Influenza della fusione della calotta glaciale antartica e di quella groenlandese sull’accelerazione dell’aumento del livello dei mari

La variazione della velocità di aumento del livello medio dei mari è stata oggetto di discussione su CM in diverse occasioni. Nell’ultimo post dedicato a questo argomento ho avuto modo di commentare le analisi effettuate dal prof. Nicola Scafetta sui vari record di dati mareografici utilizzati nella letteratura scientifica. Uno degli aspetti di maggior rilievo posto in evidenza dal prof. N. Scafetta, riguardava l’influenza della lunghezza del record preso in considerazione sulla stima della variazione della velocità di aumento del livello del mare. In estrema sintesi il livello del mare varia in modo ciclico con periodicità multidecadale per cui a periodi di aumento seguono momenti di diminuzione del trend di variazione del livello del mare. Se il record utilizzato è corto non possiamo sapere se ci troviamo in una fase in cui il trend è in aumento o in diminuzione per cui corriamo il rischio di attribuire a cause non naturali effetti che sono del tutto naturali: se ci troviamo nel tratto ascendente della curva che rappresenta la variazione multidecadale del livello del mare, siamo portati a credere che la velocità con cui varia il livello del mare è aumentata, viceversa se ci troviamo nella parte discendente della medesima curva.

Una conferma autorevole ed indipendente di questo concetto è giunta in questi giorni da una letter pubblicata su Nature Geoscience:

Limits in detecting acceleration of ice sheet mass loss due to climate variability di B. Wouters, J.L. Bamber, M.R. van den Broeke, J.T.M. Lenaerts e I. Sasgen

L’articolo è consultabile solo a pagamento per cui mi sono limitato a leggere l’abstract ed il materiale supplementare. L’argomento è estremamente importante per valutare uno dei fattori che influenzano in livello del mare: la fusione delle calotte glaciali continentali antartiche e groenlandesi. Gli autori sono partiti da un aspetto molto dibattuto nella comunità scientifica: se la fusione delle calotte glaciali procede secondo un trend lineare, il livello del mare aumenterà di un certo valore, se, invece, la fusione tende ad accelerare, anche il livello del mare crescerà più del previsto (circa 43 cm in più di quanto preventivato dall’IPCC per il 2100).
Sulla scorta di una ri-analisi dei dati dell’esperimento GRACE, Wouters et al. 2013, hanno cercato di capire se il processo di fusione delle calotte glaciali continentali antartiche e groenlandesi stia accelerando oppure proceda in modo lineare (come ha sempre fatto in questo periodo interglaciale). Come è noto GRACE è un esperimento che consente di calcolare piccolissime variazioni del campo gravitazionale terrestre. In corrispondenza dell’Antartide e della Groenlandia le variazioni del campo gravitazionale terrestre, ovviamente, sono dovute anche alla fusione delle coltri glaciali. La bassa risoluzione spaziale dei dati di GRACE, però, non consente di individuare in modo corretto le variazioni di massa, per cui è necessario far ricorso a dei modelli numerici, utilizzando i dati di GRACE per verificare nei nodi della griglia spaziale utilizzata dal modello, la corrispondenza dei risultati del modello con le osservazioni. Fin qui sembra tutto chiaro, però, la procedura utilizzata da GRACE per calcolare le variazioni di massa è estremamente complessa in quanto utilizza sia dati gravimetrici sia dati altimetrici che, opportunamente trattati, consentono di calcolare le variazioni di massa. I dati altimetrici, in particolare, sono influenzati dal GIA (aggiustamento isostatico glaciale) che deve essere valutato a parte e che ha lo stesso ordine di grandezza delle variazioni di massa che si intendono misurare, per cui i risultati ottenuti sono affetti da incertezze piuttosto grosse.

Nel caso dello studio di Wouters et al., 2013 il GIA è stato calcolato mediante una delle metodologie in circolazione per cui si considera un dato esatto (non lo è, ma diamo per scontato che lo sia). Gli autori, determinato il valore di GIA, hanno provveduto mediante un complesso processo analitico, alla determinazione delle variazioni di massa ottenuta come differenza tra la quantità di neve che si accumula sulla coltre glaciale e lo scarico glaciale dei vari bacini in cui sono state divise le calotte glaciali antartiche e groenlandesi.

Trascurando l’imponente ed interessantissimo armamentario statistico-matematico messo in campo dagli autori e le numerose altre ipotesi da essi formulate, saltiamo subito alle conclusioni (chi avesse voglia di approfondire la questione ha a disposizione l’interessante pdf del materiale supplementare, reperibile al link citato, in cui sono contenuti gli algoritmi matematici utilizzati ed i diagrammi ricavati che, però, non sono riproducibili in questo post).

Wouters et al., 2013, sulla base dei risultati ottenuti, non sono in grado di stabilire se le variazioni nella velocità di fusione dei ghiacci continentali siano dovute a variabilità a breve termine o a variabilità a lungo termine. Essi, inoltre, hanno potuto accertare che per poter ottenere una stima dell’accelerazione della perdita di massa glaciale continentale con un’accuratezza di +/- 10 Gt/anno², è necessario avere a disposizione record di dati di almeno 10 anni per l’Antartide e di almeno 20 anni per la Groenlandia. Dati che non abbiamo.
Detto in altri termini nulla possiamo dire, sulla base dei dati in nostro possesso, circa la variazione del tasso di fusione dei ghiacci continentali e, ammesso che potessimo esprimere una stima, non saremmo in grado di stabilire se la dinamica abbia cause naturali o non naturali.

Personalmente trovo il lavoro ben impostato e mi sento di condividere le conclusioni degli autori: è necessario studiare ed osservare ancora in quanto il quadro dei dati in nostro possesso non ci consente di trarre delle conclusioni definitive.

Diversa, invece, è la conclusione cui giungono gli autori di un altro studio pubblicato sui PNAS

The multimillennial sea level commitment of global warming di A. Levermann, Peter U. Clark, B. Marzeion, G. A. Milne, D. Pollard, V. Radic e A. Robinson

L’articolo, liberamente accessibile al sito indicato, delinea diversi scenari che si protraggono nel tempo fino a circa due millenni da oggi (nel futuro, però). Levermann et al., 2013 è uno studio piuttosto complesso che integra modelli fisico-matematici ed osservazioni empiriche (un po’ come l’articolo di Wouters et al., 2013). Le osservazioni empiriche, però, nel caso di Levermann et al., 2013, riguardano linee di costa del passato ed altri indicatori di prossimità del livello medio del mare.

Comunque, procediamo con ordine. L’articolo, contrariamente al precedente, descrive una metodologia d’indagine che si può inserire nella categoria dei cosiddetti modelli semi-empirici, modelli che individuano l’andamento del trend di variazione del livello dei mari sulla base di indicatori di prossimità. In realtà, rispetto ai modelli semi-empirici classici, Levermann et al., 2013, introduce alcune considerazioni fisiche (la fusione delle calotte polari continentali groenlandesi ed antartiche e la dilatazione termica degli oceani).
Levermann et al., 2013, sulla scorta di analisi di vecchie linee di costa, ha individuato dei cicli millenari nell’andamento del livello del mare. Su questa ciclicità naturale ha inserito la variabilità di breve termine connessa alle forzanti antropiche che caratterizzano il clima terrestre.

Levermann et al., 2013 ha individuato nella temperatura atmosferica globale un indicatore del livello medio del mare e ha correlato le temperature medie globali con il livello del mare giungendo all’individuazione di una “sensibilità climatica” del livello del mare: ad ogni grado di variazione della temperatura corrisponde una variazione del livello medio del mare (se la temperatura aumenta, aumenta il livello del mare; diminuisce la temperatura diminuisce il livello del mare). Fino a questo punto ci troviamo di fronte ad un classico modello semi-empirico che non aggiunge nulla di nuovo a quello che già sapevamo dell’argomento.

L’aspetto innovativo di Levermann et al., 2013 consiste nell’introdurre due elementi di tipo fisico nella discussione: l’aumento di volume degli oceani per effetto dell’aumento della temperatura degli stessi e lo scioglimento delle calotte glaciali continentali della Groenlandia e dell’Antartico. Nel corso del secolo scorso il livello medio del mare è aumentato di circa 20 cm e gli scenari più catastrofici dell’IPCC prevedono che esso, nel corso del 21° secolo, aumenterà di meno di 2,00 metri. Le indagini effettuate per il passato, però, dimostrano una correlazione livello-temperatura di diversi metri per grado centigrado per cui esiste una incongruenza tra le previsioni IPCC ed i dati di prossimità calcolati. Stante l’incertezza delle paleo-ricostruzioni, però, è necessario introdurre qualcosa che giustifichi da un punto di vista fisico i previsti incrementi del livello medio del mare maggiori di quelli preventivati dall’IPCC. Levermann et al., 2013 hanno individuato nell’aumento di volume degli oceani per dilatazione termica e nella fusione dei ghiacci continentali antartici e groenlandesi queste cause fisiche. Nel corso del 20° secolo il principale apporto di acqua al mare è stato garantito dallo scioglimento dei ghiacciai terrestri (alpini, himalayani e via cantando) mentre il contributo dei ghiacci continentali antartici e groenlandesi è stato molto ridotto. Nel futuro, invece, sciolti del tutto i ghiacciai montani, entreranno in gioco le calotte glaciali continentali. Responsabile della loro fusione sarà la temperatura globale che aumenterà anche oltre il 2100 a causa della lunga permanenza in atmosfera del CO₂.
Non esistendo dati certi circa le perdite di massa delle calotte glaciali antartiche e groenlandesi (come ci dice Wouters et al., 2013) Levermann et al. 2013, hanno pensato bene di simulare lo scioglimento dei ghiacci continentali con dei modelli matematici accoppiati ad alcuni GCM. Essi hanno scoperto che il contributo della fusione delle calotte glaciali continentali antartiche contribuirebbe all’aumento del livello medio dei mari con circa 1,2 m/°C in modo costante.

Chi, invece, darà il colpo di grazia all’innalzamento del livello medio del mare, sarà la Groenlandia: a partire da 2 °C di aumento della temperatura globale si verificherà una brusca transizione per cui a causa dell’azione congiunta di un veloce aggiustamento isostatico ed un concomitante aumento della temperatura globale, il livello medio del mare aumenterà in modo improvviso di oltre 6 m!

Riassumendo: a seguito di un aumento della temperatura globale di 2° C il livello medio del mare dovrebbe aumentare di 0,80 metri per effetto della dilatazione termica degli oceani, di 2,4 m per effetto della fusione dei ghiacci continentali antartici, di 0,40 m per effetto della fusione di tutti i ghiacciai montani e di ben 6 metri per effetto della fusione della calotta groenlandese. In totale, per un aumento di 2 °C della temperatura globale il livello medio del mare dovrebbe aumentare tra i 9 ed i 10 metri e tale valore è in accordo con le paleo-ricostruzioni. Solo a titolo di curiosità ho calcolato l’aumento del livello medio del mare per una crescita della temperatura globale di 4 °C ed ho trovato un valore di circa 13 metri: anche questo valore sembra accordarsi con le paleo-ricostruzioni.

Come si vede sarà peggio di quanto pensassimo.

Il bello di questo lavoro, però, è che gli autori non si limitano all’attualità ed estendono i loro risultati ai prossimi due millenni: sulla base dei loro calcoli e dei confronti con le paleo-ricostruzioni, i ricercatori sono dell’avviso che, superato lo iato del 21° secolo e di parte del 22°, tra duemila anni, se il riscaldamento globale dovesse continuare in modo da determinare un aumento della temperatura globale di circa 4 °C, il livello del mare sarà maggiore di quello attuale di 9/10 m circa. L’incongruenza (apparente) tra il valore da me calcolato (desunto dai grafici di Levermann et al., 2013, ad onor del vero) deriva dal fatto che tra duemila anni (beati coloro che ci saranno 🙂 ) gli effetti deleteri dell’AGW possono essere considerati esauriti.

Anche per questo articolo non mi è stato possibile riprodurre alcun grafico: chi vuole può consultarli nell’articolo che ho citato.Siamo giunti alla fine del percorso ed è opportuno trarre qualche conclusione.
Personalmente preferisco l’approccio di Wouters et al., 2013 a quello di Levermann et al., 2013 per diversi motivi.In primo luogo mi convince il discorso di Wouters et al., 2013 circa le grosse incertezze insite nella determinazione delle perdite di massa delle calotte glaciali antartiche e groenlandesi che trova ampio riscontro in quasi tutta la bibliografia che ho avuto modo di consultare. Questo taglia la testa al toro in quanto attesta che, allo stato dell’arte, pensare di poter modellare in modo credibile il trend della perdita di massa delle calotte glaciali antartiche e soprattutto groenlandesi è una pia illusione.

In secondo luogo non mi convince l’approccio dei modelli semi-empirici: dovendo far ricorso ad una modellazione numerica preferisco la formula hard: modelli fisico-matematici per simulare il contributo all’aumento del livello dei mari della dilatazione termica degli oceani, dello scioglimento delle calotte glaciali groenlandesi e antartiche e del confinamento delle acque terrestri (ghiacciai, invasi artificiali e naturali, e via cantando).

In Levermann et al., 2013, infine, non mi convince affatto l’accordo tra gli output modellistici (modelli fisici accoppiati a GCM) e le paleo-ricostruzioni del livello dei mari nei millenni passati in quanto le incertezze di queste paleo-ricostruzioni sono enormi: si parla di intervalli compresi tra 5 e 40 metri! In presenza di tali incertezze, come si fa a parlare di accordo tra le paleo-ricostruzioni e gli output modellistici?