La scoperta del riscaldamento globale

L'effetto serra del biossido di carbonio

Nel 19° secolo, gli scienziati capirono che i gas in atmosfera causano un "effetto serra" che influenza la temperatura del pianeta. Questi scienziati erano interessati soprattutto alla possibilità che un livello inferiore di anidride carbonica potesse spiegare le ere glaciali del lontano passato. All'inizio del 20° secolo, Svante Arrhenius calcolò che le emissioni dell'industria umana avrebbero potuto un giorno provocare un riscaldamento globale.
Altri scienziati respinsero la sua idea in quanto sbagliata. Nel 1938, G.S. Callendar sostenne che il livello di biossido di carbonio stava aumentando vistosamente e faceva innalzare la temperatura globale, ma la maggior parte degli scienziati trovò le sue argomentazioni non plausibili. Fu quasi per caso che alcuni ricercatori nel 1950 scoprirono che il riscaldamento globale era veramente possibile. Nei primi anni 1960, C.D. Keeling misurò il livello di anidride carbonica nell'atmosfera: era in rapida crescita. I ricercatori iniziarono ad interessarsi alla cosa, cercando di capire come il livello di biossido di carbonio era cambiato in passato, e come il livello era stato influenzato da agenti biologici e chimici.  Essi scoprirono che il gas svolge un ruolo cruciale nei cambiamenti climatici, in modo che il crescente livello potrebbe gravemente pregiudicare il nostro futuro. (Questo articolo riguarda solo gli sviluppi che riguardano direttamente il biossido di carbonio, mentre c'è un articolo separato per altri gas serra. Per le questioni teoriche collegate, si rimanda all'articolo sui modelli semplici di clima.)

Come molti filosofi naturali Vittoriani, John Tyndall era affascinato da una grande varietà di domande. Mentre stava preparando un importante trattato su "il calore come una modalità di movimento", concentrò la sua attenzione sulla geologia. Tyndall possedeva una grande conoscenza di base sul soggetto, perché era un alpinista convinto (nel 1861 effettuò la prima salita del Weisshorn). Possedendo familiarità con i ghiacciai, si convinse delle prove - oggetto di accesi dibattiti tra gli scienziati del suo tempo - che decine di migliaia di anni fa, colossali strati di ghiaccio avevano ricoperto tutte le regioni del Nord Europa. Come può cambiare il clima in modo così radicale?	- LINKS -                                     Discussione completa in <=Cicli climatici
Una possibile risposta era che era cambiata la composizione dell’atmosfera terrestre. A partire dai lavori di Joseph Fourier nel 1820, gli scienziati hanno capito che i gas in atmosfera possono intrappolare l’energia termica ricevuta dal Sole. Come disse Fourier, l'energia sotto forma di luce visibile proveniente dal Sole penetra facilmente l'atmosfera per raggiungere la superficie terrestre e scaldarla, ma il calore non può sfuggire così facilmente verso lo spazio, poiché l'aria assorbe il calore dei raggi invisibili (“raggi infrarossi”) che salgono dalla superficie. L'aria riscaldata irradia una parte dell'energia di nuovo verso la superficie, aiutandola a rimanere calda. Questo è l'effetto che avrebbe poi preso il nome, da un’analogia imprecisa, di “effetto serra”. Le equazioni disponibili per gli scienziati del 19° secolo erano ancora troppo semplificate ed i dati troppo scarsi per consentire i calcoli accurati. Eppure la fisica era sufficientemente semplice per dimostrare che una roccia nuda e senza atmosfera posta alla stessa distanza della Terra dal Sole dovrebbe essere molto più fredda di quanto la Terra sia in realtà.	<=Altri gas
Tyndall cercò di vedere se ci fosse in realtà un gas nell'atmosfera che potesse intrappolare il calore dei raggi solari. Nel 1859, il suo attento lavoro di laboratorio individuò diversi gas che facevano proprio quello. Il più importante era semplicemente il vapore acqueo (H2O). Anche il biossido di carbonio (CO2) era efficace, sebbene l’atmosfera ne contenesse solo alcune parti su diecimila. Proprio come un foglio di carta blocca più luce di un’intera vasca di acqua limpida, così la presenza in tracce di CO2 altera l'equilibrio dell’irraggiamento del calore attraverso l'intera atmosfera.( Per una spiegazione più completa di come l’”effetto serra” lavora, segui il link a destra per l’articolo sui semplici modelli di Clima.)(1)	<=Modelli semplici
Speculazioni sull’effetto serra: Arrhenius e Callendar INIZIO DELLA PAGINA
Il successivo più importante scienziato che riesaminò la questione era un altro uomo che aveva interessi a larga banda, Svante Arrhenius di Stoccolma. Anche lui era attratto dal grande enigma delle ere glaciali preistoriche. Nel 1896 Arrhenius portò a termine un laborioso calcolo numerico che suggeriva che la riduzione a metà della quantità di CO2 in atmosfera avrebbe potuto abbassare la temperatura in Europa di circa 4-5°C, cioè arrivare al livello di un'era glaciale. Ma questa idea può rispondere soltanto all'enigma delle ere glaciali, qualora grandi cambiamenti nella composizione atmosferica fossero davvero possibili. Arrhenius per tale questione si rivolse a un collega, Arvid Högbom. Accadde che Högbom aveva eseguito delle stime relative alla quantità di carbonio che, nell’ambito del ciclo del biossido di carbonio attraverso i processi geochimici naturali, comprese le emissioni vulcaniche, veniva assorbito o rilasciato dagli oceani. Durante il suo lavoro, gli venne una strana, quasi incredibile nuova idea.	<=Modelli semplici S. Arrhenius
Högbom calcolò la quantità di CO2 emessa dalle fabbriche e da altre fonti industriali. Sorprendentemente, trovò che le attività umane avevano aggiunto CO2 in atmosfera ad un ritmo paragonabile a quello dei processi naturali geochimici che emettono o assorbono il gas. Il gas aggiunto non era molto rispetto al volume di CO2 già presente nell'atmosfera: le emissioni di CO2 emesse dalla combustione del carbone durante l'anno 1896 ne avrebbero aumentato le concentrazioni meno di una parte su mille. Ma tali incrementi sarebbero diventati importanti se fossero continuati sufficientemente a lungo. (2) (Da calcoli recenti, la quantità totale di carbonio contenuta nel carbone ed in altri depositi fossili che l'umanità può facilmente arrivare a bruciare è circa dieci volte superiore al contenuto totale in atmosfera). Così in futuro la variazione di CO2 potrebbe essere non un calo da raffreddamento, ma un incremento. Arrhenius fece un calcolo per il raddoppio della CO2 in atmosfera, e stimò che avrebbe prodotto un aumento della temperatura della Terra di circa 5-6°C. (3)
Arrhenius non vide questo come un problema. Egli comprese che, se l'industria avesse continuato a bruciare combustibile con l'attuale (1896) tasso, ci sarebbero voluti forse tremila anni perché il livello di CO2 diventasse così alto. Högbom dubitò che sarebbe mai aumentato più di tanto. Un contributo al calo dell'aumento è costituito dagli oceani. Secondo un semplice calcolo, l'acqua di mare assorbirebbe i 5/6 di ogni incremento di gas. (Questo è abbastanza vero su un lungo periodo di molte migliaia di anni, ma Högbom e Arrhenius non si resero conto che, se il gas fosse stato emesso più rapidamente di quanto ci si aspettava, l'assorbimento da parte degli oceani potrebbe essere ritardato.) In ogni caso, temperature superiori di qualche grado non sembravano una cattiva idea nella gelida Svezia. Un altro scienziato di tutto rispetto, Walter Nernst, fantasticò addirittura di dar fuoco a giacimenti di carbone inutilizzati al fine di liberare deliberatamente abbastanza CO2 per scaldare il clima terrestre. (4*)
Arrhenius parlò sulla possibilità di surriscaldamento del futuro in un impressionante articolo scientifico e su un libro molto letto. Nel momento in cui il libro fu pubblicato, nel 1908, il tasso di combustione del carbone era già molto più alto che nel 1896, e Arrhenius suggerì che il riscaldamento avrebbe potuto verificarsi entro un paio di secoli, piuttosto che in millenni. Eppure, qui come nel suo primo articolo, la possibilità del riscaldamento in un lontano futuro era una cosa lontana dal suo punto principale. Lui parlò solo di sfuggita, nel corso di una discussione dettagliata, di ciò che realmente interessava agli scienziati del suo tempo, cioè la causa delle ere glaciali. Arrhenius non aveva ancora scoperto il riscaldamento globale, ma solo un curioso concetto teorico. (5)
Un geologo americano, TC Chamberlin, e pochi altri avevano un interesse sulla CO2. Come, si chiedevano, viene immagazzinato e rilasciato il gas che è coinvolto nei cicli che riguardano i reservoir della Terra, dell’acqua di mare e dei minerali, e anche della materia vivente, come le foreste? Chamberlin affermò con enfasi che il livello di CO2 nell'atmosfera non deve necessariamente rimanere lo stesso nel lungo termine. Ma questi erano anche gli stessi scienziati che studiavano le ere glaciali ed altri cambiamenti climatici più antichi – variazioni graduali nel corso di milioni di anni. Climi molto diversi, come la mite era dei dinosauri di un centinaio di milioni di anni fa, lasciavano perplessi i geologi ma sembravano non aver nulla a che fare con le variazioni sulle scale della vita umana. Nessuno aveva molto interesse per il futuro riscaldamento ipotetico provocato dalle industrie umane.	<=Modelli semplici
Gli esperti respinsero l'ipotesi di Arrhenius perché trovarono i suoi calcoli non plausibili per diversi motivi. In primo luogo, egli aveva semplificato grossolanamente il sistema climatico. Tra le altre cose, aveva omesso di considerare come potrebbe cambiare la nuvolosità se la Terra diventasse un po' più calda ed umida. (6) Un’obiezione ancora più grave proveniva da una semplice misura di laboratorio. Pochi anni dopo la pubblicazione dell’ipotesi di Arrhenius, un altro scienziato svedese, Knut Ångström, chiese ad un assistente di misurare il passaggio della radiazione infrarossa attraverso un tubo riempito di anidride carbonica. L'assistente (Herr J. Koch, un nome altrimenti sconosciuto nella storia), introdusse complessivamente molto meno gas di quanto se ne sarebbe dovuto trovare in una colonna d'aria estesa fino al top dell'atmosfera. L'assistente riferì che la quantità di radiazione che attraversava il tubo variava appena diminuendo la quantità di gas di un terzo. A quanto pare, bastava solo una traccia di gas a "saturare" l'assorbimento -  cioè, nelle bande spettrali dove la CO2, bloccava la radiazione, lo faceva già così bene che un incremento della quantità di gas non faceva una grossa differenza. (7*)	Angstrom
Ancor più convincente era il fatto che anche il vapore acqueo, che è molto più abbondante in aria rispetto all’anidride carbonica, intercetta la radiazione infrarossa. Negli spettrografi rudimentali dell’epoca, le bande spettrali dei due gas erano così appiattite da sovrapporsi interamente l'una sull'altra. Quindi, una maggiore quantità di CO2 non avrebbe potuto incidere sulla radiazione in quelle bande spettrali poiché il vapore acqueo, così come pure la CO2, bloccavano già tutto. (8)
Tali misure ed argomenti possedevano dei bachi fatali. Herr Koch aveva riferito ad Ångström che l'assorbimento non era stato ridotto oltre lo 0,4% in seguito ad una riduzione della pressione, ma un calcolo più recente mostra che l'assorbimento sarebbe dovuto diminuire di circa 1% - come molti ricercatori, l'assistente confidava troppo sul proprio grado di precisione. (8a) Ma anche se avesse visto la variazione dell’1%, Ångström avrebbe pensato che questo era un insignificante disturbo. Non riuscì a capire che la logica di questo esperimento era del tutto falsa.
L'effetto serra infatti funziona anche se l'assorbimento delle radiazioni è completamente saturato nella bassa atmosfera. La temperatura del pianeta è regolata dai sottili strati superiori, dove la radiazione sfugge facilmente nello spazio. Aggiungere gas a effetto serra cambia l'equilibrio. Inoltre, anche una variazione dell'1% in questo delicato bilancio potrebbe comportare una sensibile differenza nella temperatura superficiale del pianeta. La logica è piuttosto semplice, una volta afferrata, ma è necessario considerare l’atmosfera in un nuovo modo - non come un singolo strato, come il gas nel tubo di Koch (o il vetro in una serra), ma come un insieme di strati interagenti tra loro. (La spiegazione completa è su questo articolo sui modelli semplici: utilizzare il link a destra.)	<=Modelli semplici
Di questa sottile differenza non si accorse nessuno per molti decenni, se non altro perché quasi nessuno pensava che valesse la pena dedicarsi allo studio dell'effetto serra. Infatti, dopo che Ångström pubblicò le sue conclusioni nel 1900, i pochi scienziati che avevano un interesse per la questione conclusero che l'ipotesi di Arrhenius era stata smentita. Theoretical work on the question stagnated for decades, and so did measurement of the level of CO 2 in the atmosphere. I lavori teorici sulla questione stagnarono per decenni, e così successe per le misure del livello di CO2 in atmosfera.(9)	=>Modelli semplici =>La matematica della radiazione
Pochi scienziati dissentivano sull’affermazione che le variazioni di CO2 potevano non avere alcun effetto. Un fisico statunitense, EO Hulburt, rilevò nel 1931 che gli investigatori erano stati principalmente interessati a comprendere l’intricata struttura delle bande di assorbimento (che offerse spunti affascinanti alla nuova teoria della meccanica quantistica) "e non ad ottenere accurati coefficienti di assorbimento." I calcoli fatti dallo stesso Hulburt supportavano la stima di Arrhenius che il raddoppio o il dimezzamento di CO2 avrebbe comportato un rialzo o una diminuzione della temperatura superficiale terrestre di qualcosa come 4°C della superficie e, quindi, "la teoria sul biossido di carbonio delle ere glaciali ... è una teoria possibile".(10*) Quasi nessuno notò questo articolo. Hulburt era un lavoratore oscuro dello US Naval Research Laboratory, e pubblicò su una rivista, Physical Review, che pochi meteorologi leggono. Il loro pensiero generale era quello indicato in lavori autorevoli, come il compendio di meteorologia dell'American Meteorological Society del 1951: l'idea che l'incremento di CO2 avrebbe potuto cambiare il clima "era ampiamente accettata e fu abbandonata quando fu accertato che tutta la radiazione ad onda lunga [che sarebbe stata] assorbita dalla CO2 era [già] assorbita dal vapore acqueo". (11)	<=La matematica della radiazione
Anche se la gente aveva riconosciuto che ciò non era del tutto vero, ci furono altri ben noti motivi per negare qualsiasi effetto serra nel prossimo futuro. Queste ragioni riflettevano la convinzione quasi universale che la Terra si regolava automaticamente in un bilancio "naturale". Andando nello specifico, gli scienziati ribadivano l'argomento plausibile che gli oceani avrebbero assorbito gli eventuali gas in eccesso in atmosfera. L’acqua degli oceani contiene carbonio, disciolto in essa, cinquanta volte più di quanto non ne è contenuto nella sottile atmosfera. Così sarebbero gli oceani a determinare la concentrazione di equilibrio di CO2, e non sarebbe facile allontanarsi dai numeri correnti.	<=>L'opinione pubblica <=Gli oceani
Se in qualche modo gli oceani non riucissero a stabilizzare il sistema, la materia organica sarebbe un altro buon candidato per garantire quello che uno scienziato definì la "regolazione omeostatica". (12) La quantità di carbonio in atmosfera è solo una piccola parte di quello che è confinato non solo negli oceani, ma anche negli alberi, nelle torbiere, e così via. Proprio come l'acqua di mare assorbe più gas se la concentrazione cresce, così le piante crescono più rigogliosamente respirando aria "fertilizzata" con più anidride carbonica. Calcoli approssimativi sembrano confermare la confortante convinzione che i sistemi biologici starebbero stabilizzando il clima assorbendo ogni eventuale eccedenza. In un modo o nell'altro, quindi, a prescindere da quanto gas aggiunto dall'umanità è stato assorbito - se non immediatamente, quindi entro un secolo o giù di lì - l'equilibrio si sarebbe automaticamente ripristinato. Come un rispettabile esperto affermò senza mezzi termini nel 1948, "i meccanismi di autoregolazione del ciclo del carbonio sono in grado di far fronte al presente flusso di carbonio di origine fossile." (13)	<=>Biosfera <=>Modelli semplici
Comunque, la teoria che le variazioni della CO2 atmosferica potrebbero cambiare il clima non è mai stata del tutto dimenticata. Un'idea così semplice in questo ambito, l'idea avanzata (anche se brevemente) da figure di rilievo come Arrhenius e Chamberlin, doveva essere menzionata nei libri di testo e negli articoli di rassegna, anche se solo per confutarla. L'ipotesi, superata, di Arrhenius persisteva in una spettrale vita ultraterrena, e trovò un avvocato solitario.
Intorno al 1938 un ingegnere inglese, Guy Stewart Callendar, riprese la vecchia idea. Esperto di tecnologia del vapore, a quanto pare Callendar prese la meteorologia come un hobby per riempire il suo tempo libero. (14) Molte persone, guardando le storie meteorologiche dal passato, affermavano che era in corso una tendenza al riscaldamento. Quando Callendar analizzò le misurazioni delle temperature dal 19° secolo in avanti, trovò che avevano ragione. Continuò a scavare e valutare le vecchie misure di concentrazione atmosferica di CO2. Concluse che, nel corso degli ultimi cento anni, la concentrazione del gas era aumentata di circa il 10%. Questo aumento, affermò Callendar, potrebbe spiegare il riscaldamento osservato. Quindi egli comprese (forse dai calcoli di Hulburt) che, anche se la CO2 in atmosfera aveva già assorbito tutta la radiazione termica che la attraversava, l'aggiunta di ulteriore gas avrebbe modificato l'altezza in atmosfera alla quale si sarebbe verificato l'assorbimento. Fatto che, calcolò, potrebbe provocare il riscaldamento.	<=Tempi moderni   =>Governo <=La matematica della radiazione
Per quanto riguarda il futuro, Callendar stimò, su basi inconsistenti, che un raddoppio delle emissioni di CO2 potrebbe gradualmente portare un incremento termico di 2°C nei secoli futuri. Egli fece capire che avrebbe anche potuto innescarsi una transizione a un clima più caldo e stabile (cosa che non gli sembrò poi una prospettiva così malvagia). (15) Ma il riscaldamento futuro era una questione marginale per Callendar. Come tutti i suoi predecessori, lui era soprattutto interessato a risolvere il mistero delle ere glaciali.	<=Modelli semplici =>Revelle's result <=>Biosfera = Milestone
Le pubblicazioni di Callendar attirarono una certa attenzione, ed i libri di testo di climatologia del 1940 e 1950 includevano normalmente un breve riferimento ai suoi studi. Ma la maggior parte dei meteorologi considerava scarsamente credibile l'idea di Callendar. In primo luogo, essi dubitavano che la CO2 fosse aumentata in tutta l'atmosfera. I vecchi dati erano inaffidabili, in quanto le misure potevano variare ad ogni cambio di vento che trasportava le emissioni da qualche fabbrica o foresta. Già nel 19° secolo, gli scienziati avevano osservato che il livello del gas aumentava, per esempio, nei pressi di un gregge di pecore a causa dell’espirazione del gas, o diminuiva a Londra durante l'inattività nelle vacanze.(16) Se infatti CO2 era in aumento, questo avrebbe potuto essere rilevato da un meticoloso programma che si sarebbe prolungato per decenni nel futuro.(17*) Anche le obiezioni che erano state sollevate contro Arrhenius avrebbero dovuto essere riviste. Il volume immenso degli oceani non avrebbe dovuto assorbire tutta la CO2 in eccesso? Callendar ribattè che il sottile strato di acque superficiali oceaniche si satura velocemente, e ci sarebbero voluti migliaia di anni perché il resto degli oceani si rivoltasse e rimanesse completamente esposto all'aria. (18) Ma nessuno conosceva l'effettivo tasso di turnover, e sembrava che gli oceani avrebbero avuto il tempo di gestire qualsiasi eccesso di gas. Secondo una stima ben nota pubblicata nel 1924, anche in assenza di assorbimento da parte dell’oceano ci sarebbero voluti 500 anni perché le emissioni da combustibili fossili raddoppiassero le concentrazioni di CO2 in atmosfera. (19)	G.S. Callendar, pioniere poco noto.
C'era anche la vecchia obiezione, che molti scienziati continuavano a trovare decisiva, che la sovrapposizione delle bande di assorbimento di CO2 e vapore acqueo bloccava già tutta la radiazione che queste molecole erano in grado di bloccare. Callendar cercò di spiegare che le misure spettrali di laboratorio erano penosamente incomplete. (20) Raccogliendo dati osservativi sparsi, egli arguì che vi erano parti dello spettro in cui le bande di CO2 non si sovrapponevano ad altre bande. Alcuni scienziati trovarono questo convincente, o almeno mantennero un atteggiamento aperto sulla questione. Ma rimase la convinzione standard che, come riportava una pubblicazione dell’US Weather Bureau, il mascheramento delle bande di assorbimento della CO2 da parte del vapore acqueo era un colpo "fatale" per la teoria delle emissioni di CO2. Pertanto, concluse questa autorità, "era poco probabile che l’aumento della CO2 in atmosfera potesse alterare materialmente" il bilancio radiativo. (21)
Ma la cosa peggiore era che i calcoli di Callendar sulla temperatura dovuta all’effetto serra ignoravano gran parte della fisica del mondo reale. Ad esempio, come un critico rilevò immediatamente, egli calcolò solo come il calore sarebbe stato trasportato in atmosfera dalla radiazione, ignorando il fondamentale trasporto di energia per convezione quando l'aria calda risaliva dalla superficie (questo errore avrebbe coinvolto i calcoli ad effetto serra nel successivo quarto di secolo). Peggio ancora, qualsiasi aumento di temperatura avrebbe permesso all'aria di contenere più umidità, che probabilmente avrebbe potuto significare più nubi. Callendar ammise che il cambiamento climatico attuale avrebbe potuto dipendere da interazioni che implicano una modifica della copertura nuvolosa e di altri processi che nessuno scienziato del tempo avrebbe potuto calcolare in modo affidabile. Pochi scienziati ritenevano utile speculare su tali questioni dubbie, quando i dati erano rudimentali e le teorie molto labili, e preferivano lasciar perdere mantenendo la convinzione, diffusa, che l'atmosfera era un sistema stabile che si auto-regolava automaticamente. L'idea che l'umanità potesse alterare permanentemente il clima globale non era considerata plausibile e non meritava l'attenzione di uno scienziato. (22)
Gli scienziati che avevano messo da parte le idee di Callendar avevano ragionato abbastanza bene. (Lavori successivi mostrarono che l'aumento della temperatura fino al 1940 fu, concordemente al pensiero dei suoi critici, causato principalmente da una sorta di effetto naturale ciclico, e non dalle ancora relativamente basse emissioni di CO2. E la fisica delle radiazioni e del clima era davvero troppo poco nota in quel momento per dimostrare gli effetti dell'aggiunta di gas.) Eppure, se Callendar sbagliò quando aveva insistito sul fatto che poteva provare che il riscaldamento globale era in corso, quello fu un errore fortunato.
La ricerca, per definizione, viene condotta sul limite dell’ignoranza. LCome quasi tutti quelli descritti in questi articoli, Callendar dovette usare l'intuizione, nonché la logica per trarre delle conclusioni da tutta la massa oscura di dati e teorie a sua disposizione. Come quasi tutti, trasse delle conclusioni che mescolavano il vero con il falso, lasciando ai posteri il compito di eliminare le parti non buone. Se lui non poteva dimostrare che il riscaldamento globale era in corso, tuttavia aveva formulato dei motivi per riconsiderare la questione. Dobbiamo molto al coraggio Callendar's. Le sue affermazioni salvarono l'idea del riscaldamento globale dall’oscurità e ponendola nel paniere delle idee scientifiche. Non tutti respinsero le sue argomentazioni, e la loro incertezza attrasse molto la curiosità scientifica.	<=>Tempi moderni
La vendetta delle speculazioni (1950-1960) INIZIO DELLA PAGINA
Il compiacente punto di vista che la CO2 prodotta dalle attività umane non avrebbe mai potuto diventare un problema fu rovesciato nel 1950 da una serie di costose osservazioni. Questa fu una conseguenza della seconda guerra mondiale e della guerra fredda, che portò una nuova urgenza a molti campi di ricerca. Gli scienziati americani godettero di un aumento massiccio del finanziamento pubblico, in particolare dalle agenzie militari. Gli scienziati non pensavano di rispondere alle domande accademiche sul clima futuro, ma di rispondere alle pressanti esigenze militari. Quasi tutto ciò che accadeva in atmosfera e negli oceani poteva essere importante per la sicurezza nazionale. Tra i primi prodotti, c’erano nuovi dati sull'assorbimento della radiazione infrarossa, un argomento di maggiore interesse per ingegneri pratici di armi che non per i meteorologi. (23)	<=Governo
I primi esperimenti che avevano inviato radiazione in un tubo attraverso dei gas, misurandone le bande dello spettro a pressione e temperatura del livello del mare erano stati fuorvianti. Le bande viste al livello del mare erano in realtà costituite da linee spettrali sovrapposte, che negli strumenti primitivi erano state spalmate su bande larghe. Il miglioramento della fisica teorica e le precise misurazioni di laboratorio eseguite nel 1940 e successivamente incoraggiarono un nuovo modo di guardare l’assorbimento. Gli scienziati erano particolarmente colpiti nello scoprire che, a bassa pressione e temperatura, ogni banda si risolveva in un cluster di linee ben definite, come uno steccato, con spazi tra le righe dove la radiazione poteva passare. (24) Le più importanti linee di assorbimento della CO2 non si sovrapponevano esattamente alle linee del vapore acqueo. Invece di due bande sovrapposte, c’erano due serie di linee strette con spazi attraverso cui la radiazione poteva intrufolarsi. Così, anche se il vapore acqueo nei bassi strati dell'atmosfera avesse bloccato interamente tutta la radiazione che avrebbe potuto essere assorbita dalla CO2, questo non avrebbe impedito al gas di fare la differenza negli strati superiori, rarefatti e freddi. Questi strati contengono comunque pochissimo vapor d'acquaE gli scienziati iniziarono a vedere che non si poteva solo calcolare l'assorbimento della radiazione passante attraverso l'atmosfera nel complesso, ma si doveva capire cosa succedeva in ogni singolo strato – cosa molto più difficile da calcolare.	<=Input esterni
I computer digitali erano ormai a portata di mano per calcoli di questo tipo. Il fisico teorico D. Lewis Kaplan decise che valeva la pena di sottrarre un po' di tempo da quelle che sembravano questioni più importanti, e lavorare usando estensivamente il calcolo numerico. Nel 1952, egli dimostrò che, negli strati alti dell'atmosfera, l'aggiunta di più CO2 comportava un significativo cambiamento del bilancio radiativo. (25)	<=>La matematica della radiazione
Ma l’aggiunta di anidride carbonica negli strati superiori dell'aria potrebbe modificare sensibilmente la temperatura superficiale? Solo calcoli dettagliati e puntuali su tutto lo spettro infrarosso e strato per strato attraverso l'atmosfera potrebbero rispondere a questa domanda. Nel 1956, tali calcoli poterono essere effettuati grazie alla crescente potenza dei computer digitali. Il fisico Gilbert Plass raccolse la sfida del calcolo della trasmissione della radiazione attraverso l'atmosfera, verificando la possibilità che l'incremento della CO2 avrebbe potuto aumentare l’interferenza con la radiazione infrarossa. Oltre questo risultato qualitativo, Plass calcolò che il raddoppio del livello [di CO2] avrebbe dovuto comportare un aumento di 3-4°C. Assumendo che le emissioni continuassero al ritmo attuale, egli previde che l'attività umana avrebbe dovuto aumentare la temperatura media globale "al ritmo di 1,1°C per secolo." (26)	<=La matematica della radiazione         =>L'opinione pubblica
Il calcolo, come quello di Callendar, non considerava le possibili variazioni del vapore acqueo e delle nubi, e in generale era troppo grezzo per convincere gli scienziati. "E 'quasi certo," rimproverò un’autorità, "che tali dati saranno oggetto di molte radicali revisioni". (27) Eppure Plass aveva dimostrato un punto centrale: era un errore trascurare l'effetto serra sulla base di argomentazioni spettroscopiche. Egli preavvisò che il cambiamento climatico potrebbe essere "un problema serio per le generazioni future" - anche se soltanto tra svariati secoli. Following the usual pattern, Plass was mainly interested in the way variations in CO2 might solve the mystery of the ice ages. Seguendo lo schema consueto, Plass era principalmente interessato a come le variazioni di CO2 potevano risolvere il mistero delle ere glaciali. "Se alla fine di questo secolo la temperatura media continuerà ad aumentare", scrisse, allora sarebbe "un fatto consolidato" che la CO2 potrebbe causare cambiamenti climatici. (28)	=>I risultati di Revelle <=Governo
Nessuno di questi lavori conteneva l'argomentazione secondo la quale gli oceani avrebbero assorbito prontamente quasi tutte le emissioni di CO2 che l'umanità poteva generare. Plass stimò che il gas aggiunto all'atmosfera sarebbe rimasto lì per un migliaio di anni. Stime altrettanto plausibili suggerivano che le acque superficiali degli oceani lo avrebbero assorbito in alcuni giorni. (29) Per fortuna, gli scienziati possono ora seguire i movimenti del carbonio con un nuovo metodo – lo studio dell'isotopo radioattivo del carbonio-14. Questo isotopo viene creato dai raggi cosmici nell'alta atmosfera e quindi decade nel corso dei millenniIl carbonio del carbone antico e del petrolio è così vecchio che in esso manca del tutto l'isotopo radioattivo. Nel 1955, il chimico Hans Suess riferì di aver rilevato questo carbonio di origine fossile in atmosfera.	<=Input esterni <=Le datazioni al carbonio
La quantità [di carbonio] che Suess misurò in atmosfera era appena l'1% [di quello combusto], una percentuale così bassa che gli fece concludere che gli oceani stavano effettivamente immagazzinando la maggior parte del carbonio proveniente dalla combustione di combustibili fossili. Sarebbero dovuti passare ancora una decina di anni prima che egli riportasse studi più accurati, che mostravano una frazione molto più elevata di carbonio fossile. Eppure, già nel 1955 era evidente che i dati di Suess erano preliminari e non sicuri. La cosa importante che lui dimostrò è che il carbonio fossile si stava veramente mostrando nell'atmosfera. Studi più approfonditi sul carbonio-14 avrebbero dovuto dire proprio cosa che stava accadendo al carbonio fossile.(30)	=>I risultati di Revelle
Suess studiò tale problema in collaborazione con Roger Revelle alla Scripps Institution of Oceanography. (Alcuni esperti sul carbonio-14 affrontarono l'argomento in modo indipendente, raggiungendo le stesse conclusioni.) Partendo da misure sulle quantità di isotopo trovate in aria ed in acqua di mare, calcolarono i movimenti di CO2 (link qui sotto). Scoprirono così che le acque superficiali dell'oceano prendevano tipicamente una molecola di CO2 dall'atmosfera nell'arco di un decennio o giù di lì. I dati di radiocarbonio dimostrarono inoltre che gli oceani si “rigirano” completamente in diverse centinaia di anni, una stima ben presto confermata dai risultati di altri studi. (31) A prima vista, sembrava abbastanza veloce per spazzare via ogni valore di CO2 in eccesso in profondità.	<=I risultati di Revelle   <=Gli oceani
Ma Revelle aveva studiato la chimica degli oceani durante l’intera sua carriera, e sapeva che i mari non sono solo acqua salata, ma un complesso mix di sostanze chimiche. Queste sostanze chimiche creano un meccanismo peculiare di buffering che stabilizza l'acidità dell'acqua di mare. Il meccanismo era noto da decenni, ma Revelle ora si rese conto che avrebbe impedito all'acqua di conservare tutta la CO2 in eccesso che era presente. Uno sguardo attento dimostrò che lo strato superficiale non poteva davvero assorbire molto gas - a malapena un decimo della quantità che un calcolo ingenuo avrebbe potuto far prevedere.	<=I risultati di Revelle = Milestone =>Internazionale
Un articolo supplementare sulla scoperta di Revelle racconta in dettaglio questa storia cruciale, come esempio dettagliato delle interazioni complesse che spesso sono presenti nelle ricerche geofisiche.
Revelle non riconobbe subito pienamente il significato del suo lavoro. Lui fece un calcolo in cui assunse che le industrie avrebbero emesso CO2 ad un tasso costante (come la maggior parte delle persone dell’epoca, egli non comprendeva appieno quanto esplosivamente la popolazione e l'industria erano in aumento). Questo calcolo gli fornì una previsione che la concentrazione in aria si sarebbe stabilizzata dopo un paio di secoli, con un incremento non superiore al 40%. Revelle notò che il riscaldamento da effetto serra "poteva diventare significativo nel corso dei decenni futuri, se la combustione del carburante industriale avesse continuato a crescere in modo esponenziale." Egli scrisse anche che "gli esseri umani stanno ora effettuando un esperimento geofisico a grande scala di un genere che non sarebbe potuto succedere nel passato, né avrebbe potuto essere riprodotto in futuro." (32)	=>L'opinione pubblica =>Governo
Come talora accade con le pubblicazioni scientifiche di riferimento, scritte in fretta quando la comprensione [del fenomeno] è appena all’inizio, la spiegazione di Revelle era difficile da cogliere. Gli altri scienziati non riuscirono a vedere il punto che era sepolto in modo oscuro nei calcoli, e continuò a negare che ci fosse un problema di effetto serra. Nel 1958, quando Callendar pubblicò un documento in cui insisteva ancora una volta che le osservazioni di CO2 mostravano un aumento costante a partire dal 19° secolo, egli notò l’articolo di Revelle, ma confessò ancora di non capire perché "gli oceani non accettavano ulteriori quantità di CO2 su qualsiasi altra scala oltre a quella nella quale li accettavano". (33) Finalmente, nel 1959, due meteorologi in Svezia, Bert Bolin ed Erik Eriksson, afferrarono l’idea. Spiegarono chiaramente il buffering dell'acqua di mare - in modo così chiaro che, nel corso degli anni successivi, alcuni scienziati citarono i lavori di Bolin ed Eriksson per questa intuizione decisiva piuttosto che quelli di Revelle e Suess (solo parecchio tempo dopo Revelle fu sempre citato per la scoperta). (34) L'intuizione centrale fu che, anche se l'acqua di mare aveva assorbito rapidamente la CO2, la maggior parte del gas sarebbe prontamente rievaporato tornando in aria prima che la lenta circolazione oceanica lo avesse trascinato negli abissi. Più precisamente, la chimica dell’aria e dell’acqua di mare avrebbero eventualmente potuto raggiungere un equilibrio - ma per questo ci sarebbero voluti migliaia di anni. Arrhenius non si preoccupava per i tempi scala più brevi di quello, ma altri geoscienziati nel 1950 lo fecero.
Nel tardo 1950 alcuni scienziati americani, a partire da Plass, timidamente iniziarono a informare il pubblico che i gas a effetto serra avrebbero potuto diventare un problema nei secoli immediatamente successivi. In particolare, Revelle avvertì giornalisti e funzionari di governo che il riscaldamento a effetto serra sarebbe potuto accadere nel prossimo futuro, fatto che meritava attenzione. Le cose divennero più chiare quando Bolin e Eriksson portarono a termine le analisi sulle conseguenze del loro calcolo. Essi assunsero che la produzione industriale sarebbe salita in modo esponenziale, e immaginarono che la CO2 atmosferica sarebbe aumentata di circa il 25% entro il 2000. Questo era un aumento molto più rapido di quanto mai nessuno avesse mai suggerito. Come il New York Times riferì in una breve nota, Bolin suggerì che l'effetto sul clima avrebbe potuto essere radicale." (34a) Nel 1962, un allarme ancora più forte (anche se poco ascoltato) fu lanciato dall’esperto russo di clima Mikhail Budyko. I suoi calcoli sulla crescita esponenziale della civiltà industriale suggerivano un drastico riscaldamento globale entro il secolo successivo, o giù di lì.	=>L'opinione pubblica =>Governo <=Modelli semplici
Una volta che i meteorologi capirono che l’assorbimento oceanico era lento, ritennero possibile che i livelli di CO2 fossero in aumento, così come Callendar insisteva a dire. (35) Finora era solo una possibilità, poiché le misurazioni erano tutte discutibili. Dalla metà del 1950, i ricercatori andavano dicendo che era importante misurare, molto più precisamente, la concentrazione di CO2 nell'atmosfera. (36) Un gruppo scandinavo conseguentemente creò una rete di 15 stazioni di misura nei loro Paesi. La loro unica scoperta, però, fu un alto livello di rumore. Le loro misurazioni, a quanto pare, oscillavano da un giorno all'altro, a seconda del passaggio di diverse masse d'aria, con differenze tra le stazioni pari ad fattore due. Solo molto più tardi si comprese come i loro metodi di analisi dell’aria erano inadeguati, e responsabili di gran parte del rumore. (37) Una delle principali autorità sintetizzò l’opinione scientifica della fine del 1950: "sembra quasi un compito senza speranza quello di giungere a stime attendibili [della CO2] ... da queste misurazioni in aree limitate. "Per sapere se il livello di gas stava cambiando, le misurazioni avrebbero dovuto "essere contemporanee ed estese su molti anni" in diverse località .(38)
Charles David (Dave) Keeling ebbe un’idea diversa. Siccome condisse misurazioni locali del gas in California, vide che sarebbe stato possibile scovare e rimuovere le fonti di rumore. I progressi tecnici nel settore della strumentazione a raggi infrarossi permisero il miglioramento di un ordine di grandezza rispetto alle tecniche precedenti nelle misure dei gas come CO2. Il loro utilizzo, però, avrebbe richiesto molte misure costose ed estremamente meticolose, da condurre in posti lontani da disturbi. La maggior parte degli scienziati, guardando le grandi e apparentemente inevitabili fluttuazioni dei dati grezzi, considerarono tale precisione irrilevante e la strumentazione troppo costosa. Ma Revelle e Suess avevano fondi sufficienti, forniti dall'Anno Geofisico Internazionale, per assumere Keeling al fine di misurare con precisione la CO2 nel mondo.	<=Input esterni   <=I fondi di Keeling
Un articolo supplementare racconta la storia precaria dei  finanziamenti di Keeling ed il monitoraggio dei livelli di CO2: è un esempio dettagliato di come la ricerca fondamentale e le misure possano essere nutrite o morire.
Il semplice obiettivo di Revelle era quello di stabilire una sorta di "foto istantanea" di base dei valori di CO2 in tutto il mondo, mediando sulle grandi variazioni che si aspettava di trovare da luogo a luogo ed in momenti diversi. Dopo un paio di decenni, qualcuno avrebbe potuto tornare, prendere un’altra istantanea, e vedere se la concentrazione media di CO2 era aumentata. Keeling fece molto meglio di ciò con i suoi nuovi strumenti. Con la serie accurata di misurazioni nell’aria incontaminata antartica e sull’alta cima del vulcano Mauna Loa alle Hawaii, egli stabilì precisamente un livello stabile di riferimento di CO2 nell'atmosfera. Nel 1960, con solo due anni pieni di dati antartici in mano, Keeling affermò che questo livello di base era aumentato. Il tasso di aumento era circa quello che ci si sarebbe aspettati se gli oceani non avessero assorbito la maggior parte delle emissioni industriali. (39*)	=>Biosfera = Pietre miliari
La mancanza di fondi provocò presto la chiusura della stazione antartica, ma Keeling riuscì a mantenere le misurazioni di Mauna Loa, con solo una breve lacuna. A mano a mano che la serie di CO2 si allungava, diventava sempre più impressionante, con i valori ogni anno notevolmente più alti. In poco tempo la curva di Keeling, frastagliata ma inesorabilmente in aumento, fu ampiamente citata dai comitati di revisione scientifica e dai giornalisti scientifici. (40) Sia per i due scienziati che per il pubblico, [tale grafico] diventò l'icona principale dell'effetto serra.    Biossido di carbonio come la chiave per il cambiamento climatico (1960-1980) INIZIO DELLA PAGINA	<=I fondi di Keeling =>L'opinione pubblica =>Governo La curva di Keeling
Le nuove misure di Carbonio-14 diedero agli scienziati solidi dati da masticare. Essi iniziarono a valutare come il carbonio si trasforma nelle sue molteplici forme nell’aria, nell’oceano, nei minerali, nei terreni, e nelle creature viventi. Inserirono i propri dati in modelli semplici, dove i box rappresentavano ciascun serbatoio di carbonio (acque superficiali oceaniche, piante, ecc), e le frecce indicavano gli scambi di CO2 tra i serbatoi. L'obbiettivo finale della maggior parte dei ricercatori era quello di capire come gran parte della CO2 prodotta dai combustibili fossili stava affondando negli oceani, o forse veniva assorbita dalla vegetazione (vedi sopra). Ma lungo la strada c'erano molti enigmi curiosi, che costrinsero i ricercatori a fare domande ad esperti in settori molto distanti.	<=Biosfera
Durante il 1960, questi contatti tra comunità sperimentali di ricerca quasi completamente separate fecero incontrare parecchi ricercatori di campi diversi. Gli scienziati che studiavano i cicli biologici di elementi come azoto e carbonio (in genere sostenuti da interessi tipici dell'agricoltura e della silvicoltura) furono messi in contatto con, tra gli altri, dei geochimici (in genere nascosti in sedi accademiche come la Scripps Institution of Oceanography di La Jolla, California). Queste comunità emergenti che studiavano il ciclo del carbonio iniziarono a parlare con degli scienziati atmosferici che possedevano interessi sulla meteorologia e sulle previsioni climatiche (in genere in laboratori finanziati dal governo, come il National Center for Atmospheric Research a Boulder, in Colorado, o il Geophysical Fluid Dynamics Laboratory di Princeton, New Jersey). Un esempio prezioso di questo incrocio di interessi fu un calcolo pubblicato da parte degli specialisti informatici di Princeton nel 1967: la prima stima ragionevolmente solida del cambiamento globale di temperatura, che era probabile se la quantità di CO2 nell'atmosfera fosse raddoppiata. (41)	=>I Modelli (GCM - Modelli a Circolazione Generale) <=La matematica della radiazione
Anche prima di questo, nel 1965, un prestigioso gruppo di scienziati aveva suggerito con notevole lungimiranza il fatto che "entro l'anno 2000, l'aumento delle emissioni di CO2 atmosferica ... può essere sufficiente a produrre cambiamenti climatici misurabili e forse anche notevoli." Ma la maggior parte degli scienziati in questo momento era poco preoccupata che la CO2 agisse nel futuro provocando il riscaldamento globale. Essi consideravano il gas semplicemente come una componente nel loro studio dei sistemi biologici, oceanografici o meteorologici. (42) La maggior parte di loro era ancorata alla vecchia ipotesi che la geochimica terrestre era dominata dai processi stabili dei minerali, che operano su scala planetaria nel corso di milioni di anni. Non comprendevano facilmente quanto era sensibile l'atmosfera della Terra nei confronti delle forze biologiche - la totalità delle forme viventi del pianeta - per non parlare della piccola frazione di tali attività soggetta alle azioni umane.	<=>Climatologists <=Biosfera
Gli scienziati preminenti continuarono a dubitare che qualcuno dovesse preoccuparsi dell'effetto serra. Il veterano esperto di clima Helmut Landsberg sottolineò, in una recensione del 1970, che si sapeva poco su come gli esseri umani avrebbero potuto cambiare il clima. Nel peggiore dei casi, pensò, l'aumento di CO2 al tasso attuale potrebbe portare un aumento di temperatura di 2°C nei prossimi 400 anni, che " può essere difficilmente definito catastrofico." (43) Nel frattempo Hubert H. Lamb, l’eminente compilatore dei vecchi dati climatici, scrisse che gli effetti delle emissioni di CO2 sono "dubbi ... ci sono molte incertezze". La teoria della CO2, sottolineò, non è riuscita a rendere conto dei numerosi grandi salti che aveva scoperto nei registri del clima dal medioevo ai giorni nostri. Molti furono d'accordo con Lamb che la diminuzione "piuttosto sensibile" della temperatura globale dal 1940 aveva posto in discussione tutta la materia. (44)	<=Tempi moderni
Fino a questo punto, ho descritto il nucleo centrale della ricerca sugli effetti della CO2 sul clima - ricerca che, prima del 1970, aveva a malapena interagito con altri soggetti. Durante il decennio 1970, l'effetto serra diventò un tema importante in molti campi interdisciplinari. Gli scienziati finalmente stabilirono che un po' più della metà degli effetti delle attività umane sul cambiamento climatico era dovuto alle emissioni di CO2 (soprattutto da combustibili fossili, ma anche dalla deforestazione e dalla fabbricazione del cemento). Il resto dell’effetto era dovuto ad altri gas come il metano e ad alcuni gas industriali, all'inquinamento atmosferico da fumo e polvere, ed ai cambiamenti nell'uso del suolo, come la sostituzione della foresta, scura, con le colture o deserto, che riflettevano altamente la luce solare. Questi fattori sono discussi in altri articoli importanti (in particolare quelli su Altri gas serra, Aerosol e La Biosfera.) Il resto di questo articolo copre solo gli sviluppi più direttamente connessi con lo stesso gas CO2.
La ricerca sui cambiamenti della CO2 in atmosfera era stata, quasi per definizione, identica alla ricerca sull'effetto serra. Ma nel tardo 1970 e inizio 1980, altri calcoli mostrarono che anche altri gas emessi dalle attività umane intensificano fortemente l’effetto serra – talora, a parità di numero di molecole, decine o centinaia di volte più della CO2. Il cambiamento climatico globale non può essere studiato adeguatamente senza tener conto del metano, emesso da fonti naturali e artificiali, e dei vari altri gas industriali. Tuttavia la maggior parte degli interessi scientifici continuarono a ruotare intorno alla CO2.	<=Altri gas
Gli studi sul ciclo del carbonio proliferarono. Uno stimolo importante fu una polemica scoppiata nei primi anni 1970, che resistì ostinatamente alla risoluzione. Le statistiche nazionali sull’economia produssero cifre attendibili su quanta CO2 l'umanità immetteva in aria ogni anno grazie alla combustione dei combustibili fossili. Le misure di incremento annuo di Keeling e altri avevano dimostrato che meno della metà del nuovo carbonio era stato ritrovato in atmosfera. Dov'era il resto? Gli oceanografi calcolarono la quantità di gas assorbita dagli oceani, mentre altri scienziati calcolarono quanto la biosfera ne aveva preso o emesso. I numeri non tornavano: parte del carbonio era "mancante". Chiaramente, gli scienziati non avevano capito alcune componenti importanti relativamente al ciclo del carbonio. Guardando in generale i cambiamenti climatici a grande scala, come quelli tra le glaciazioni e[d i periodi interglaciali più] caldi, essi hanno generato una serie di interazioni con il clima coinvolgendo la vita vegetale e chimica dell'oceano. I lavori che affrontano questi temi sono diventati sempre più complessi.	<=Biosfera
Alcuni scienziati ripresero il vecchio argomento che la fertilizzazione delle piante con un eccesso di CO2, insieme con l'assorbimento da parte degli oceani, avrebbe impedito al livello di gas di salire troppo bruscamente. Keeling, però, avvertì che, entro la metà del prossimo secolo, le piante avrebbero facilmente potuto raggiungere il loro limite nell’assunzione di carbonio (come ogni giardiniere sa, oltre un certo limite la fertilizzazione è inutile o addirittura dannosa). Inoltre, ci sarebbe poi stata così tanta CO2 nelle acque superficiali dell'oceano che gli oceani stessi non sarebbero più potuti essere in grado di assorbire il gas in eccesso così rapidamente come avviene attualmente. (45) Egli continuò ad affinare e migliorare le sue misurazioni dei livelli di CO2 in atmosfera per estrarre ulteriori informazioni. La curva non saliva regolarmente, ma saltellava con un grande ciclo stagionale, ed in più c’erano dei misteriosi, magici, periodi di crescita, più veloce e più lenta. Soltanto su un lungo periodo, diciamo un decennio, l'aumento appariva chiaramente inesorabile, come una marea. (46) Nel frattempo, i modelli numerici convergevano sul riscaldamento futuro atteso a causa dell’incremento della CO2. E le temperature globali avevano ricominciato a crescere. Fu sempre più difficile, per gli scienziati, credere che l'effetto serra non era un argomento di cui preoccuparsi.	<=Tempi moderni <=I Modelli (GCM - Modelli a Circolazione Generale) <=Aerosols
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Un risultato particolarmente convincente proveniva dai carotaggi di ghiaccio faticosamente perforato nelle coltri glaciali della Groenlandia e dell’Antartide. I lunghi cilindri di ghiaccio estratto dalle profondità contenevano minuscole bollicine contenenti campioni di aria antica - per fortuna c’era questa unica cosa sul pianeta che aveva conservata intatta la CO2. Vari gruppi di studio tagliarono dei campioni dalle carote di ghiaccio nella speranza di misurare le concentrazioni. Per due decenni, ogni tentativo di dare risultati coerenti e plausibili fallì. Finalmente, furono sviluppati metodi affidabili. Il trucco era quello di pulire scrupolosamente un campione di ghiaccio, spaccarlo nel vuoto, e misurare rapidamente che cosa ne usciva fuori. Nel 1980, un team pubblicò i risultati che furono definiti, inaspettati, e memorabili.	<=>Cicli climatici
Nelle profondità dell’ultima era glaciale, il livello di CO2 nell'atmosfera era stato fino al 50% inferiore a quello della nostra epoca più calda. (Queste misurazioni della Groenlandia furono successivamente messe in discussione, ma il livello [di CO2] drasticamente più basso durante l’era glaciale fu presto confermata da altri studi.). (47) Successivamente, nel 1985 un team franco-sovietico di perforazione a Vostok, nel centro dell’Antartide, produsse una carota di ghiaccio lunga 2 km, che conteneva un tempo-record di 150.000 anni, cioè un ciclo completo di glaciazione contenente un periodo caldo, freddo e caldo. Scoprirono che il livello della CO2 atmosferica era salito e sceso, in forte analogia con la temperatura. (48)	=>Gli oceani =>Cicli climatici =>Internazionale =>L'opinione pubblica = Pietre miliari
La carota di Vostok, secondo le dichiarazioni di uno dei perforatori, "cambiò la marea nella controversia sui gas a effetto serra." (49) Almeno aveva contribuito a far risaltare quello che uno degli esperti chiamò “un consenso emergente sul fatto che la CO2 è una componente importante del sistema di retroazioni [feedback] climatiche." Più in generale, aggiunse, ha mostrato che ulteriori progressi "richiederebbero di trattare il clima ed il ciclo del carbonio come parti di uno stesso sistema globale piuttosto che come entità separate." (50) Gli aumenti e le diminuzioni della temperatura erano legate in modo complesso con cicli globali interconnessi che coinvolgevano non solo la geochimica dei minerali della CO2 in aria e acqua marina, ma anche le emissioni di metano, lo sviluppo e la diminuzione delle foreste e delle torbiere, i cambiamenti nella popolazione del plancton negli oceani, ed altre caratteristiche ancora della biosfera del pianeta.	CO2 e temperatura <=>Biosfera
Durante tutti questi decenni, pochi geologi avevano continuato ad occuparsi della questione originale sollevata da Tyndall e Chamberlin: le variazioni di CO2 erano state le responsabili dei maggiori cambiamenti climatici? Queste erano oscillazioni molto lente, della durata di decine di milioni di anni, tra ere come l'epoca dei dinosauri, con climi di tipo estivo da polo a polo, ed ere come la nostra, in cui le calotte di ghiaccio continentale avanzano o si ritirano. Non c'era consenso circa le cause di queste grandi variazioni, ed era quasi impossibile misurare in modo affidabile l'atmosfera di molti milioni di anni fa. Tuttavia, dal 1980, gli scienziati trovarono delle prove che i livelli di CO2 erano stati elevati durante le grandi epoche calde del passato.
Diverse linee di pensiero conversero a sottolineare l'importanza dell'effetto serra. Per decenni, i geologi era rimasti sconcertati da un calcolo che gli astrofisici insistevano essere innegabile: il Sole era stato molt opiù debole quando la Terra era giovane. Miliardi di anni fa, gli oceani sarebbero dovuti essere completamente congelata, se non ci fossero statd concentrazioni elevate di CO2. La teoria astrofisica mostrò che, a mano a mano che il Sole aveva consumato il suo combustibile nucleare, era divenuto via-via più brillante. Eppure, in qualche modo, la temperatura della Terra era rimasta né troppo fredda né troppo calda per sostenere la vita. L'ipotesi migliore è che la CO2 aveva agito come un termostato per il pianeta. I vulcani avevano presumibilmente emesso il gas in atmosfera a una velocità abbastanza costante. Ma i processi chimici avvengono più rapidamente a temperature più elevate, così su una Terra più calda le rocce inglobavano la CO2 più velocemente. A mano a mano che le rocce si erodevano, i fiumi trasportavano il terreno nei mari, dove il carbonio poi finiva in composti depositati sul fondo del mare. Quindi si veniva a mantenere un equilibrio approssimativamente auto-sostenentesi tra le forze delle emissioni vulcaniche, il riscaldamento per effetto serra, gli agenti atmosferici, e l'assorbimento degli oceani. (51) A dire il vero, il sistema avrebbe potuto richiedere migliaia, se non milioni, di anni per stabilizzarsi dopo un grande disturbo.
Tali grandi disturbi – anche una Terra a “palla di neve” totalmente congelata - non erano una fantasia di modelli ipersemplificati. I geologi mostrarono le prove che, oltre mezzo miliardo di anni fa, gli oceani erano effettivamente ghiacciati, se non completamente almeno in gran parte. La cosa sembrava impossibile: come la Terra era riuscita a sfuggire a questa trappola e riscaldarsi di nuovo? C’era almeno un modo ovvio (ma divenne evidente solo dopo che qualcuno ci pensò, cosa che richiese decenni). Per molte migliaia di anni, i vulcani avrebbero continuato ad immettere CO2 nell'atmosfera, dove il gas avrebbe continuato ad accumularsi, non potendo entrare nei mari ghiacciati. Finchè un colossale effetto serra avrebbe potuto sciogliere i ghiacci. (52*) Tutto questo era una speculazione, e non provava molto sui climi più recenti. Ma aggiunse la convinzione che la CO2 era un vero punto chiave del sistema climatico del pianeta - un sistema senza dubbio molto stabile così come sembrava.	=>Modelli semplici
Un altro disturbo inusuale sopraggiunse. La prova fu nel rapporto del 1987 del team di Vostok sulle proprie analisi delle carote di ghiaccio risalenti a circa 160.000 anni fa, quindi all’interno dell'intero periodo glaciale precedente fino al periodo caldo ancora precedente. (E il trapano era ancora solo parzialmente giù: nel momento in cui si fermò la perforazione, una dozzina di anni dopo, la squadra recuperò il ghiaccio risalente a 400.000 anni fa, che aveva attraversato quattro completi cicli glaciali.) I livelli di CO2 nel loro record scendevano al livello minimo di 180 parti per milione nei periodi freddi e raggiungevano i 280, mai oltre, nei periodi caldi. Ma nell’aria sopra il ghiaccio, il livello del gas aveva raggiunto i 350 – un valore superiore a qualunque altro visto in questa epoca geologica, e stava ancora salendo. (53)

Livello di CO2 nell'atmosfera, 1958-2007   La curva è salita in modo esponenziale (tranne nella metà del 1990, quando l'economia dell'Europa orientale e dell’Unione Sovietica crollarono). La quantità di gas aggiunto all'atmosfera raddoppiava ogni 30-35 anni. Si vedano i risultati più recenti nel programma sulla CO2 di Scripps. Scripps Institution of Oceanography, riprodotta con autorizzazione.

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1. Tyndall (1861). BACK

2. Högbom (1894) ; l'essenziale è riportato da Arrhenius (1896), pp. 269-73; si veda anche Berner (1995); per ulteriori basi, si veda Arrhenius (1997). BACK

3. Egli svolse anche calcoli per crescite di 1.5-, 2.5- e 3-volte. Arrhenius (1896), 266; si veda Crawford (1996), cap. 10; Crawford (1997); ristampato con ulteriori articoli in Rodhe and Charlson (1998). BACK

4. Nernst notò anche che più CO2 avrebbe fertilizzato le coltivazioni. James Franck, intervistato da Thomas Kuhn, p. 6, Archivio de History of Quantum Physics, copie di AIP e altri archivi. BACK

5. Arrhenius (1896); calcoli revisionati, trovando un effetto un po' inferiore, furono svolti in Arrhenius (1901) ; divulgazione: Arrhenius (1908), cap. 2. BACK

6. La seguente discussione circa nel 1960 è riportata con alcune variazioni da un lavoro pubblicato che include ulteriori discussioni e riferimenti, Weart (1997). BACK

7. Ångström (1900). BACK

8. Ångström (1900), pp. 731-32; Abbot and Fowle (1908), pp. 172-73; per gli spettrografi,  Weber and Randall (1932). BACK

8a. Koch aveva solo una termocoppia per misurare per misurare il calore attraverso l'intero spettro infrarosso. Egli riportò accuratamente che circa il 10% della radiazione emessa da un corpo nero a 100°C era assorbita nel suo tubo, e che a pressioni inferiori ne era assorbito al massimo il 9,6%, mentre in realtà doveva essere circa il 9%. Per i calcoli recenti ringrazio Raymond T. Pierrehumbert. BACK

9. Fleming (2000), p. 301; per misure precedenti e ulteriori basi e riferimenti, si veda Mudge (1997). Le argomentazioni di Ångström furono immediatamente accettate: per esempio, Monthly Weather Review (1901). Un esperto che trascurò la CO2 a causa della saturazione fu Humphreys (1913), pp. 134-35, anche se, pur negando che il raddoppio del contenuto in atmosfera avrebbe "inciso maggiormente sulla quantità totale di radiazione realmente assorbita," notò che avrebbe "influenzato la distribuzione verticale o il luogo dell'assorbimento", Humphreys (1920), p. 58; sulla saturazione della CO2, Schaefer (1905), p. 104 BACK

10. Hulburt (1931), citazione p. 1876; si noti anche Simpson (1928), che trovò che CO2 apportava una correzione — ma solo molto piccola — all'assorbimento del vapore acqueo. BACK

11. Brooks (1951), p. 1016. BACK

12. Redfield (1958), 221. Gli elementi atmosferici che studiò furono l'ossigeno ed altri gas elementari, non il carbonio. BACK

13. Hutchinson (1948), quote p. 228; si veda anche Hutchinson (1954), 389-90; un altro esempio: Eriksson and Welander (1956), 155. BACK

14. (Obituary) (1965); Fleming (2007b). BACK

15. Callendar (1938); si veda anche Callendar (1940); Callendar (1939); Callendar (1949). BACK

16. Per la bibliografia sulle misurazioni di CO2 e sulle idee nel 1951, si veda Stepanova (1952); navi: Woodman (1904); critiche: Slocum (1955); Fonselius et al. (1956); tuttavia, alcuni elementi di prova per un graduale aumento furono riassunti da Junge (1958); le misure furono recensite da Bolin (1972); From and Keeling (1986). BACK

17. Ad esempio, "potrebbero richiedere un periodo di raccolta [dati] di molti decenni per individuare le tendenze reali", secondo Eriksson and Welander (1956). BACK

18. Callendar (1940). BACK

19. Lotka (1924). BACK

20. Callendar (1941). BACK

21. Russell (1941), 94. BACK

22. Critiche: G.C. Simpson. Per ulteriori discussioni e riferimenti, si veda Fleming (2007b); Weart (1997). BACK

23. Questa sezione è condensata da uno studio più dettagliato pubblicato, Weart (1997). BACK

24. Martin and Baker (1932); per la revisione, si veda Smith et al. (1968), pp. 476-483. BACK

25. Kaplan (1952); per gli altri lavoratori si veda, ad esempio, Möller (1951), pp. 46-47. BACK

26. Plass (1956); si veda anche Plass (1956). BACK

27. Rossby (1959), p. 14; la critica principale era Kaplan (1960). BACK

28. Plass (1956), citato a 306, 311, 315, 316; si veda anche Plass (1959); Plass (1956); Plass (1956). BACK

29. Plass (1956); Dingle (1954). BACK

30. Suess (1955); si veda anche Suess (1953); una conferma: Münnich (1957); Revisione: Houtermans et al. (1967), si veda p. 68. BACK

31. Revelle and Suess (1957); Craig (1957); Arnold and Anderson (1957). BACK

32. Revelle and Suess (1957), pp. 18-20, 26. BACK

33. Callendar (1958), p. 246. Qui Callendar è stato uno di quelli che prese in fretta la frase di Revelle "esperimento geofisico". Una negazione tipica di ogni problema futuro di effetto serra fu Bray (1959), si veda p. 228. BACK

34. Bolin and Eriksson (1959); esempio di articolo che cita Bolin & Eriksson ma non Revelle: Mitchell (1961), p. 243; revisione che li cita: Skirrow (1965), pp. 282-84, 308. BACK

34a. Meeting della National Academy of Sciences descritto in "Experts Discuss Monsters of the Sea," New York Times, April 28, 1959; i miei ringraziamenti a Richard Somerville per avermelo indicato. BACK

35. Ad esempio, Mitchell (1961). BACK

36. Eriksson (1954). BACK

37. Fonselius et al. (1955); Fonselius et al. (1956); perr critiche, si veda From and Keeling (1986), p. 88, e per la storia generale delle misure di CO2; anche Keeling (1998), p. 43. BACK

38. Rossby (1959), p. 15; è una traduzione di Rossby (1956). BACK

39. L'articolo descrive anche il ciclo stagionale delle emissioni di CO2. Keeling (1960); nel 1970, si trovò che l'aumento del 1959-1960 era stato esagerato per un inusuale rilascio naturale del  gas correlato ad un evento di El Niño. Keeling (1998); per la storia, si veda anche Keeling (1978). BACK

40. Per esempio, nel rapporto di riferimento"SMIC", Wilson and Matthews (1971), p. 234. BACK

41. Manabe and Wetherald (1967). BACK

42. President's Science Advisory Committee (1965); Hart and Victor (1993), passim. BACK

43. Landsberg (1970). BACK

44. Lamb (1969), p. 245. BACK

45. La pressione parziale della CO2 in acqua di mare potrebbe crescere e il buffering chimica potrebbe cambiare. Keeling (1973), p. 291. BACK

46. Per esempio, Keeling et al. (1976). BACK

47. Berner et al. (1980); Delmas et al. (1980); Neftel et al. (1982); Shackleton et al. (1983). BACK

48. Lorius et al. (1985); si veda anche Barnola et al. (1987); Genthon et al. (1987). BACK

49. Mayewski and White (2002), pp. 39, 77. BACK

50. Sundquist (1987). BACK

51. Walker et al. (1981). BACK

52. Inoltre, la scoperta nel tardo 1970 che la vita è presente in sorgenti calde nelle profondità dell'oceano mostrò che la registrazione continua di fossili di vita marina non esclude la possibilità che gli oceani furono congelati. Gli studi includono Berner et al. (1983); Kasting and Ackerman (1986); per revisione, Crowley and North (1991); più recentemente, Hoffmann et al. (1998); la frase "Terra a palla di neve - snowball Earth" fu coniata da Joseph Kirschvink Kirschvink (1992); precedentemente Manabe la chiamò "Terra bianca - White Earth" come riporta Gleick (1987), p. 332; per riferimenti e discussioni a livello popolare, si veda Ward and Brownlee (2000). BACK

53. Genthon et al. (1987); Petit et al. (1999). BACK

54. Severinghaus (2009), con una buona discussione su alcuni effetti di amplificazione. BACK

55. Petit et al. (1999); IPCC (2001), p. 202; Lorius et al. (1990); Pälike et al. (2006) (rilevazione del feedback del ciclo del carbonio nel corso di milioni di anni). BACK

56. Barnett et al. (2005); Hansen et al. (2005). BACK

57. Una revisione recente: Royer et al. (2007). Tra molti riferimenti: Berner (1991) (geochimica); Cerling (1991) (carbonio nel suolo); McElwain and Chaloner (1995) (foglie); Royer et al. (2001). Riferimento: Hoffert and Covey (1992), p. 576. BACK

58. Keeling (1998). BACK

59. Keeling et al. (1993); Keeling et al. (1996). BACK

60. Canadell et al.(2007). BACK

61. Michael Oppenheimer alla conferenza sui cambiamenti climatici alla Fordham University, New York, Jan. 25, 2008. BACK

62. Matthews and Caldeira (2008); Schmittner et al. (2008); James Hansen, articolo in bozza circolato privatamente sull'"Effetto Charney" (2007). "Sono stato colpito dal fatto che il riscaldamento continua ancora a lungo anche dopo che le emissioni sono diminuite", affermò Schmittner, citato da Juliet Eilperin, "Nuovi studi affermano che le emissioni di carbonio devono azzerarsi per evitare pericoli", Washington Post, 10 Marzo, 2008. BACK

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