Caratterizzare i punti critici e le soglie di irreversibilità dei cambiamenti climatici
Il sistema climatico della Terra è caratterizzato da interazioni estremamente complesse nel tempo e nello spazio. Gli scienziati hanno individuato diversi componenti essenziali attualmente a rischio di subire transizioni improvvise e irreversibili, che potrebbero catalizzare cascate di cambiamenti radicali; a complicare ulteriormente la situazione, le transizioni critiche in ciascuno di tali «punti critici» potrebbero generare un impatto sugli altri. La caratterizzazione di questi punti critici e delle loro interazioni è necessaria al fine di sviluppare modelli predittivi, il che costituisce un passo fondamentale al fine di prevenire cambiamenti climatici irreversibili. Sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), il progetto CriticalEarth(si apre in una nuova finestra) ha formato 15 ricercatori nella fase iniziale della propria carriera per affrontare questa sfida. Il lavoro si è concentrato sullo sviluppo di strumenti statistici avanzati basati su ricostruzioni paleoclimatiche e su osservazioni recenti al fine di aiutare gli scienziati a identificare i «segnali di allerta precoce» dei punti di non ritorno.
Un feedback positivo incontrollato
La maggior parte dei sistemi dinamici è soggetta a feedback sia positivi che negativi. «Quando la retroazione positiva inizia a dominare, può verificarsi un’amplificazione incontrollabile in base alla quale un “parametro di controllo” supera una soglia critica, comportando un brusco cambiamento di stato irreversibile», spiega Peter Ditlevsen, coordinatore del progetto CriticalEarth e docente presso il Niels Bohr Institute dell’Università di Copenhagen(si apre in una nuova finestra). Nel caso delle calotte glaciali, più si riduce la loro altezza mentre si sciolgono, più calda diventa l’atmosfera al di sopra delle stesse (le temperature sono più elevate alle quote più basse) e più il ghiaccio si scioglie: superata una certa soglia critica di temperatura atmosferica, questo feedback positivo incontrollato si fa irreversibile. Tra gli altri potenziali eventi di non ritorno figurano la trasformazione irreversibile delle foreste pluviali in un ambiente di savana e l’arresto del capovolgimento meridionale della circolazione atlantica (AMOC, Atlantic Meridional Overturning Circulation), responsabile del clima temperato dell’Europa settentrionale.
Stati limite e segnali di allerta precoce
La determinazione degli esatti valori relativi ai parametri di non ritorno si è rivelata un compito estremamente difficile. «Abbiamo applicato tecniche matematiche avanzate al fine di determinare i limiti tra lo stato attuale e quello alternativo di non ritorno nei modelli climatici multidimensionali», afferma Ditlevsen. I ricercatori, che hanno caratterizzato i cosiddetti stati limite su tali confini ottenendo informazioni rilevanti per prevedere le transizioni future, hanno utilizzato nuovi strumenti statistici open source allo scopo di individuare i segnali di allerta precoce, ovvero le firme statistiche nei dati delle serie temporali grazie alle quali si deduce che il sistema climatico si sta avvicinando a un punto critico di non ritorno.
Individuare gli elementi di non ritorno della Terra
«Nuove tecniche di apprendimento automatico e di analisi degli eventi rari hanno permesso di stimare in modo efficiente le probabilità di transizione nei modelli climatici ad alta dimensionalità, migliorando la nostra comprensione dei cambiamenti repentini», spiega Ditlevsen. Andando al di là di quanto previsto dagli obiettivi iniziali, CriticalEarth ha estrapolato i suoi primi segnali di allerta per il futuro, rivelando un collasso dell’AMOC(si apre in una nuova finestra) a metà del XXI secolo: questa sofisticata previsione, che genera sorprendenti implicazioni a breve termine per il clima dell’Europa settentrionale, è stata riportata da oltre 2 500 organi di informazione a livello mondiale. Il team ha identificato soglie chiave, biforcazioni e punti di irreversibilità nei modelli degli elementi di non ritorno e ha scoperto nuovi meccanismi di variabilità e resistenza agli stessi. L’estensione della teoria della biforcazione ha rivelato le modalità con cui il collasso dell’AMOC avrebbe influenzato le precipitazioni globali, nonché come i punti critici accoppiati possono stabilizzare o destabilizzare i principali sottosistemi climatici soggetti a rumore. Infine, gli strumenti predittivi per la risposta climatica alle perturbazioni chiariscono i fattori che aumentano o inibiscono i punti di non ritorno e che modellano le statistiche di transizione. CriticalEarth ha fornito strumenti predittivi e approfondimenti cruciali sulle transizioni climatiche critiche. Altrettanto importante è il fatto che ha formato un gruppo di 15 brillanti giovani scienziati al fine di continuare a lavorare per migliorare la nostra capacità di individuare precocemente i segnali di allarme, sostenendo gli sforzi volti a prevenire cambiamenti climatici irreversibili e i loro effetti sulle generazioni future.
