Espansione e ritiro dei ghiacci sulla Terra: cosa sono i cicli di Milankovitch?
Un secolo fa, l'astronomo e matematico Milutin Milankovitch sviluppò una teoria che spiega l'alternanza di periodi glaciali e interglaciali. Valida in prima approssimazione, presenta alcune discrepanze con le osservazioni.
Durante il Quaternario, il periodo geologico più recente iniziato circa 2,6 milioni di anni fa e che arriva fino a oggi, si è verificata una successione piuttosto regolare – sebbene non con una periodicità esatta (altrimenti sarebbe prevedibile) – di periodi freddi o glaciazioni, durante i quali i ghiacci si espansero dalle calotte polari fino a latitudini più basse di entrambi gli emisferi, e di periodi interglaciali come l’attuale (Olocene), caratterizzato dall’eccezionalità del riscaldamento globale.
Grazie alle diverse tecniche paleoclimatiche con cui si studia il clima del passato (carotaggi di ghiaccio estratti dalla Groenlandia e dall’Antartide, sedimenti dei fondali marini e lacustri, speleotemi [stalagmiti e stalattiti delle grotte]…), è stato possibile verificare che nel corso del Quaternario si sono alternati avanzamenti e ritiri dei ghiacci, che non dipendono da una sola causa.
Los ciclos de Milankovitch en movimiento ¡Buenísima animación de @NASAClimate! Vía @SeanSublette pic.twitter.com/60CWkU1ZT4
— José Miguel Viñas (@Divulgameteo) 1 marzo 2020
La combinazione di una serie di cicli astronomici che modulano la quantità di radiazione solare che arriva sulla Terra è il principale fattore regolatore, ma non l’unico.
Un ruolo fondamentale è svolto anche dalla tettonica a placche (determinante nella distribuzione di oceani e continenti e nelle variazioni delle correnti oceaniche) e dai cambiamenti nella composizione atmosferica. Non possiamo dimenticare neppure l’impatto di asteroidi o nuclei cometari, o le grandi eruzioni vulcaniche, come cause di cambiamenti climatici.
I cicli di Milankovitch
Il matematico e astronomo serbo Milutin Milankovitch (1879-1958) dedicò parte della sua vita a studiare in che modo le variazioni di diversi parametri orbitali terrestri potessero determinare l’alternanza di glaciazioni e periodi interglaciali.
La sua teoria astronomica sostiene che le variazioni dell’orbita terrestre modificano il clima a lungo termine, variando la quantità di energia solare che la Terra riceve alle diverse latitudini e nelle varie stagioni dell’anno. Si tratta di cambiamenti che sfuggono alla nostra percezione, limitata alla scala temporale umana.
La base della sua teoria venne descritta nella monografia intitolata Teoria matematica dei fenomeni termici prodotti dalla radiazione, pubblicata nel 1920. Dieci anni più tardi, nel 1930, in un manuale di geofisica introdusse la Scienza matematica del clima e teoria astronomica delle variazioni climatiche, dove sviluppò ulteriormente i suoi calcoli applicati al comportamento del clima terrestre.
Milankovitch prese in considerazione le variazioni temporali di tre parametri orbitali: 1) la precessione degli equinozi, 2) l’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre, 3) l’eccentricità dell’orbita.
La precessione è il risultato del movimento oscillatorio a cui è soggetto l’asse terrestre (simile al movimento di una trottola), che impiega circa 26.000 anni a completare un ciclo. Anche l’inclinazione dell’asse rispetto al piano dell’eclittica non resta costante, ma oscilla tra 22° e 25° in un ciclo di 41.000 anni, a causa dell’influenza gravitazionale esercitata dagli altri pianeti del Sistema Solare.
Il terzo parametro da considerare è la variazione periodica dell’eccentricità dell’orbita terrestre, che si allunga e si accorcia leggermente in un ciclo di circa 100.000 anni. È l’unica delle tre variazioni a influire, seppur in misura minima, sulla quantità totale di radiazione solare che raggiunge la Terra (circa lo 0,2% dell’insolazione complessiva).
La sola variazione dell’eccentricità orbitale non sarebbe sufficiente a innescare una glaciazione, ma in combinazione con precessione e inclinazione può determinarla, modificando la distribuzione della radiazione solare alle alte latitudini dell’emisfero nord e attivando cambiamenti climatici periodici.
Una teoria con alcune criticità
Sebbene la teoria astronomica di Milankovitch sia ampiamente accettata dalla comunità scientifica, perché supportata dai dati paleoclimatici, non è del tutto priva di punti deboli. Alcune discrepanze emergono infatti tra le fasi dei diversi parametri orbitali e le variazioni climatiche osservate nei dati proxy.
A tutto ciò si aggiunge la complessità non lineare del sistema climatico, che può amplificare determinati processi interni attraverso meccanismi di retroazione, arrivando a compensare l’effetto combinato dei tre cicli orbitali.
La teoria di Milankovitch funziona come prima approssimazione, spiegando in modo soddisfacente (a livello qualitativo) l’alternanza tra glaciazioni e periodi interglaciali durante il Quaternario. Tuttavia, quando si applicano tecniche di datazione più precise, emergono le discrepanze citate.
Inoltre, rimane aperto il dibattito scientifico sul ruolo del riscaldamento globale in atto, considerando che le emissioni di gas serra generate dalle attività umane non mostrano segnali di stabilizzazione o riduzione. C’è chi si chiede se questo forzante potrà in futuro annullare o alterare l’effetto raffreddante che dovrebbe derivare dalla combinazione naturale dei tre parametri orbitali terrestri (precessione, inclinazione ed eccentricità).