La distanza Terra-Sole altera nel tempo le stagioni nel Pacifico

Un effetto non riconosciuto aumenta o diminuisce la lingua fredda del Pacifico (Pacific cold tongue), probabilmente con un impatto sugli eventi di El Niño/La Niña e sul clima nordamericano

Si presume che il ciclo annuale della lingua fredda del Pacifico nella temperatura della superficie del mare sia guidato dall'inclinazione assiale della Terra (effetto di inclinazione), e quindi la sua fasatura dovrebbe essere fissata rispetto al calendario. Tuttavia, la sua fase e ampiezza cambiano in modo drammatico e coerente in varie configurazioni di precessione orbitale in diversi modelli del Sistema Terra.

I modellisti meteorologici e climatici comprendono abbastanza bene come i venti stagionali e le correnti oceaniche influenzino i cicli di El Niño nell'Oceano Pacifico equatoriale orientale, influenzando il tempo negli Stati Uniti e talvolta in tutto il mondo.

Ma nuove simulazioni al computer mostrano che un fattore determinante dei cicli meteorologici annuali in quella regione - in particolare, una fredda lingua di acque superficiali che si estende verso ovest lungo l'equatore dalla costa del Sud America - non è stato riconosciuto: la distanza variabile tra la Terra e il sole.

La lingua fredda, a sua volta, influenza l'oscillazione El Niño-Southern (ENSO), che ha un impatto sul clima in California, gran parte del Nord America e spesso a livello globale.

La distanza Terra-sole varia lentamente nel corso dell'anno perché l'orbita terrestre è leggermente ellittica. Attualmente, al suo approccio più vicino - il perielio - la Terra è circa 3 milioni di miglia più vicina al sole rispetto al suo punto più lontano, o afelio. Di conseguenza, la luce solare è circa il 7% più intensa al perielio rispetto all'afelio.

La ricerca condotta dall'University of California, Berkeley, dimostra che il leggero cambiamento annuale della nostra distanza dal sole può avere un grande effetto sul ciclo annuale della lingua fredda. Questo è distinto dall'effetto dell'inclinazione assiale della Terra sulle stagioni, che attualmente si ritiene causi il ciclo annuale della lingua fredda.

Il dottor John Chiang (1), ricercatore capo e professore di geografia della UC Berkeley, dice: «Poiché il periodo del ciclo annuale derivante dagli effetti di inclinazione e distanza è leggermente diverso, i loro effetti combinati variano nel tempo. La cosa curiosa è che il ciclo annuale dall'effetto distanza è leggermente più lungo di quello per l'inclinazione - circa 25 minuti, attualmente - quindi in un arco di circa 11.000 anni, i due cicli annuali passano dall'essere in fase a fuori fase, e di conseguenza la stagionalità netta subisce un notevole cambiamento».

Il dottor John Chiang ha osservato che l'effetto della distanza è già incorporato nei modelli climatici - sebbene il suo effetto sul Pacifico equatoriale non sia stato riconosciuto fino ad ora - e le sue scoperte non altereranno le previsioni meteorologiche o le proiezioni climatiche. Ma il ciclo di 22.000 anni potrebbe aver avuto effetti storici a lungo termine. È noto, ad esempio, che la precessione orbitale terrestre ha influenzato i tempi delle ere glaciali.

L'effetto distanza - e la sua variazione di 22.000 anni - potrebbe influenzare anche altri sistemi meteorologici sulla Terra. L'ENSO, che ha origine anche nel Pacifico equatoriale, è probabilmente interessato perché il suo funzionamento è strettamente legato al ciclo stagionale della lingua fredda.

Secondo la dottoressa Alyssa Atwood (2), ex borsista post-dottorato della UC Berkeley che ora è assistente professoressa alla Florida State University di Tallahassee, «La teoria ci dice che il ciclo stagionale della lingua fredda gioca un ruolo chiave nello sviluppo e nella conclusione degli eventi ENSO. Per questo motivo, molte delle caratteristiche chiave di ENSO sono sincronizzate con il ciclo stagionale. Ad esempio, gli eventi ENSO (El Niño-Southern Oscillation) tendono a raggiungere il picco durante gli inverni dell'emisfero settentrionale e in genere non persistono oltre i mesi primaverili settentrionali o boreali, che gli scienziati chiamano “barriera di prevedibilità primaverile”. A causa di questi collegamenti, è ragionevole aspettarsi che l'effetto distanza possa anche avere un impatto importante sull'ENSO, cosa che dovrebbe essere esaminata in studi futuri».

Il dottor John Chiang asserisce: «È stata prestata pochissima attenzione al ciclo stagionale della lingua fredda perché la maggior parte delle persone pensa che sia risolto. Non c'è niente di interessante lì. Quello che questa ricerca mostra è che non è stato risolto. C'è ancora un mistero lì. Il nostro risultato solleva anche la domanda se anche altre regioni della Terra possano avere un contributo significativo dell'effetto distanza al loro ciclo stagionale».

Il dottor Anthony Broccoli (3), coautore della Rutgers University, dice: «Apprendiamo nelle classi di scienze già alle scuole elementari che le stagioni sono causate dall'inclinazione dell'asse terrestre. Questo è certamente vero ed è stato ben compreso per secoli. Sebbene sia stato riconosciuto anche l'effetto della distanza Terra-Sole, il nostro studio indica che questo “effetto distanza” potrebbe essere un effetto più importante sul clima di quanto non fosse stato riconosciuto in precedenza».

Chiang, Atwood e Broccoli e i loro colleghi hanno riportato le loro scoperte sulla rivista Nature. (4)

Due distinti cicli annuali influenzano la lingua fredda del Pacifico

Il principale motore dei cambiamenti climatici globali è il cambiamento stagionale. L'equatore terrestre è inclinato rispetto alla sua orbita attorno al sole, quindi gli emisferi settentrionale e meridionale sono illuminati in modo diverso. Quando il sole splende direttamente sopra la testa a nord, fa più caldo a nord e più freddo a sud e viceversa.

Questi cambiamenti annuali hanno effetti importanti sugli alisei equatoriali del Pacifico, che soffiano da sud-est a nord-ovest attraverso il sud e il Pacifico equatoriale e spingono le acque di superficie verso ovest, provocando la risalita di acqua fredda lungo l'equatore che crea una lingua di acqua superficiale fredda che si estende dall'Ecuador attraverso il Pacifico — quasi un quarto della circonferenza del pianeta.

I cambiamenti emisferici annuali della temperatura stagionale alterano la forza dei traffici, e quindi causano un ciclo annuale nella temperatura della lingua fredda. Questo, a sua volta, ha una grande influenza sull'ENSO (El Niño-Southern Oscillation), che in genere raggiunge il picco durante l'inverno dell'emisfero settentrionale.

La presenza di El Niño - o del suo opposto, La Niña - aiuta a determinare se la California e la costa occidentale avranno un inverno umido o secco, ma anche se il Midwest e parti dell'Asia avranno pioggia o siccità.

«Nello studio dei climi del passato, molti sforzi sono stati dedicati a cercare di capire se la variabilità nell'Oceano Pacifico tropicale - cioè il ciclo El Niño/La Niña - è cambiata in passato», ha detto il dottor Broccoli. «Abbiamo scelto di concentrarci invece sul ciclo annuale delle temperature oceaniche nella lingua fredda del Pacifico orientale. Il nostro studio ha scoperto che la tempistica del perielio, cioè il punto in cui la terra è più vicina al sole, ha un'influenza importante sul clima nel Pacifico tropicale».

Nel 2015, Broccoli, co-direttore del Rutgers Climate Institute, insieme al suo allora studente laureato Michael Erb, ha impiegato un modello climatico al computer per dimostrare che i cambiamenti di distanza causati dall'orbita ellittica della Terra alteravano drasticamente il ciclo annuale della lingua fredda. «Ma i modellatori climatici hanno per lo più ignorato il risultato. Il nostro campo si concentra su El Niño e pensavamo che il ciclo stagionale fosse risolto. Ma poi ci siamo resi conto che il risultato di Erb e Broccoli sfidava questa ipotesi», ha detto Chiang.

Chiang e i suoi colleghi, tra cui Broccoli e Atwood, hanno esaminato simulazioni simili utilizzando quattro diversi modelli climatici e hanno confermato il risultato. Ma il team è andato oltre per mostrare come funziona l'effetto distanza.

Gli emisferi “marino” e “continentale” della Terra

La distinzione chiave è che i cambiamenti nella distanza del sole dalla Terra non influenzano in modo diverso gli emisferi settentrionale e meridionale, che è ciò che dà origine all'effetto stagionale dovuto all'inclinazione assiale della Terra. Invece, riscaldano l' “emisfero continentale” orientale dominato dalle masse continentali nord e sudamericane e africane ed eurasiatiche, più di quanto non riscaldi l'emisfero occidentale - quello che lui chiama l'emisfero marino, perché è dominato dall'Oceano Pacifico.

«Il modo tradizionale di pensare ai monsoni è che l'emisfero settentrionale si riscalda rispetto all'emisfero meridionale, generando venti sulla terra che portano piogge monsoniche«, ha detto Chiang. «Ma qui, in realtà stiamo parlando di differenze di temperatura est-ovest, non nord-sud, che causano i venti. L'effetto distanza sta operando attraverso lo stesso meccanismo delle piogge monsoniche stagionali, ma i cambiamenti del vento provengono da questo monsone da est a ovest».

I venti generati da questo riscaldamento differenziale degli emisferi marini e continentali alterano la variazione annuale dei traffici orientali nel Pacifico equatoriale occidentale, e quindi la lingua fredda.

Il dottor John Chiang spiega: «Quando la Terra è più vicina al sole, questi venti sono forti. In bassa stagione, quando il sole è più lontano, questi venti diventano deboli. Quei cambiamenti del vento vengono quindi propagati nel Pacifico orientale attraverso il termoclino e, di conseguenza, guidano un ciclo annuale della lingua fredda. L'effetto della distanza sulla lingua fredda è circa un terzo della forza dell'effetto di inclinazione e si migliorano a vicenda, portando a un forte ciclo annuale della lingua fredda. Circa 6.000 anni fa si cancellarono a vicenda, producendo un ciclo annuale smorzato della lingua fredda. In passato, quando l'orbita terrestre era più ellittica, l'effetto della distanza sulla lingua fredda sarebbe stato maggiore e avrebbe potuto portare a una cancellazione più completa quando sfasato.

Sebbene Chiang e i suoi colleghi non abbiano esaminato l'effetto di tale cancellazione, ciò avrebbe potenzialmente avuto un effetto mondiale sui modelli meteorologici.

Chiang ha sottolineato che l'effetto della distanza sul clima, sebbene chiaro nelle simulazioni del modello climatico, non sarebbe evidente dalle osservazioni perché non può essere facilmente distinto dall'effetto dell'inclinazione. «Questo studio è puramente basato su modelli. Quindi, è una previsione. Ma questo comportamento è riprodotto da diversi modelli, almeno quattro. E quello che abbiamo fatto in questo studio è spiegare perché questo accade. E nel processo, abbiamo scoperto un altro ciclo annuale della lingua fredda che è guidato dall'eccentricità della Terra».

La dottoressa Alyssa Atwood ha osservato che, a differenza delle forti modifiche al ciclo stagionale della lingua fredda, le modifiche a ENSO (El Niño-Southern Oscillation) tendono a dipendere dal modello. «Sebbene l'ENSO rimanga una sfida per i modelli climatici, possiamo guardare oltre le simulazioni dei modelli climatici al record del paleoclima per studiare la connessione tra i cambiamenti nel ciclo annuale della lingua fredda e l'ENSO in passato. Ad oggi, i record del paleoclima del Pacifico tropicale sono stati ampiamente interpretati in termini di cambiamenti passati nell'ENSO, ma il nostro studio sottolinea la necessità di separare i cambiamenti nel ciclo annuale della lingua fredda dai cambiamenti nell'ENSO».

I colleghi di Chiang, oltre a Broccoli e Atwood, sono Daniel Vimont dell'Università del Wisconsin a Madison; l'ex studente universitario della UC Berkeley Paul Nicknish, ora studente laureato presso il Massachusetts Institute of Technology; William Roberts della Northumbria University di Newcastle-upon-Tyne nel Regno Unito; e Clay Tabor dell'Università del Connecticut a Storrs. Chiang ha condotto parte della ricerca durante un anno sabbatico presso l'Istituto di ricerca per i cambiamenti ambientali dell'Accademia Sinica di Taipei, Taiwan.

Riferimenti:

(1) John Chiang

(2) Alyssa Atwood

(3) Anthony Broccoli

(4) Two annual cycles of the Pacific cold tongue under orbital precession

Descrizione foto: Una mappa della temperatura dell'Oceano Pacifico del dicembre 1993 che mostra una lingua fredda (blu) di acqua superficiale che si estende verso ovest lungo l'equatore dalla costa del Sud America. La temperatura e l'estensione della lingua fredda cambiano con le stagioni, ma nuove simulazioni climatiche mostrano che il cambiamento annuale della distanza della Terra dal sole influisce anche sul ciclo stagionale della lingua fredda. Ciò influenza le condizioni di El Niño che influiscono sul tempo in Nord America e nel mondo. Man mano che la Terra si avvicina al Sole nella sua orbita ellittica, l'emisfero dominato dal continente si riscalda più dell'emisfero dominato dall'oceano, generando alisei che influenzano la lingua fredda e probabilmente il ciclo El Niño/La Niña che determina se la California riceve pioggia o siccità. - Credit: John Chiang, UC Berkeley.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Earth-sun distance dramatically alters seasons in equatorial Pacific in a 22,000-year cycle