It's the sun, stupid!/ 4 | tropismi...galattici

Definisco, metaforicamente, tropismi (in questo specifico tema) alcune affascinanti teorie con radici abbastanza lontane nel tempo ma solo recentemente emerse con nuova linfa e salite sulla ribalta, teorie con sostanza fisica di fondo che cercano di aggiungere nuove sfaccettature alla tanto discussa relazione fra il sole e il GW. Queste, così come alcune di quelle che segnalerò nelle prossime parti, definiscono un pattern che vede il sole come indirect driver del GW.

In una delle prossime puntate [post previsti nel corso dell'estate], userò invece un altro termine per alcune delle teorie più "bizzarre" con poca sostanza fisica di fondo (vuoi perché troppo "inquinate" da biases, vuoi perché troppo deboli, vuoi perché....davvero dissonanti ;-) affiorate di recente e che spesso si leggono in giro.

E da ultimo, poi, vedremo le modalità attraverso le quali il sole effettivamente influisce sul sistema oceano-atmosfera, e vedremo se ciò possa - anche solo parzialmente - contribuire a spiegare con una certa significatività il GW. Questa la linea tracciata che chiuderà il topic sul sole.

Questa prima categoria di teorie la suddivido in 2 sostanziali sottogruppi: (#1) quello che comprende l'influenza dei raggi cosmici galattici (GCR) e (#2) quello che fa capo all'attività geomagnetica del sole (GMA). Ad ognuno dei gruppi dedico un post.

Cominciamo con ...... i "tropismi galattici".

(#1) GCR: uno degli aspetti più discussi e su cui, fra l'altro, il CERN sta effettuando un ben noto esperimento (CLOUD). Riassumiamo velocemente quel che già si sa e poi vediamo i punti più discussi e cosa ci dicono i più recenti studi a riguardo:

◊ la teoria dice che:

(a) la nuvolosità bassa (cumuli, stratocumuli e soprattutto strati), uno dei parametri più importanti nella determinazione dell'andamento termico globale - via albedo e associato mutamento del bilancio radiativo -, è influenzata dalla concentrazione di nuclei di condensazione (CCN), aerosol prodotti da varie sorgenti (polvere e sabbia, sale e materiale organico marino, black e organic carbon...) che dunque possono agire da forzante radiativa;

(b) la loro produzione è a sua volta influenzata dal processo di ionizzazione;

(c) processo a sua volta influenzato dall'intensità dei GCR che penetrano in atmosfera;

(d) intensità a sua volta modulata dalla forza del vento solare (nella forma di particelle energetiche che ne possono mascherare il flusso in arrivo sulla Terra), la fanno variare - nel corso di un ciclo - fino al 15%;

(e) vento a sua volta "controllato" dall'attività radiante e dalla forza magnetica del sole emanata dalle sue cicliche macchie e dalle facole (fenomeni indotti dalle caratteristiche magnetiche del sole).

Questa, a grandi linee, la base della teoria. Ecco qui un breve video che ne spiega i punti essenziali:

Che i GCR avessero qualche influenza sui processi atmosferici soprattutto associati alla condensazione e formazione di nuvole, è qualcosa che si sospettava già da molto tempo (sin dalla fine del XIX secolo con gli esperimenti d i C. T. R. Wilson, e poi ancora verso la metà del XX secolo, quando fu suggerita per la prima volta la connessione fra GCR e clima attraverso modulazioni solari: si veda ad es. qui). Fu però solamente a partire dagli anni 70 che il fenomeno fu studiato più a fondo. Finché negli anni 90 il danese Henrik Svensmark divenne famoso per aver elaborato una teoria abbastanza sostanziosa e che riconciliava alcuni elementi del puzzle fino ad allora ancora difficilmente incastrabili (si veda il primo paper con Friis-Christensen, o anche qui). Ancora oggi, più di un decennio dopo quel famoso lavoro di Svensmark, ci si rifà a lui e ai suoi scritti, alle sue belle correlazioni statistiche e ai suoi esperimenti di laboratorio (pur con tutte le enormi incertezze a riguardo: il laboratorio *non* è l'atmosfera reale!) come base di partenza e campo di expertise sul tema.

Questo lavoro di Carslaw et al. pubblicato nel 2002 (e aggiornato un paio di anni fa) ne riassume i punti basilari. Da notare che recentemente lo stesso Svensmark ha proposto un'altra modalità con la quale l'ipotesi GCR-nubi basse sembrerebbe manifestarsi: quella associata alle improvvise ed effimere diminuzioni dei GCR (eventi Forbush, dal nome dell'astrofisico che li scoprì) in occasione di forti, improvvise e fiammanti emissioni di massa dalla corona del sole.
Ciò che sostanzia le connessioni causali fra le 5 parti elencate sopra sono relazioni fisiche conosciute: ad es. la (a) e il suo importante ruolo nel bilancio radiativo globale e quindi nel cambiamento climatico, la (b), la (d) e la (e). Le lacune più grandi si trovano, ad oggi, nel legame (c). Ma anche alcune altre associazioni non sono evidentissime. Vediamo.

◊ l'esame dei fatti e dei processi fisici coinvolti dice che ci sono alcuni punti ancora poco conosciuti e molto discussi e/o discutibili

. prima connessione (a): formazione/durata/proprietà delle nuvole basse dipendono da molti fattori, non basta tener conto solo della produzione di aerosol CCN ma per es. anche del contenuto di vapore, del mutamento nell'evaporazione e nella localizzazione delle sue principali sorgenti, dei cambiamenti nella temperatura dell'aria con relativa riconfigurazione del ciclo idrologico associato allo stesso GW, dei vari feedbacks ecc.

E poi andrebbe anche tenuto conto del fatto che non è soltanto la copertura nuvolosa a determinare un effetto apprezzabile sulle temperature globali attraverso un mutamento nel bilancio radiativo, ma pure lo spessore ottico delle nubi (COT). E qui entrano in gioco anche possibili contro-feedback (rispetto alla copertura): ad es. la variazione di temperatura, a specifiche condizioni spaziali e stagionali, può portare ad un sostanziale cambiamento dello spessore ottico, con associato albedo mutato (per es. nelle fredde nubi continentali invernali, così come in quelle subtropicali marittime di fine estate, un aumento della T porta ad avere un aumento logaritmico del COT e quindi un feedback radiativo negativo inizialmente forte; ma nelle calde nubi continentali estive e in quasi tutte quelle marittime, un aumento della T induce un feedback radiativo positivo perché riduce la COT). Infine, in alcune aree e a certe condizioni, le nuvole basse fungono sempre da feedback positivo. ⇒ in sostanza, quindi, anche l'associazione diretta e molto semplificata + nuvole basse → + albedo → - radiazione solare incidente/+ radiazione diffusa → - caldo, andrebbe considerata con una certa cautela. Anche perché, fino a prova del contrario, non mi pare che l'albedo mostri un andamento ciclico simil-solare (leggere per es. qui o qui).

.poi la seconda (b): la produzione di CCN dipende da parecchi elementi in sé indipendenti dai processi di ionizazzione (residui solidi organici e inorganici presenti in atmosfera cioè aerosol derivati da fenomeni vari come eruzioni vulcaniche, scarti industriali inquinanti, spray marini, avvezioni di polvere e sabbia desertica...).

. la quarta (d) è, insieme all'ultima (e), la più robusta. Tuttavia, anche in questo caso, ci si potrebbe chiedere il motivo per il quale le ricostruzioni con proxy isotopici (C14 e Be10, ma anche Ti44 misurato sui meteoriti caduti a terra) del flusso di GCR incidenti mostrino una presenza persistente e ciclica dei GCR anche durante il minimo solare di Maunder, in quasi totale assenza di macchie solari.


. ma le più grandi discordanze si hanno con la connessione (c). Questo risulta essere l'anello più debole della catena causale. Già nel paper segnalato prima, si ricorda come dei 2 processi fisici che legano la formazione di aerosol e la ionizzazione, quello più compreso sia il meccanismo "clear-air" (vedi qui, immagine a dx), mentre l'altro meccanismo (chiamato "near cloud", vedi qui, immagine a sx, tratta da questo lavoro citato in figura), con un livello di comprensione ancora molto molto basso, sia proprio il processo presumibilmente influenzato dai GCR (e dalla loro modulazione da parte del sole).

Interessante notare, come mostrato in questa tabella riassuntiva tratta dallo stesso paper di prima, il paragone fra effetti climatici indiretti indotti dagli aerosol in generale (facenti capo ad influenza sulle nubi, effetto molto meno compreso rispetto a quello diretto associato al fenomeno del dimming) e effetti climatici della relazione GCR-nuvole.

Parecchi altri autori mettono in dubbio:

- la significatività statistica ➙ l'effetto dei GCR sulla copertura nuvolosa sembra non manifestarsi in modo lineare e soprattutto non essere statisticamente significativo e robusto, nemmeno su scale temporali più corte;

- la forza ➙ i cambiamenti dei CCN indotti dalla variabilità dei GCR sono di 2 ordini di grandezza troppo piccoli per poter render conto dell'andamento osservato nella proprietà delle nubi basse;

- la stessa connessione causale ➙ la variazione mensile della copertura nuvolosa sembra precedere quella dei GCR di alcuni mesi!;

- la natura stessa della connessione ➙ esaminando gli eventi Forbush e l'associazione suggerita da Svensmark, due studi indipendenti (qui e qui) giungono alla conclusione che non ci sia nessuna relazione effettiva, indebolendo ancora di più la presunta connessione in esame (o ridimensionandone ulteriormente la forza?).

Insomma: se si vuole dimostrare che il recente GW è imputabile alla diminuzione delle nuvole basse, causate dall'altrettanta diminuzione dei GCR a loro volta mascherate da un vento solare più intenso associato ad una più forte irradianza solare, occorre iniziare proprio da qui e provare a mostrare/smentire il fatto che la TSI abbia/non abbia un trend. Ci ha provato Scafetta ma per ora invano, mentre per es. le più recenti ricostruzioni solari (ad es. quelle di Muscheler 2007, Svalgaard 2007 o Steinhilber 2009) ci indicano che non è variata di molto (il range, nell'olocene, sembrerebbe oscillare fra +/- 1 Wm^-2).

Poi occorrerebbe passare a dimostrare/smontare il fatto che la periodicità ciclica dei GCR sia sovrimposta da un trend decrescente/non sia accompagnata da nessun trend particolare.

Infine si tornerebbe alle nuvole.....e qui forse in effetti qualcosa si può vedere, in termini di leggera diminuzione di quelle basse.

Ma - al di là della difficoltà di lettura e di ottenimento di dati robusti e non spurii (anche qui) - mi pare evidente come l'andamento dei GCR non sembra influenzare quello della copertura delle nubi basse, anche perché la correlazione è probabilmente spuria: non la si nota ad alta frequenza, l'andamento generale dei GCR è ciclico ma senza nessun trend specifico a differenza di quello termico (vedi figura sotto), la variazione mensile della copertura nuvolosa sembra precedere quella dei GCR di alcuni mesi, le improvvise diminuzioni dei GCR per l'effetto Forbush non sembrano influenzare effettivamente la copertura nuvolosa bassa, la variazione della nuvolosità dipende da talmente tanti fattori che l'influenza dei GCR (modulati dal sole) può essere considerata, ad ora, un fenomeno ancora troppo poco compreso/sperimentato e forse, soprattutto ed in ultima analisi, anche troppo debole (vedi anche qui).