Javier Vinós
Nel 2007, due scienziati canadesi che studiavano gli effetti di questo ciclo sulla costa del Pacifico del Nord America hanno predetto con successo l’insorgenza di un importante evento El Niño nel 2015 basandosi su dati lunari. Sorprendentemente, la loro previsione si è rivelata accurata.
Gli oceani della Terra contengono una vasta massa di acqua fredda sotto un sottile strato di acqua calda, e la limitata quantità di mescolamento tra loro svolge un ruolo cruciale nella nostra esistenza. Le maree, influenzate principalmente da cambiamenti nell’orbita della luna, sono la forza principale dietro questo mescolamento, che ha il potenziale di raffreddare il clima. Keeling, che ha guidato le misurazioni di CO2, credeva in questa teoria e ha previsto una tendenza al raffreddamento per il prossimo decennio. L’impatto del ciclo lunare di 18,6 anni sul clima è noto da tempo, ma ricerche più recenti hanno rivelato la sua influenza sull’Oscillazione Meridionale El Niño (ENSO).
L’unicità potenziale del sistema Terra-Luna Quando gli astrofisici discutono dell’abbondanza di pianeti potenzialmente abitabili attorno a stelle simili al Sole, spesso trascurano un fatto cruciale: la formazione della Terra è stata probabilmente un evento incredibilmente raro. Circa 4,5 miliardi di anni fa, il nostro pianeta è nato da una collisione casuale tra la Terra primordiale e un pianeta delle dimensioni di Marte. Questo evento fortuito spiega due caratteristiche straordinarie della Terra che possono essere eccezionalmente rare tra gli altri pianeti simili alla Terra. La prima caratteristica notevole è il grande nucleo metallico della Terra, che genera un forte campo magnetico nonostante le dimensioni del pianeta. Questo campo magnetico svolge un ruolo importante nel proteggere la nostra atmosfera dal vento solare, prevenendo la perdita di gas leggeri. Il secondo aspetto insolito della Terra è che ha un satellite insolitamente grande per le sue dimensioni. Normalmente, il rapporto di massa tra un pianeta e il suo satellite è di circa 1:10.000. Tuttavia, il sistema Terra-Luna ha un rapporto di massa di solo 1:81, così vicino che a volte viene definito un doppio pianeta.
La presenza di un tale grande satellite esercita una potente influenza sulla Terra. Potrebbe essere stato essenziale per la presenza e la manutenzione della vita complessa nel tempo. La forza gravitazionale della Luna stabilizza l’inclinazione dell’asse terrestre. Se un piccolo cambiamento nell’inclinazione di appena 2,4° porta a una glaciazione, il clima della Terra potrebbe essere stato troppo instabile per l’evoluzione della vita complessa sotto cambiamenti di inclinazione molto più grandi senza la Luna.
L’effetto principale della Luna sulla Terra è quindi mediato dalla gravità, una delle forze più potenti dell’universo, che ha la capacità di influenzare significativamente il clima attraverso le maree che produce nell’oceano, nell’atmosfera e nella crosta.
Effetto delle maree sul clima L’orbita della Luna è inclinata di 5° rispetto al piano orbitale della Terra, noto anche come eclittica. I punti in cui l’orbita della Luna interseca l’eclittica si chiamano nodi. Le eclissi si verificano solo quando la Luna è vicino a un nodo e la linea che collega i due nodi è allineata con il Sole. Questo allineamento si verifica circa ogni sei mesi, creando una stagione di eclissi.
Tuttavia, il piano orbitale della Luna attorno alla Terra subisce una precessione graduale che causa uno dei nodi a completare una rotazione completa rispetto a uno degli equinozi in un arco di 18,61 anni. Questo fenomeno è chiamato ciclo nodale lunare. A causa di questa precessione, l’inclinazione di 5° dell’orbita della Luna viene aggiunta o sottratta all’inclinazione assiale della Terra, provocando una variazione nella declinazione della Luna (la sua posizione rispetto all’equatore). Questa declinazione varia da un massimo di 28,5° durante una massima sosta lunare a un minimo di 18,5° durante una minima sosta lunare, completando un ciclo completo nel corso di 18,61 anni. Questi cambiamenti influenzano i modelli di marea.
Le maree sono un fenomeno complesso. A causa dell’orbita della Luna attorno alla Terra nella stessa direzione della rotazione assiale della Terra, ci vogliono 24,84 ore perché la Luna sia sopra la stessa posizione, quindi c’è una marea semidiurna ogni 12,42 ore. Ma questo è solo uno dei molti costituenti delle maree, ed è chiamato M2 (M per Luna e 2 per essere semidiurno). Il costituente successivo in forza è dovuto alla declinazione lunare-solare. È diurno con un periodo di 23,93 ore, ed è chiamato il costituente K1
Poiché la forza di questo costituente di marea diurno è direttamente correlata alla declinazione della Luna sopra l’equatore terrestre, osserviamo un ciclo di 18,6 anni nella forza della marea diurna lunisolare. Anche le maree semi-diurne sono influenzate, ma in misura minore. Ad esempio, le ampiezze dei più grandi costituenti di marea diurna e semi-diurna, K1 e M2, variano rispettivamente del 13% e del 5% in un ciclo di 18,6 anni.
Il ciclo nodale lunare influenza le temperature superficiali dell’oceano attraverso il mescolamento verticale, che è influenzato da correnti di marea aumentate o diminuite a seconda della fase del ciclo. Numerosi studi che analizzano serie temporali oceaniche e atmosferiche hanno identificato un ciclo di 18,6 anni nella temperatura superficiale del mare e nella pressione del livello del mare in varie località del Pacifico e di altre regioni. C’è un grande corpo di letteratura su questo argomento.
Nel Pacifico, due notevoli oscillazioni a bassa frequenza influenzano la temperatura superficiale del mare e la pressione del livello del mare. Il primo e più noto è l’Oscillazione Decadale del Pacifico (PDO). Tuttavia, c’è anche un’oscillazione a bassa frequenza di periodo più breve conosciuta come Oscillazione Bidecadale del Pacifico del Nord. Questa oscillazione è stata scoperta per la prima volta in Alaska nel 1998. Un anno dopo, nel 1999, Shoshiro Minobe ha stabilito una correlazione tra il PDO e l’Oscillazione Bidecadale, mostrando che entrambe le oscillazioni si verificano in sincronia.[1]
La figura 1a mostra l’Indice del Pacifico Nord (NPI) durante l’inverno (da dicembre a febbraio). L’NPI funge da indicatore dei cambiamenti della pressione al livello del mare nella Bassa delle Aleutine, una vasta regione nel Pacifico Nord. Ha una forte correlazione con l’Oscillazione Decadale del Pacifico (PDO). Quando il PDO riflette temperature più fredde, l’NPI mostra schemi di pressione più elevati e viceversa. Il grafico contiene due set di dati con levigatura gaussiana. La linea spessa continua sottolinea la variazione a lungo termine, multi-decennale, mentre la linea tratteggiata spessa rappresenta la variazione a termine più breve, bi-decennale.
Figura 1. Oscillazioni multidecennali dell’Indice del Pacifico Nord. (a) Dati invernali NPI e due livellamenti Gaussiani. (b) Analisi delle ondelette.
La figura 1b di Minobe 1999 mostra un’analisi delle ondelette dei dati. Il grafico illustra il tempo su un asse e la frequenza su un altro, mentre la terza dimensione è rappresentata dalla scala dei colori che indica l’anomalia di pressione misurata in hPa. Questa analisi ci permette di identificare due oscillazioni prominenti: una che si verifica ogni 60 anni e un’altra ogni 20 anni. In particolare, gli spostamenti climatici significativi che causano cambiamenti improvvisi nel clima e nell’ecologia del Pacifico, come quello del 1976 che ha innescato il riscaldamento globale, coincidono con un cambiamento di fase simultaneo in entrambe le oscillazioni.
La poco nota ricerca sulle maree di Dave Keeling
L’oceano svolge un ruolo fondamentale nel moderare le variazioni di temperatura superficiale sul nostro pianeta. Questo fatto è evidente quando si confrontano le maggiori variazioni di temperatura stagionali osservate nei climi continentali rispetto ai climi oceanici. La nostra esistenza dipende dal fatto che non vi è un significativo mescolamento tra un sottile strato di acqua calda, spesso solo poche centinaia di metri, sopra un oceano freddo come il ghiaccio con una temperatura media inferiore a 4°C. Anche un piccolo aumento del mescolamento verticale potrebbe essere catastrofico. È quindi chiaro che il mescolamento verticale nell’oceano ha il potenziale per essere un fattore climatico. Le uniche due forze che possono influenzare questo mescolamento verticale sono il vento e la Luna, poiché contribuiscono l’energia meccanica necessaria all’oceano. La Luna contribuisce con circa 4 TW (terawatt) di energia, mentre il vento ne contribuisce circa 2 TW.
Charles David Keeling (1928-2005) è stato uno scienziato eccezionale. Alla fine degli anni ’50, ha stabilito un sistema meticoloso per misurare con precisione la concentrazione di CO2 nell’atmosfera. L’impegno di Keeling ha rapidamente portato alla scoperta che queste concentrazioni stavano aumentando costantemente. Nonostante vari tentativi di chiudere la stazione di Mauna Loa a causa di tagli al bilancio, lui ha assicurato personalmente la sua continua operatività. Molti consideravano questo sforzo continuo costoso e di routine, ma la persistenza di Keeling ha prevalso. In riconoscimento delle sue straordinarie realizzazioni scientifiche, gli è stata assegnata la Medaglia Nazionale della Scienza del 2002, il massimo onore a vita per il raggiungimento scientifico negli Stati Uniti. Il record di CO2 atmosferica a Mauna Loa, noto come la “curva di Keeling”, è stato designato come un luogo storico nazionale della chimica nel 2015.
Non è molto noto che Dave Keeling, negli ultimi anni della sua ricerca, si è concentrato sulla Luna come mezzo per comprendere la variabilità climatica sulla Terra. Pur credendo fermamente che l’aumento della CO2 fosse la causa del riscaldamento globale, cercava di identificare ulteriori fattori che potessero spiegare i periodi di raffreddamento precedenti che non potevano essere spiegati dai cambiamenti di CO2. Keeling teorizzò che i cambiamenti nell’effetto della Luna sul mescolamento oceanico potessero influenzare le temperature superficiali – un meccanismo semplice e scientificamente valido. L’unica questione è l’entità dell’effetto di questi cambiamenti.
La figura 2 è tratta da un articolo del 1997 di Keeling.[2] Le maree più forti si verificano in determinate circostanze: (1) durante una syzygy o allineamento Sole-Terra-Luna, (2) quando la Luna è nel punto più vicino alla Terra (perigeo), (3) quando la Luna è in uno dei nodi dell’eclittica della Terra, e (4) quando la Terra è più vicina al Sole (perielio). In media, queste condizioni coincidono circa ogni 1800 anni (1682, 1823, o 2045 anni ± 18 anni). Tuttavia, si verificano armoniche e periodicità più brevi quando sono soddisfatte solo alcune di queste condizioni.
La figura illustra un pattern ciclico di 93 anni nell’ampiezza delle maree risultante dalla successione di cinque cicli nodali. È importante notare che la forzante mareale non aumenta continuamente nel corso dei decenni. Piuttosto, aumenta in alcuni giorni durante alcuni mesi lunari quando si verificano gli allineamenti, come indicato dalle linee verticali nella figura. Dopodiché, le forze mareali possono mediarsi negli anni successivi, solo per riacquistare forza 18 anni dopo. Gli archi che collegano i picchi di forza mareale sono forniti solo come aiuto visivo per mostrare il pattern ricorrente separato da un intervallo di 18 anni.
Figura 2. Temporizzazione della forzante mareale lunisolare dal 1600 d.C. Ogni evento, indicato da una linea verticale, fornisce una misura della forzante in termini di velocità angolare della Luna, in gradi di arco al giorno. Le barre grigie corrispondono a episodi di clima freddo.
Questa figura è stata riprodotta nel mio libro quando ho spiegato come la forzante mareale sia un probabile candidato per innescare gli eventi di Dansgaard-Oeschger durante i periodi glaciali.[3]
Keeling e il coautore Timothy Whorf hanno fatto un’osservazione interessante sull’allineamento di significativi aumenti della forzante mareale negli ultimi 400 anni. Hanno notato una correlazione tra questi periodi e i periodi freddi documentati in una pubblicazione separata di Phil Jones, l’ex direttore dell’Unità di Ricerca sul Clima Hadley (HadCRU). Questi periodi freddi sono rappresentati dalle barre grigie in alto nella Figura 2.
Sebbene possa essere irragionevole affermare che il raffreddamento del clima di questi periodi sia stato causato esclusivamente dall’aumento della forzante mareale, è plausibile considerare che la forzante mareale abbia giocato un ruolo nel potenziare l’effetto di raffreddamento oltre quello che sarebbe avvenuto in sua assenza. Hanno proiettato un altro picco di forzante mareale nei prossimi anni ’30 (indicato con “D” nella figura). Questo dovrebbe coincidere con la mia previsione di un calo delle temperature a causa della coincidenza di una bassa attività solare e della transizione dell’Oscillazione Multidecennale Atlantica nella sua fase fredda. La natura deve ancora mostrare la sua vera forza ai modellisti climatici troppo sicuri di sé.
La Luna come predittore di El Niño
Nel 2007, due scienziati canadesi, McKinnell e Crawford, hanno condotto uno studio esaminando la relazione tra il ciclo nodale lunare e vari fattori come le temperature dell’aria, le temperature superficiali del mare e i registri degli anelli degli alberi di 400 anni lungo la costa pacifica del Nord America.[4] Una scoperta degna di nota che hanno fatto è stata la correlazione tra le temperature superficiali del mare invernali misurate al Scripps Pier a San Diego, California, e il costituente di marea K1, che influisce sull’ampiezza di marea diurna. La Figura 3 mostra questa relazione.
Figura 3. Anomalie medie della temperatura superficiale del mare a gennaio al Scripps Pier sovrapposte al ciclo nodale lunare diurno. Cerchi rossi, che segnano alcuni anni di El Niño, sono stati aggiunti alla figura originale.
Sorprendentemente, le anomalie di temperatura di gennaio più forti a Scripps Pier hanno coinciso costantemente con un minimo del ciclo nodale lunare. D’altra parte, le anomalie più basse sono state spesso, sebbene non sempre, osservate entro un anno o due da un massimo del ciclo nodale.
McKinnell e Crawford hanno anche osservato una notevole sincronizzazione tra il ciclo nodale lunare e alcuni dei maggiori eventi El Niño del XX secolo, come quelli del 1940/41, 1957/58 e 1997/98. Attribuire la causa di El Niño esclusivamente alla Luna sarebbe inaccurato, poiché ci sono casi (ad es., 1972/73, 1982/83) in cui gli eventi El Niño non si allineano con il ciclo nodale.
Tuttavia, la relazione tra il ciclo lunare di 18,6 anni ed El Niño era già stata descritta in un articolo del 2001 ed è stata ulteriormente enfatizzata in studi recenti.[5] [6] L’interpretazione presentata nell’articolo del 2001 suggerisce che le forze mareali che agiscono sul giro del Pacifico modificano il trasporto di acqua fredda nella regione equatoriale, influenzando così la probabilità e l’ampiezza degli eventi El Niño.
Anche in assenza di un grande evento El Niño, i dati del Scripps Pier presentati nella Figura 3 mostrano la presenza di episodi Niño consecutivi durante i minimi del ciclo nodale lunare. Questi sono gli eventi Niño del 1940/41 e 1941/42, 1957/58 e 1958/59, e 1976/77 e 1977/78.
Sulla base dei dati disponibili, gli autori suggeriscono che la coincidenza tra la risposta della temperatura superficiale del mare costiero nordamericano al ciclo nodale lunare e gli eventi El Niño merita maggiore attenzione, in particolare se si verifica un forte El Niño intorno al 2015.
Data la sfida associata alla previsione dell’occorrenza di un evento El Niño, figuriamoci la sua ampiezza, è davvero notevole che gli autori siano riusciti a prevedere con successo un grande El Niño con otto anni di anticipo. Ancora più sorprendente è il fatto che questa previsione sia stata basata sul ciclo lunare di 18,6 anni. Si raccomanda a chiunque sia coinvolto nella previsione di ENSO di tenere conto delle conoscenze accumulate sull’influenza della Luna su ENSO. Sebbene non sia una regola assoluta, è evidente che la probabilità di un grande evento El Niño, o addirittura di episodi Niño consecutivi, è più alta per il 2034. Un evento del genere potrebbe potenzialmente mitigare la tendenza al raffreddamento prevista.
[1] Minobe, S., 1999. Geophys. Res. Lett. 26 (7), pp.855–858. doi.org/10.1029/1999GL900119
[2] Keeling, C.D. & Whorf, T.P., 1997. PNAS, 94 (16), pp.8321–8328. doi.org/10.1073/pnas.94.16.8321
[3] Vinós, J., 2022. Climate of the Past, Present and Future: A scientific debate. 2nd ed. Critical Science Press.www.amazon.com/dp/B0BCF5BLQ5 Also in French www.amazon.fr/dp/B0BRJ94Z2H/
[4] McKinnell, S.M. & Crawford, W.R., 2007. J. Geophys. Res. Oceans, 112 (C2). doi.org/10.1029/2006JC003671
[5] Cerveny, R.S. & Shaffer, J.A., 2001. Geophys. Res. Lett. 28 (1), pp.25–28. doi.org/10.1029/2000GL012117
[6] Yasuda, I., 2018. Sci. Rep. 8 (1), p.15206. doi.org/10.1038/s41598-018-33526-4