Il riscaldamento globale è un fenomeno associato, come ben noto, al cosiddetto effetto serra, un effetto naturale prodotto da alcuni gas presenti in atmosfera, che riscaldano la superficie terrestre assorbendo e re-irradiando  parte del calore emesso dalla terra verso lo spazio. Furono le basi della termodinamica di Carnot nel 1824 a offrire un nuovo punto di vista sulla concezione dell’intero Universo. E sempre in quegli anni un altro fisico, M. Fourier, pubblicò nel 1827 uno studio teorico, “Mémoire sur les températures du globe terrestre et des éspaces planétaires”, che introdusse il concetto di serra relativo all’atmosfera. Era ancora uno studio molto teorico, non supportato dalla prova sperimentale. Per quest’ultima bisognerà attendere il 1863 quando J. Tyndall presentò, durante una lettura pubblica, il suo esperimento di laboratorio sui legami tra radiazione, assorbimento e conduzione del calore da parte del vapore acqueo e dell’anidride carbonica, gas che, sebbene presenti in modeste quantità nell’atmosfera, sono molto attivi nell’assorbire la radiazione infrarossa emessa dalla Terra.

Nel 1896 ci fu un nuovo passaggio fondamentale per la conoscenza dell’effetto serra e del legame tra CO₂ e clima. Uno scienziato svedese, S. Arrhenius, futuro premio Nobel per la chimica, pubblicò un articolo in cui calcolò che a un raddoppio di CO₂ in atmosfera sarebbe corrisposto un aumento di 4°C. Questo valore è molto vicino alle attuali stime di quella che viene definita “sensibilità climatica” terrestre, ovvero la risposta del Pianeta ad un raddoppio del gas serra più conosciuto. La scoperta di Arrhenius non destò grande seguito e fu anzi criticata da alcuni autorevoli scienziati, motivo per cui per alcuni decenni il problema fu lasciato nel dimenticatoio. Del resto non c’erano ancora misurazioni precise della CO₂ e l’aumento delle emissioni era ancora limitato, non paragonabile a quell’aumento esponenziale che caratterizzerà l’immediato dopoguerra, coincidente, non a caso, con il boom economico degli anni ’60. Alcuni progressi furono fatti nei decenni successivi, alcuni di essi prodotti indirettamente dalla ricerca scientifica per fini militari, in particolare con l’inizio della guerra fredda. E proprio in quegli anni, nel 1956, viene pubblicato un ulteriore studio, “The carbon dioxide theory of climate change” (da notare l’introduzione dell’espressione “cambiamento climatico”) fondamentale per la comprensione delle dinamiche climatiche, ad opera del fisico canadese, G. Plass, che sviluppò un modello per il calcolo del trasporto radiativo nell’infrarosso, modello che mostrò come, aggiungendo CO₂  in atmosfera, si sarebbe alterato il bilancio energetico planetario. Trovarono così conferma le teorie di S.Arrhenius di sessant’anni prima. Plass stimò una sensibilità climatica di circa 3.6°C, poco più bassa di quella dello scienziato svedese. Sempre in quegli anni una figura chiave per lo studio del ciclo del carbonio e del ruolo del CO₂ fu l’oceanografo R. Revelle, un ex militare, che sottolineò l’importanza delle misurazioni delle concentrazioni di anidride carbonica in atmosfera. Aiutò così un suo allievo, C. Keeling, ad ottenere fondi per produrre la strumentazione necessaria per le misurazioni di CO₂. L’impianto di misurazione fu installato su un vulcano hawaiano, il Mauna Loa, a 3.400 metri di quota. Sebbene fosse una misurazione “puntuale”, la curva ottenuta dai dati provenienti dalla stazione, grazie all’omogeneità della distribuzione della CO₂ su tutta l’atmosfera terrestre, è tutt’ora considerata valida e rappresenta la serie storica più lunga delle misurazioni del gas serra.

 Curva di Keeling (NOAA) 

Grazie al lavoro certosino di C. Keeling, per la prima volta gli scienziati di tutto il mondo videro con chiarezza che le concentrazioni di CO₂ stavano crescendo a ritmi preoccupanti. Nonostante i numerosi contrasti per bloccare i finanziamenti al lavoro di Keeling, la stazione è riuscita a garantire un’elaborazione continua delle misurazioni e a dare il via a una serie di migliaia di articoli scientifici sul problema dal cambiamento climatico, che portarono gli Stati del mondo e l’opinione pubblica a mettere nell’agenda delle priorità questa problematica.

Sono diversi i metodi per ottenere delle ricostruzioni , più o meno accurate, dei climi del passato. Quello sicuramente più conosciuto è, senza dubbio, l’utilizzo delle carote di ghiaccio (campioni di ghiaccio estratti a diverse profondità), in zone remote del Pianeta, come l’Antartide o la Groenlandia, che permette di “ritornare indietro nel tempo” fino a centinaia di migliaia di anni. Questo è possibile grazie al fatto che in questi luoghi il ghiaccio mantiene, nel tempo,  alcune proprietà chimiche del periodo di formazione, proprietà da cui è possibile ottenere informazioni climatiche estremamente indicative. Una pietra miliare della paleoclimatologia fu proprio lo studio di Petit et al. (1999) realizzato da carote di ghiaccio provenienti dalla località di Vostok, nel Polo Sud, da cui furono ricostruite sia le temperature medie globali che le concentrazioni medie di CO2 in atmosfera degli ultimi 400.000 anni.

Altri metodi  vedono l’utilizzo degli anelli degli alberi, dei pollini, dei sedimenti, delle stalattiti e stalagmiti, per citarne solo alcuni, a cui si aggiungono dati storici, provenienti da studi di ricerca bibliografica. Se negli anni ’90 queste ricostruzioni, a carattere globale, erano ancora pionieristiche (ricordiamo su tutti il tanto criticato, spesso a sproposito, lavoro di Mann et al. (1999), diverse sono oggi le ricostruzioni di temperatura medie terrestre.

In questo contesto può essere interessante raccontare, brevemente, di altri metodi alternativi, per una ricostruzione, anche se parziale e superficiale, del clima passato, sia su scala regionale, che globale. Un esempio su tutti è l’utilizzo di bioindicatori climatici fossili, ovvero di organismi fossili che, con la loro presenza all’interno di una “struttura” geologica ben definita, permettono di identificare la fase climatica del periodo in cui sono vissuti. E’ proprio di questo che mi sono occupato nella mia tesi di Geologia Ambientale durante gli studi universitari, nel tentativo, spero riuscito, di approfondire e valorizzare un sito geologico molto interessante per la zona in cui vivo, il Salento.

E’ incredibile come da pochi elementi visivi sia possibile capire, o quantomeno intuire, parte della storia geologica e climatica di un territorio; è il fascino delle Scienze della Terra. E allora proviamo a ricostruire, proprio in base a quei pochi elementi osservati, informazioni utili a darci delle indicazioni climatiche sia a livello locale che globale e vediamo successivamente di integrarle con gli studi già esistenti per ottenere eventuali conferme o smentite. Prendiamo ad esempio proprio il sito sopra citato.

Questo sito si trova nei pressi di Gallipoli, sulla costa a nord della città, in una zona caratterizzata da terrazzi marini (vedremo tra poco il loro significato geologico)ben evidenti e da tantissime conchiglie fossili di organismi vissuti migliaia di anni fa. Tra queste risaltano alcune in particolare, caratterizzate da una forma robusta con spira bassa e un ultimo giro molto sviluppato. Sono i resti fossili di un particolare gasteropode marino, dal nome curioso, lo Strombus bubonius, una specie che ha abitato il Mediterraneo in diversi periodi geologici. La sua particolarità è quella di essere un importante indicatore climatico. Si trova, come fossile,  lungo le coste del Mediterraneo occidentale e, insieme ad altri fossili (vedi ad esempio il Conus  testudinarius), rappresenta un gruppo di cosiddetti “ospiti caldi” facenti parte della fauna senegalese. Senegalese perché, attualmente, vivono lungo le coste dell’Africa centro-occidentale. La presenza di questo fossile ci fa capire, in sostanza, che il periodo in cui questi organismi sono vissuti lungo le coste salentine e di tutto il Mediterraneo occidentale era caratterizzato da condizioni climatiche quasi tropicali, tipiche dell’areale (area all’interno della quale vive una specie) del gasteropode. Quindi condizioni climatiche più calde delle attuali.

Rimane da capire a quando risale questo periodo. Per fortuna esistono metodi che permettono la datazione dei fossili, quali quello radiometrico e l’epimerizzazione degli aminoacidi. Secondo tali metodi i fossili del sito risalgono a circa 115-120 mila anni fa, ovvero al culmine dell’ultimo periodo interglaciale, meglio conosciuto come Eemiano o Tirreniano. Quando le temperature medie sia locali che globali (come diverse ricostruzioni confermano) erano più calde rispetto, perfino, al culmine dell’attuale periodo interglaciale (circa 7000 anni fa).

La semplice osservazione e il riconoscimento degli organismi fossili ci ha permesso una prima considerazione: quel piano geologico, caratterizzato dalla presenza del gasteropode, ha riguardato un periodo caldo, più caldo dell’attuale. I metodi chimico-fisici ci hanno permesso di ottenere una datazione precisa.

L’osservazione attenta del sito ci permette poi ulteriori considerazioni, altrettanto interessanti da un punto di vista geologico e climatico. Sono ben evidenziabili dei terrazzi marini, ovvero delle strutture geologiche frutto dell’azione combinata di due processi: le variazioni del livello del mare (di oltre il centinaio di metri se consideriamo i passaggi da periodi glaciali ad interglaciali) e l’attività tettonica che determina l’abbassamento o l’innalzamento della superficie terrestre.

Fonte: Wikipedia

La presenza, ad esempio, di più terrazzi ad altezze diverse (anche di qualche centinaio di metri) ci indica che quell’area (vedi punta meridionale della Calabria) è in sollevamento ed è possibile calcolarne la velocità. Nel nostro caso, nel Salento, l’attività tettonica è stata quasi insignificante negli ultimi 130000 anni, motivo per cui troviamo la presenza di un singolo terrazzo marino, che non è altro che l’effetto geomorfologico di una variazione di natura glacio-eustatica (ovvero variazione del livello del mare dovuta all’alternarsi tra fase glaciale e fase interglaciale).Sulla sommità del terrazzo marino (lì dove sorgeva la vecchia spiaggia), troviamo la presenza dei nostri organismi fossili. L’altezza del terrazzo marino ci da così un’indicazione del livello del mare in quel periodo. Ovvero 4-5 metri superiore a quello attuale. E questo in perfetta sintonia con le temperature medie più alte (evidenziate dalla presenza dello S.bubonius) che abbiamo ricostruito in precedenza e con le ricostruzioni storiche a scala globale del livello medio del mare, che gli scienziati hanno prodotti negli anni.

Fonte: Van Daele et al. 2011

In conclusione, abbiamo visto come da pochi elementi (fossili e strutture geologiche particolari) e informazioni (datazione dei fossili), è stato possibile ricostruire una semplice storia climatica di migliaia di anni  di un territorio e ottenere comunque alcune indicazioni su scala globale. La paleoclimatologia ha fatto passi da gigante nell’ultimo decennio, ma è sempre affascinante verificare personalmente studi e conoscenze,  anche attraverso piccole e semplici azioni di osservazione.