Temperatura oceanica in aumento: è l'Oceano Pacifico che decide?

Da “Skeptical Science”. Traduzione di MR

Di Rob Painting

Punti chiave:

• Anche se l'oceano si è fortemente riscaldato, la temperatura globale di 'superficie' nel 21° secolo è stata più lenta dei decenni precedenti. Uno dei primi sospettati di questo è stato l'aumento degli Alisei che aiutano a mescolare il calore al di sotto della superficie dell'oceano – parte di un'oscillazione naturale conosciuta come Oscillazione del Pacifico Interdecennale (OPI).
• Una ricerca pubblicata di recente, Chen & Tung (2014), sostiene che sono i cambiamenti nella salsedine (salinità) dell'acqua di mare nel Nor Atlantico è responsabile della variazione su scala decennale nell'assorbimento di calore dell'oceano, piuttosto che la OPI, in quanto l'aumento di salinità rende l'acqua di superficie più densa e pertanto facilita lo sprofondamento dell'acqua trasportata in direzione del polo.
• L'analisi personale di Chen & Tung, tuttavia, mostra che il riscaldamento dell'Oceano Atlantico del Nord ha raggiunto un picco nel 2006 ed è declinato da allora, mentre il riscaldamento delle profondità dell'oceano, nel suo complesso, no. 
• Questa nuova ricerca conferma i precedenti lavori (Meehl et al [2011] e Meehl et al [2013]) implicando che l'aumento, anche se probabilmente temporaneo, della miscelazione del calore negli strati più profondi dell'oceano è un contributo chiave al tasso più lento del riscaldamento di superficie nel 21° secolo.  

Figura 1 – I tassi di riscaldamento dell'oceano nel suo complesso e per singoli bacini oceanici fino a 1.500 metri di profondità. In particolare le osservazioni mostrano un maggiore riscaldamento degli strati più profondi, col riscaldamento più forte dell'oceano profondo che avviene nell'Atlantico e negli Oceani meridionali. Immagine da Chen e Tung (2014).

Riscaldamento dell'oceano: contesto di fondo

Gli oceani si stanno attualmente riscaldando a causa dei gas serra suppllementari aggiunti in atmosfera. .Non solo i gas serra intrappolano il calore nell'atmosfera, alterano anche il gradiente del sottile strato freddo dell'oceano, cosa che risulta in minore calore che fuoriesce dall'oceano, che così si riscalda nel tempo. 

Nonostante questo riscaldamento degli oceani indotto dai gas serra, l'oceano non si scalda in maniera lineare a causa di diversi fattori, uno dei quali è una variazione naturale su base decennale nel modo in cui il calore viene miscelato negli oceani dai venti – l'Oscillazione del Pacifico Interdecennale (OPI). La OPI è, essenzialmente, un'oscillazione della forza dei venti (principalmente degli Alisei tropicali) che promuovono la miscelazione del calore verso l'interno dell'oceano, condizionando così le temperature di superficie. 

Il principale meccanismo della miscelazione all'interno dell'oceano dovuta al vento (fino a circa 2.000 metri di profondità) avviene attraverso la convergenza dell'acqua calda tropicale di superficie nei vortici subtropicali oceanici. Questi vortici subtropicali oceanici sono grandi masse rotanti di acqua di superficie che occupano le medie latitudini di ogni bacino oceanico. L'acqua di superficie viene trasportata verso i vortici subtropicali a causa dei venti che la trascinano sulla superficie del mare. Piuttosto che viaggiare nella stessa direzione degli Alisei, il flusso netto di acqua degli strati di superficie condizionati dal vento sono a 90° rispetto alla direzione di viaggio – verso destra nell'Emisfero Settentrionale e verso sinistra in quello Meridionale. Ciò avviene perché la Terra ruota rapidamente al di sotto delle correnti di superficie e risulta in una “apparente deflessione”. L'impatto che questo ha è molto reale, tuttavia. 

Figura 2 – tensione annuale del vento (vedi vento medio) negli oceani globali fra il 1982 e  il 2004. Le macchie verde chiaro vicino all'equatore in entrambi gli emisferi rappresentano gli alisei e le aree da circa 35° verso i poli mostrano i venti occidentali dominanti di media latitudine. Da locazione e direzione di questi venti dominanti abbiamo la convergenza delle correnti oceaniche a circa 30-40° in entrambi gli emisferi. Immagine del GODAS del NOAA.

Mentre le acque calde tropicali di superficie viaggiano verso il polo, incontrano un flusso diretto verso l'equatore creato dai venti occidentali di media latitudine e questa convergenza di superficie causa l'accumulo di massa d'acqua al centro del vortice. Senza poter andare da nessun'altra parte, la convergenza di superficie forma una corrente verticale conosciuta come “pompa di Ekman” (Ekman [1905]) che trasporta il calore in profondità. Per mantenere un equilibrio, c'è un ritorno di flusso d'acqua, in profondità, verso l'equatore e i poli. Notate che c'è anche un trasporto verso il polo nelle correnti poco profonde al limite occidentale di ogni vortice oceanico subtropicale – conosciute come correnti del confine occidentale. 

Figura 3 – Un rafforzamento della circolazione del vortice fra il 2004 e il 2008 è indicato dall'aumento dell'altezza sterica per i 500 decibar di livello di pressione (quasi 500 metri) relativi a 2.000 decibar (quasi 2.000 metri). Immagine adattata da Roemmich & Gilson (2009).

L'Oceano Atlantico: un autista o un passeggero?

Chen e Tung (2014) analizzano i dati del contenuto di calore dell'oceano conservati da un gruppo di ricerca giapponese, Ishii et al (2005), e fanno diverse dichiarazioni sulle cause delle fluttuazioni multidecennali del tasso di miscelazione del calore dell'oceano. La principale fra tutte queste dichiarazioni è che il cambiamento di salinità del Nord Atlantico è responsabile delle fluttuazioni decennali, non i cambiamenti degli Alisei e dei venti occidentali di media latitudine (la OPI) – come suggerito da Meehl et al (2011), Meehl et al (2013) e England et al (2014), per esempio. Una delle motivazioni date da Chen e Tung per aver scartato il ruolo della OPI nel riscaldamento dell'oceano profondo è la previsione secondo la quale il bacino dell'Oceano Pacifico avrebbe dovuto scaldarsi di più durante l'attuale fase negativa della IPO (dal 2000 ad oggi). In un comunicato stampa Tung dichiara: 

“La scoperta è una sorpresa, visto che le teorie attuali avevano indicato l'Oceano Pacifico come colpevole per aver nascosto il calore”.

E nel saggio stesso gli autori scrivono:

“Ciononostante, neanche le serie di dati supportano il risultato del modello di  Meehl et al. secondo cui l'accumulo di calore in questo strato (300-700 metri) del Pacifico domini sui bacini oceanici durante i periodi di iato”.

Questo non è del tutto corretto. Come mostrato nella Figura 4, le simulazioni del modello climatico di Meehl et al avevano il grosso dell'immagazzinamento di calore dell'oceano che avveniva nell'Oceano Meridionale e nel Pacifico, ma gran parte dell'immagazzinamento nell'oceano profondo durante i decenni corrispondenti alla OPI è stato nell'Atlantico e negli Oceani Meridionali. Due ragioni per cui questo debba essere così nel mondo reale sono che, per prima cosa, i vortici subtropicali dell'Emisfero Meridionale sono situati prevalentemente nell'Oceano Meridionale e nell'Atlantico Meridionale e, secondo, che parte del calore in arrivo nel bacino dell'Oceano pacifico in realtà non resta lì. Non solo il calore viene trasportato verso il polo in direzione, e attraverso, i vortici e c'è solo un vortice subtropicale nel Pacifico (il Nord Pacifico), ma c'è una “perdita” dal Pacifico con le correnti che viaggiano attraverso l'Arcipelago indonesiano nell'Oceano Indiano. E la “perdita” verso l'Oceano Indiano e l'Oceano Pacifico (attraverso il Passaggio di Drake) nell'Oceano Atlantico (Dong et al [2011], Backeberg et al [2012]). In aggiunta, l'Oceano Atlantico è il solo bacino in cui ci sia una corrente calda di superficie in direzione dell'Equatore (parte della Meridional Overturning Circulation) e questo alla fine porta calore verso in Nord Atlantico – dove questo sprofonda.

Figura 4 – Tassi di riscaldamento dell'oceano per ogni bacino oceanico negli anni di iato (nesun riscaldamento o riscaldamento ridotto) e in tutti gli altri anni negli esperimenti del modello climatico effettuati in Meehl (2011). 

Quindi, nonostante gran parte del calore entri nell'oceano attraverso il Pacifico, non c'è nessuna aspettativa realistica per cui tutto il calore immagazzinato durante l'attuale fase negativa della OPI sarebbe immagazzinata lì. Il modello climatico del modello climatico del NCAR usato da Meehl et al potrebbe non simulare correttamente la durata della OPI (essendo ogni fase lunga circa 10 anni anziché 25-30) e il modo esatto di immagazzinamento di calore dell'oceano, ma ha simulato la maggior parte dell'immagazzinamento dell'oceano profondo che ha luogo nell'Oceano Meridionale e nell'Atlantico. La straordinaria intensità degli Alisei in tempi recenti (Merrifield [2011], England et al [2014]) potrebbero andare in qualche modo nella direzione di spiegare le discrepanze, o forse i modello climatico è solo insufficiente a questo riguardo. 

Il meccanismo della salinità

Chen e Tung dichiarano che sono i cambiamenti nel Nord Atlantico il motore di una variazione decennale della miscelazione dell'oceano, piuttosto che la OPI. Sfortunatamente gli autori non forniscono nessuna analisi o specifiche per sostenere questa dichiarazione. Non forniscono neanche una spiegazione in quanto al perché, quando il riscaldamento e la salinità del Nord Atlantico sono diminuiti dal 2006, il riscaldamento totale dell'oceano profondo è continuato. Il Capovolgimento di Circolazione dell'Atlantico Meridionale (CCAM) – il trasporto di acqua calda tropicale di superficie verso nord - è di fatto alimentato da acqua densa che sprofonda nel Nord Atlantico e che viaggia verso l'Equatore negli strati più profondi, ma ha anche una componente alimentata dal vento. 

Una spiegazione più probabile del forte riscaldamento del Nord Atlantico, una che spiegherebbe molte delle osservazioni in tutto il mondo, che che gli Alisei rafforzati dalla metà degli anni 90 in poi siano i principali responsabili. Mentre il vortice subtropicale del Nord Atlantico ha girato in risposta alla forzante degli Alisei, la corrente del golfo, la potente corrente del confine occidentale a forma di nastro che viaggia verso nord lungo la costa Nord Americana lungo il bordo del vortice, si è intensificata. Un volume più grande del normale di acqua calda e salata tropicale è stata trasportata verso nord con la corrente ed è stata poi tirata giù nell'oceano nella regione intorno ai 60° Nord – dove avviene lo sprofondamento dell'acqua densa. In una fase OPI negativa dovremmo attenderci di vedere  due regioni regioni di calore sprofondare nel Nord Atlantico; nell'area in cui avviene lo sprofondamento dell'acqua densa (circa 60° Nord) e al di sotto del vortice subtropicale del Nord Atlantico (fra i 30 e i 40° Nord) dove avviene la convergenza di superficie. Nell'analisi di Chen e Tung si mostra che è così.

Figura 5 – Riscaldamento dell'Oceano Atlantico fino a 1.500 metri nel periodo 1999-2012, un periodo che copre la maggior parte dell'attuale fase negativa della OPI. Immagine adattata da Chen e Tung (2014). 

Il riscaldamento accelerato della superficie potrebbe arrivare prima del previsto

Nel paragrafo conclusivo del loro saggio, Chen e Tung scrivono:

“Il prossimo El Niño, se avviene in un anno o qualcosa del genere, potrebbe temporaneamente interrompere lo iato ma, siccome il calore planetario sprofonda nell'Atlantico e negli Oceani Meridionali e rimane intatto, lo iato dovrebbe continuare su scala decennale”.

Gli autori si riferiscono al tasso rallentato del riscaldamento di superficie dal 2000. Potrebbero aver ragione sul fatto che questo continui ancora per un po', ma la loro analisi potrebbe anche suggerire una conseguenza piuttosto diversa. Come detto precedentemente, il riscaldamento del Nord Atlantico e l'anomalia della salinità hanno raggiunto un picco nel 2006 e poi hanno declinato fino al 2012 – la fine del periodo di analisi. Come Chen e Tung piuttosto giustamente evidenziano, il riscaldamento esteso nell'oceano Nord Atlantico (e la disintegrazione in corso della calotta glaciale della Groenlandia) devono avere causato un afflusso di acqua dolce e reso le acqua di superficie più galleggiante laggiù – forse rallentando lo sprofondamento di acqua densa. Ciò potrebbe aiutare a spiegare il rallentamento del Capovolgimento di Circolazione dell'Atlantico Meridionale (CCAM) dal 2006 in poi ma, a prescindere, il rallentamento del CCAM dovrebbe aiutare a far tornare il sistema climatico verso la fase OPI positiva. 

Forse il modo più rapido per illustrare questo, senza addentrarci in una lunga spiegazione, è guardare ai “decenni di accelerazione del riscaldamento” da Meehl (2013) – un analogo per la fase positiva della OPI. I tratti caratteristici dei “decenni di riscaldamento accelerato” sono un raffreddamento anomalo sulla superficie del vortice subpolare del Nord Atlantico (un vortice che circola in senso orario a sud della Groenlandia) e il raffreddamento di tutti i vortici subtropicali quando cominciano a girare verso il basso in risposta alla debole forzante del vento. La ragione del declino delle temperature di superficie del mare in queste località è a causa del trasporto ridotto di calore lungo la superficie dell'oceano dai tropici – dove il riscaldamento solare è più intenso. 

Figura 6 – Temperature di superficie dei decenni di riscaldamento accelerato fase positiva della OPI) nel modello climatico  CCSM4. Immagine da Meehl (2013). 

Non solo il CCAM ha rallentato (Cunningham et al [2013]), ma le temperature di superficie nel vortice subpolare del Nord Atlantico hanno cominciato a diminuire, così come le temperature di superficie del vortice subtropicale del Nord Pacifico - meglio illustrato dall'Oscillazione Decennale del Pacifico (ODP), fortement epositiva quest'anno. Queste osservazioni fanno pensare ad un rallentamento del trasporto di calore dai tropici – almeno nel Nord Atlantico e nel Nord Pacifico. Se sono solo aberrazioni o un'indicazione di un cambiamento della fase della OPI in arrivo diventerà più chiaro col tempo. 

Il riscaldamento globale è bloccato su “Play”

Gli oceani globali coprono circa il 93.4% delle riserve globali di calore della Terra e nonostante un tasso più lento di riscaldamento della superficie durante gli ultimi 16 anni, l'atmosfera si è comunque riscaldata  e gli oceani si sono riscaldati anche più di prima. Come rivelato da una ricerca precedente (Levitus [2012], Nuccitelli [2012] e Balmaseda [2013]), non solo gli oceani si stanno scaldando, ma l'oceano profondo si sta scaldando in un modo senza precedenti. 

Costruendo sul lavoro precedente, il modello climatico esaminato da Meehl et al (2011) e (2013) ha dimostrato che i decenni di iato (decenni nel modello con poco o nessun riscaldamento di superficie) sono avvenuti quando il calore anomalo è stato assorbito dall'oceano profondo. Lo schema delle temperature di superficie nei decenni di iato è molto simile alla fase negativa della OPI. Quindi, nonostante alcune discrepanze, il modello indica la OPI come una delle cause del rallentamento del riscaldamento di superficie. 

Dallo studio iniziale di Meehl et al, sono stati pubblicati una manciata di saggi che tendono a sostenere le loro scoperte chiave (per esempio, Kosaka & Xie [2013]). Anche se questi autori intimano diversamente, quello di Chen e Tung (2014) è un altro saggio su quella linea. Hanno confermato che gli oceani si sono riscaldati in modo sostanziale, in maniera più evidente negli strati più profondi, e che il più forte riscaldamento durante questa attuale fase negativa della OPI è stato nelle profondità degli Oceani Meridionale ed Atlantico. Benché abbiano proposto il meccanismo della salinità come motore della variazione decennale della variazione della miscelazione del calore nell'oceano, hanno fornito poco in questo saggio per supportarlo.