarci (a non disperdere il calore) anche se è più freddo di noi. Altri fanno conti un po' più sofisticati, il CO2 è saturato, e quindi non può produrre ulteriore effetto serra se aumenta. Ma quei conti si fanno (per bene, son complicati), sono stati fatti, c'è pure un sito che permette di provare on-line a farli, e soprattutto si è misurato direttamente l'effetto: all'aumentare, negli anni, della concentrazione di CO2 si vede che la radiazione dispersa nello spazio cala e quella riflessa al suolo aumenta.


Apparentemente chi nega il riscaldamento globale non si preoccupa minimamente del fatto che le obiezioni possano essere farlocche, o ampiamente sbufalate. In particolare mi ha colpito la difficoltà ad ammettere gli errori nel blog climatemonitor, quando è stato pubblicato un post che negava la possibilità stessa dell'effetto serra (per un aumento del CO2). Si tratta di fisica del trasporto radiativo, non di cose su cui sia possibile avere un'opinione. È come discutere se la Terra sia o meno piatta. (Nota: non accuso il blog di censurare la discussione, anzi ringrazio dell'ospitalità ai miei commenti, ma mi sono cascate le braccia quando dopo 158 commenti l'autore ribadisce che secondo lui la legge di Plank è solo un costrutto teorico non valido nella realtà. Vedi i commenti qui sotto dell'11 e 12/4)

Se un critico della teoria si sente in dovere di ricordare, in un articolo scientifico divulgativo(1), che ai tempi di Eric il Rosso la Groenlandia era molto più calda di ora, prova il fatto che l'ha colonizzata, significa che i suoi filtri critici sono piuttosto deboli. Significa che accetta qualsiasi cosa, senza controllare, purché sia in accordo con la sua tesi.

Il clima ed il Sole

Sulla questione delle influenze solari il discorso si fa più complicato (e più tecnico). Chiaramente il Sole ha un effetto sul clima(2), ma le variazioni di intensità solare negli ultimi decenni sono minime e anche i normali indici di attività solare non assomigliano alle fluttuazioni della temperatura.

È comunque possibile pubblicare un articolo su di una rivista scientifica seria in cui si trova una relazione tra un qualche parametro solare e l'andamento del clima. Giustamente, in quanto ogni informazione in più è sempre benvenuta.

Però siccome la temperatura è genericamente aumentata nel tempo, si trova una relazione tra qualsiasi cosa aumenti (che so, la distanza tra Europa ed America, che si allontanano per la deriva dei continenti) e il clima. Scegliendo in modo opportuno tra decine di parametri legati al Sole si può trovarne uno che per caso correli con la temperatura meglio dell'aumento di CO2. Si può scegliere con che periodo mediare, quali dati scartare, aggiungere ritardi (anche più di uno), e alla fine il risultato non ti dice nulla. Ho provato a commentare un particolare studio, per cui mi sono rifatto i conti e a me, usando gli stessi dati, torna che il Sole c'entra molto poco.

Ultimamente va molto di moda l' approccio olistico, che è una estremizzazione di questo concetto: provare a vedere qualsiasi cosa in relazione al clima, cercando qualsiasi vaga correlazione. E quindi sostenere che questa relazione sia la causa del clima. Nel post precedente ho provato ad analizzare uno di questi studi, in cui si suggeriva che il clima sia dovuto ad allineamenti planetari. Rifacendosi i conti con un minimo di fisica sotto (escludendo cioè le cose che vanno apertamente contro i principi della fisica nota), non si ritrova nessuna delle correlazioni con gli allineamenti, e non si vedono nel clima i periodi planetari più intensi.

Un articolo analogo cerca correlazioni con la velocità di rotazione della Terra (ne parlerò appena ho un po' di tempo in un post, se riesco ci faccio un vero articolo scientifico). Ma se esistono meccanismi per cui il clima potrebbe influenzare la rotazione terrestre (ad es. all'aumentare della temperatura gli oceani si espandono, e questo causa un leggerissimo rallentamento), non abbiamo nessun motivo fisico per pensare che la rotazione possa influenzare il clima. Lo stesso autore si lancia in una bizzarra teoria per cui lo scongelamento della calotta polare sarebbe dovuta al vulcanesimo sottomarino, che è migliaia di volte troppo debole per far ciò.

Una rassegna di un po' di queste cose si trova nel blog "skepticalscience", e una bella rappresentazione grafica nel sito informationisbeautiful.

Le critiche di tipo sociologico

Ma cosa dicono gli scienziati? Fa senz'altro impressione leggere un documento firmato da 30 mila scienziati contro il global warming. Fa meno impressione se sai che è stato raccolto inviando un documento apparentemente molto ben argomentato, con un sacco di dati e citazioni, che sosteneva che il riscaldamento sia un a gigantesca bufala, a un numero enorme (e non precisato) di persone la cui unica qualifica era una laurea in materie scientifiche. Quindi gente che non conosceva quello di cui si parlava, e che non era in grado di giudicarlo. Per avere un termine di paragone, le persone che hanno una laurea scientifica negli USA sono circa 10 milioni.

Un sondaggio fatto in modo mirato, e senza fornire prima materiale pro o contro, ha trovato che il 90% degli scienziati che lavorano in generale sul clima, e il 97% di quelli che han pubblicato su riviste scientifiche sull'argomento ritengono che siamo responsabili del riscaldamento globale, e buona parte dei rimanenti sono incerti. I contrari sono circa l'1%, un numero non trascurabile, ma che rientra in quel che dicevo all'inizio. Sondaggi fatti su campioni più vasti di scienziati (non climatologi) mostrano che circa l'84% ritiene che il riscaldamento globale esista e sia dovuto a noi.

Va anche peggio con il "minority report" del sen. Inhofe, firmato da 650 scienziati alcuni dei quali non sapevano neppure di averlo fatto, han chiesto esplicitamente di venir rimossi dalla lista, e sono sempre lì. Ma sempre Inhofe ha proposto di incriminare penalmente i climatologi, per truffa ai danni dell'umanità. Quando le argomentazioni mancano, si ricorre alla diffamazione, alle frasi estrapolate dal contesto, alle minacce. Anche la stampa italiana non scherza, e temo di non essere riuscito a far capire al sig. De Bellis (3), giornalista del "Il Giornale", che certe affermazioni che lui usa correntemente sul suo giornale, e in blog, sono diffamatorie e fattualmente false: i dati sul clima sono reali, non inventati, e di inventate sono solo quelle accuse.

In conclusione

Anche senza entrare nei tecnicismi e nei dettagli dei problemi, ho visto che il dibattito sul clima è fortemente drogato. Da un lato c'è chi studia davvero il clima, chi cerca relazioni, modelli, dati. Sicuramente anche commettendo errori, e nel mucchio c'è sicuramente chi prende cantonate gigantesche, in buona e cattiva fede. Ma con la capacità di ammettere errori e di correggere il tiro. E includo in questi i pochissimi climatologi "scettici", che ancora non accettano la teoria e le muovono obiezioni sensate, facendola progredire.

Dall'altra abbiamo una serie infinita di tesi diverse (il riscaldamento non c'è, c'è ma è normale, c'è ma non è colpa nostra, è colpa degli allineamenti planetari, della Terra che rallenta, dei raggi cosmici, dell'attività magnetica, il CO2 non causa effetto serra, lo causa ma è saturato, non è saturato ma è compensato da qualcos'altro...) più o meno improbabili, ma tutte assunte come vere purché neghino il Global Warming.

Note

1) Nicola Scafetta, "La chimica e l'Industria" (Gen-Feb 2010, pag. 70).
2) Per chi voglia approfondire segnalo questo bell'articolo (in inglese, divulgativo ma molto tecnico)
3) verso cui ho usato delle espressioni infelici, di cui mi scuso, ma che han fatto partire uno scambio molto interessante

lunedì 8 marzo 2010

Le maree del Sole (e il clima)

(mi scuso per il post davvero troppo lungo e senza interessanti figure variopinte, solo noiosi grafici, ma non ho trovato scritte queste cose da nessuna parte e quindi lo faccio io)

11/8/2010: studiando queste cose ho trovato un mare di persone che se n'e' occupata, e ho quindi aggiunto qualche nota in verde. Nessuno ha fatto i semplici conti indicati qui, e spesso si usano metodi statistici diciamo discutibili.

01/09/2011
Una analisi tecnica sul metodo a massima entropia, usato da Scafetta per analizzare le serie numeriche, è stata fatta di recente nel blog Realclimate.

Mi hanno indicato uno studio in cui Nicola Scafetta, un mio collega che lavora alla Duke University, dimostrerebbe che il Sole ha una pesante influenza sul clima. Purtroppo non è ancora disponibile sulle riviste astronomiche, ma un breve sunto è apparso sia qui che in un articolo pubblicato su "La chimica e l'Industria" (Gen-Feb 2010, pag. 70).

Andando subito al sodo, l'autore sostiene che esistono chiari segnali di correlazione tra le temperature medie globali e la dinamica del Sole.

In questo grafico mostra come l'andamento delle temperature misurate sulla Terra (in alto) mostri delle periodicità che sarebbero analoghe a quelle dell'andamento della velocità del Sole rispetto al baricentro del Sistema Solare (in basso). I due grafici indicano l'ampiezza dei periodi in cui si può scomporre le due serie temporali[1]. In particolare secondo Scafetta sarebbe significativo i grossi picchi a 20, 30 e 60 anni[2], che indicherebbero che il Sole risponde a queste variazioni di velocità, influenzando a sua volta il clima. Se la cosa fosse vera, allora potremmo prevedere l'andamento del ciclo solare, e del clima, sapendo come si muovono i pianeti (cosa piuttosto facile). E naturalmente dovremmo ridimensionare il ruolo del CO2.

Ma questo funziona?

Che il Sole si muova rispetto al resto del Sistema Solare lo so bene, in quanto osservando le righe di emissione delle nubi interstellari devo tener conto dell'effetto di gravità dei pianeti, che spostano la Terra (e quindi pure il Sole) di diversi metri al secondo. La parte da padrone la fa Giove, che difatti riesce a "tirare" il Sole di circa 5 milioni di km, più del raggio del Sole stesso.

Ma una cosa che come fisico so bene è che un corpo in caduta libera, soggetto cioè solo alle forze di gravità, è esattamente come se fosse fermo. Tutte le sue parti vengono attratte insieme e al suo interno non cambia nulla. Anzi, il principio su cui si basa la relatività generale ci dice che è impossibile dall'interno di un corpo capire se sia fermo o se venga sballottato da 9 pianeti che gli girano intorno. L'unica cosa che ha un effetto sono le forze di marea, il fatto che la gravità (ad es. di Giove) è diversa in punti diversi del Sole. Quindi andarsi a calcolare la velocità del Sole non ha nessun senso, perché so già che questa non avrà nessuna influenza sul nostro astro. Ho quindi calcolato l'entità delle maree che i pianeti causano sul Sole.

Le maree sul Sole

Calcolare la forza di marea è abbastanza semplice, e quindi mi sono preso i miei programmini e ho calcolato l'andamento di questa forza tra il 1800 e il 2200. La prima cosa che ho notato è che c'è una singolare compensazione tra le dimensioni del pianeta e la sua distanza. L'effetto della marea cala molto rapidamente con la distanza, e i pianeti interni (Mercurio, Venere e Terra), pur più piccoli, contribuiscono un po' più di Giove (2). Mercurio disturba il Sole non solo con la frequenza del suo periodo (88 giorni) ma anche a frequenze multiple (quindi periodi sottomultipli). Il grosso dell'effetto di marea è quindi a periodi più brevi di un anno. L'effetto è comunque molto piccolo, queste forze sono circa mezzo miliardesimo della gravità del Sole stesso.
Periodogramma delle singole maree sul Sole. Da destra si vedono il picco dovuto a Saturno, 4 picchi dovuti a Giove, e tre rispettivamente a Marte (sottile), Terra (periodo di 1 anno) e Venere. I picchi dovuti a Mercurio sono più rapidi, fuori dal grafico. La scala di ampiezza è in miliardesimi della gravità superficiale solare.

Comunque in ogni momento il Sole è leggermente deformato (qualche metro?) per via di queste forze, e ruotando dissipa energia contro questa onda di marea. Qualche scienziato ha ipotizzato che quest'onda, in un mezzo conduttore, possa generare direttamente il campo magnetico solare. L'energia dipende dall'ampiezza complessiva dell'onda, e quindi ho calcolato lo spettro di questa ampiezza. La cosa viene molto complessa, con tantissimi periodi più brevi di un anno, ed alcuni più lunghi, secondo il periodogramma qui sotto. Il grosso dell'energia cambia quindi rapidamente, soprattutto per effetto di Venere e Giove, e poi per tutte le varie risonanze tra i pianeti interni.
Periodogramma dell'ampiezza dell'onda di marea solare. È indicata l'ampiezza ed il periodo dei principali battimenti. L'unità di ampiezza è un decimiliardesimo della gravità superficiale del Sole, circa 30 cm di marea.

Ci sono anche dei periodi più lunghi, e l'articolo originale si era concentrato su una risonanza tra Giove e Saturno, che ha un periodo di 60 anni. Con 400 anni a disposizione si vede male, ma c'è. Solo che è 30 volte più debole del periodo di Giove, e 150 volte più debole dell'effetto di Venere, corrispondente ad una variazione dell'onda di marea di pochi millimetri. Il periodo a 30 anni è quasi completamente scomparso.

Poniamo che il Sole non riesca a seguire le variazioni veloci, e filtriamo tutto ciò che cambia più rapidamente di 3-4 anni. Qui sotto, in rosso, ho graficato l'andamento dell'ampiezza filtrata: si vede un chiaro periodo corrispondente all'effetto di Giove (che ripeto non è più l'attore principale), di circa 11 anni. Bingo, il ciclo solare. Eh no, troppo presto, innanzitutto sicuramente non sono il primo ad averci pensato, e poi se si grafica insieme il ciclo solare e l'ampiezza dell'onda di marea solare si vede subito che non torna. Il periodo è simile ma non uguale, e il ciclo è talvolta in fase (es. 1900), talvolta opposto (es. 1950) all'ampiezza delle maree. Difatti alcuni autori ipotizzano che ci sia una risonanza 14/15 tra i due periodi.
Ampiezza della componente di marea a periodo lungo (rosso) confrontato con l'indice di attività solare.

In conclusione

Non pretendo in queste poche righe, e con mezza giornata di lavoro, di aver confutato un articolo che non ho neppure letto (non essendo publicato). Non son neppure sicuro di aver capito bene che questo sia quanto sostiene Scafetta, mi baso su di un articolo divulgativo ed un blog di terze persone.

Ma le correlazioni che si vedono nel grafico all'inizio hanno senso solo se si assume che il Sole si accorga di muoversi, cosa che va contro i principi base della fisica. Se si va a cercare un meccanismo fisico, per quanto improbabile, si trova che le correlazioni spariscono, o diventano talmente deboli da non aver significato, mentre segnali dello stesso tipo, molto più forti, non riescono a vedersi nei dati.

L'ipotesi che la gravità dei pianeti, causando maree sul Sole, influenzino in qualche modo il ciclo solare è quindi un'idea suggestiva, ma che per quel che si può vedere non sembra confermata da una analisi un po' più accurata. Stabilire quindi un legame tra i periodi planetari ed il clima terrestre mi sembra quindi quantomeno azzardato.


Note
(1) Come venga fatta questa scomposizione non lo so, aspetto la pubblicazione dell'articolo. Sospetto che sia stato utilizzato un metodo "a massima entropia", che è giustificato se so già a priori che il mio segnale è composto da relativamente poche periodicità. Il che è il caso del Sole, ma non del clima.

(2) Avrei parecchio da ridire sulle "corrispondenze" trovate, non è corretto tracciare linee inclinate per le "quasi corrispondenze". Ma magari un'altra volta. E ancora, aspetto di capire come le giustifica nell'articolo.

(3) Non credo sia un caso. La dimensione di un pianeta dipende da quanto materiale del disco che orbitava intorno al Sole sia riuscito a catturare. Che a sua volta dipende dalla forza di marea del Sole. Mi sembra probabile che questo meccanismo abbia contribuito a rendere le forze di marea dei pianeti sul Sole approssimativamente uguali.