Scolari
21st February 2010, 16:13
Più volte il clima della terra è entrato ed uscito da periodi climatici glaciali più o meno lunghi. Il fattore predominante di innesco sembra attribuibile a cause astromomiche, ma questo non può spiegare come mai le glaciazioni arrivino piuttosto in fretta. E se fosse una questione di "rumore"? In questo nostro approfondimento cercheremo di spiegare una teoria interessante che potrebbe darci delle risposte: La RISONANZA STOCASTICA. Questa teoria viene oggi utilizzata in altri contesti medici o biologici.
Una serie di inverni rigidi. Ecco il "rumore" che può amplificare il segnale astronomico
Più volte ci siamo imbattuti nell'argomento 'glaciazioni'. Il clima della terra ci racconta come il nostro pianeta sia entrato ed uscito da periodi glaciali. Quello più recente ha avuto una durata temporale di circa 100.000 anni, terminato 10.000 anni or sono. La causa delle glaciazioni non è nota tanto da mantenere in disaccordo la comunità scientifica. Tuttavia, c'è ragione di supporre come il fattore predominante sia attribuibile a cause astronomiche (cambiamenti dell'orbita terrestre intorno al sole), a cause interne all'atmosfera (variazione della composizione chimica) o interne al pianeta terra. Al di là di ciò, in questo nostro approfondimento, vogliamo domandarci se sia possibile che una forzante astronomica possa produrre una glaciazione. Le glaciazioni, infatti, tendono a prodursi con periodi grosso modo di circa 100.000 anni. Durante questo periodo, l'orbita della terra intorno al sole cambia la sua forma e, da ellittica, diventa quasi circolare. Questo fa si che la quantità di flusso solare che raggiunge la terra diminuisca. Ma la variazione dell'orbita terrestre e la conseguente diversa radiazione solare appare un effetto troppo modesto tanto da non poter giustificare l'innesco repentino di un era glaciale. Come fa dunque ad innescarsi così 'velocemente' l'era glaciale dal momento che l'input astronomico avrebbe bisogno di molto più tempo per poter scatenare una reazione climatica come quella glaciale e che invece si presenta rapidamente? I dati storici, infatti, mostrano un rapido sopraggiungere delle glaciazioni confrontate su ere geologiche. Come è possibile spiegare un fenomeno che sembrerebbe apparentemente di tipo 'non lineare'?
Andrea, come ogni pomeriggio, gioca con la sua palla. Accidentalmente, la palla cade in una buca. Siccome la buca è un pò profonda, il piccolo Andrea si domanda come potrebbe fare a tirarla fuori. Il nostro intento, in questo trattato, è riuscire a trovare un modo per aiutare Andrea a tirare fuori la pallina dalla buca. Ma cosa centra la pallina con le glaciazioni?
Nel 1981 gli scienziati italiani Roberto Benzi, Alfonso Sutera e Angelo Vulpiani, fecero notare questo: per fare in modo che la terra entri in un'era glaciale, il clima deve saltare da una condizione stabile ad un'altra meno stabile. Ora, dal momento che le glaciazioni sono il risultato di oscillazioni climatiche tra stati di equilibrio, è possibile associare il "giochino" della pallina nella buca, alle glaciazioni. In parole povere possiamo immaginare che il clima abbia due stati di equilibrio: uno è rappresentato dalla pallina nella buca, l'altro dalla pallina fuori dalla buca. I due stati sono separati da una soglia di energia. E' ragionevole ipotizzare allora che affinchè il clima entri in un era glaciale deve transitare da una condizione più stabile ad una meno instabile. Ma come?
Quante volte in un locale ben affollato, facciamo difficoltà a recepire i messaggi che ci vengono inviati da un altro interlocutore posto a poca distanza da noi. La voce è disturbata dal 'rumore'. Per questo motivo, per farci capire meglio, alziamo il timbro per 'saltare' quella soglia di disturbo che maschera il segnale. Qualcuno allora si è chiesto se il rumore, invece di sopprimere i suoni più deboli, in determinate condizioni li potesse amplificare. Benzi chiamò questo fenomeno 'Risonanza Stocastica', un sistema tale che il rapporto segnale-rumore presenti un valore massimo per un determinato livello di rumore. Questo fenomeno trova oggi applicazioni in altri contesti come in biologia o in medicina. In parole povere, basta che la frequenza del segnale di rumore si trovi vicino alla condizione di risonanza del sistema per amplificare il segnale di partenza. Ritorniamo alla nostra pallina: se la forzatura è debole, la pallina oscilla in una buca e il salto avverrebbe a seconda dell'energia impressale. Ma se alla forzante proviamo ad aggiungere un termine di rumore (chiamato anche forcing stocastico) il sistema tenderebbe ad oscillare e, nel momento in cui il rumore sarebbe nel verso giusto allora il sistema potrebbe fare dei salti da uno stato all'altro. Se infatti il segnale orbitale è troppo debole per innescare una reazione climatica così repentina, il rumore potrebbe amplificare l'effetto inizialmente modesto del segnale oltre ad una certa soglia che scatena la reazione. Ad esempio, se cause esterne al sistema terra-atmosfera come la variazione dell'eccentricità o dell'inclinazione oppure la precessione degli equinozi porterebbero ad una minore costante solare sul pianeta terra, il rumore aggiunto, invece, potrebbe fornire quell'energia necessaria, quanto basti per creare i salti e quindi portare il clima verso un nuovo stato. Infatti, secondo questa teoria, se il rumore fluttuasse tutto nella stessa direzione, sarebbe capace di rinforzare il 'segnale' orbitale. Ovviamente il rumore deve rispettare determinati requisiti. Non deve essere molto elevato, né basso altrimenti non sortirebbe nessun effetto. Ma che cosa è in questo caso il rumore? E' chiaro che il rumore non deve essere confuso in questo caso il chiasso. Il rumore potrebbe essere rappresentato da una serie di inverni molto rigidi oppure da altre variazioni dell'orbita terrestre. Ora, se per qualche causa gli inverni si mostrassero particolarmente rigidi sulla terra, potrebbero 'aiutare' la forzante solare nell'innesco della glaciazione. Da un lato, il segnale principale (ad esempio la causa astronomica), dall'altro il rumore (una serie di inverni rigidi) che si sovrappone. Quest'ultimo può portare il clima verso un nuovo stato. Se la temperatura media diminuisse a causa degli inverni più rigidi, l'albedo (frazione di energia che viene rimessa nello spazio) aumenterebbe in quanto sulla terra ci sarebbe più neve e più ghiaccio. La radiazione solare 'variata' per cause astronomiche, darebbe un ulteriore contributo. Allora, il nostro clima transiterebbe più velocemente verso una nuova 'condizione'.
Fonte: www.3bmeteo.com
Personalmente trovo la teoria molto interessante, tuttavia vedo il fenomeno più come un fattore di feedback che tende ad amplificare un fenomeno innescato piuttosto da fattori geologici (importanti variazioni della morfologia del territorio, la disposizione dei continenti alle diverse latitudini, inalzamento medio delle terre emerse) in corrispondenza ai cicli di Milankovic che incidono producendo quelle condizioni ideali all'innesco di una grande glaciazione o rispettivamente un periodo interglaciale.
Una serie di inverni rigidi. Ecco il "rumore" che può amplificare il segnale astronomico
Più volte ci siamo imbattuti nell'argomento 'glaciazioni'. Il clima della terra ci racconta come il nostro pianeta sia entrato ed uscito da periodi glaciali. Quello più recente ha avuto una durata temporale di circa 100.000 anni, terminato 10.000 anni or sono. La causa delle glaciazioni non è nota tanto da mantenere in disaccordo la comunità scientifica. Tuttavia, c'è ragione di supporre come il fattore predominante sia attribuibile a cause astronomiche (cambiamenti dell'orbita terrestre intorno al sole), a cause interne all'atmosfera (variazione della composizione chimica) o interne al pianeta terra. Al di là di ciò, in questo nostro approfondimento, vogliamo domandarci se sia possibile che una forzante astronomica possa produrre una glaciazione. Le glaciazioni, infatti, tendono a prodursi con periodi grosso modo di circa 100.000 anni. Durante questo periodo, l'orbita della terra intorno al sole cambia la sua forma e, da ellittica, diventa quasi circolare. Questo fa si che la quantità di flusso solare che raggiunge la terra diminuisca. Ma la variazione dell'orbita terrestre e la conseguente diversa radiazione solare appare un effetto troppo modesto tanto da non poter giustificare l'innesco repentino di un era glaciale. Come fa dunque ad innescarsi così 'velocemente' l'era glaciale dal momento che l'input astronomico avrebbe bisogno di molto più tempo per poter scatenare una reazione climatica come quella glaciale e che invece si presenta rapidamente? I dati storici, infatti, mostrano un rapido sopraggiungere delle glaciazioni confrontate su ere geologiche. Come è possibile spiegare un fenomeno che sembrerebbe apparentemente di tipo 'non lineare'?
Andrea, come ogni pomeriggio, gioca con la sua palla. Accidentalmente, la palla cade in una buca. Siccome la buca è un pò profonda, il piccolo Andrea si domanda come potrebbe fare a tirarla fuori. Il nostro intento, in questo trattato, è riuscire a trovare un modo per aiutare Andrea a tirare fuori la pallina dalla buca. Ma cosa centra la pallina con le glaciazioni?
Nel 1981 gli scienziati italiani Roberto Benzi, Alfonso Sutera e Angelo Vulpiani, fecero notare questo: per fare in modo che la terra entri in un'era glaciale, il clima deve saltare da una condizione stabile ad un'altra meno stabile. Ora, dal momento che le glaciazioni sono il risultato di oscillazioni climatiche tra stati di equilibrio, è possibile associare il "giochino" della pallina nella buca, alle glaciazioni. In parole povere possiamo immaginare che il clima abbia due stati di equilibrio: uno è rappresentato dalla pallina nella buca, l'altro dalla pallina fuori dalla buca. I due stati sono separati da una soglia di energia. E' ragionevole ipotizzare allora che affinchè il clima entri in un era glaciale deve transitare da una condizione più stabile ad una meno instabile. Ma come?
Quante volte in un locale ben affollato, facciamo difficoltà a recepire i messaggi che ci vengono inviati da un altro interlocutore posto a poca distanza da noi. La voce è disturbata dal 'rumore'. Per questo motivo, per farci capire meglio, alziamo il timbro per 'saltare' quella soglia di disturbo che maschera il segnale. Qualcuno allora si è chiesto se il rumore, invece di sopprimere i suoni più deboli, in determinate condizioni li potesse amplificare. Benzi chiamò questo fenomeno 'Risonanza Stocastica', un sistema tale che il rapporto segnale-rumore presenti un valore massimo per un determinato livello di rumore. Questo fenomeno trova oggi applicazioni in altri contesti come in biologia o in medicina. In parole povere, basta che la frequenza del segnale di rumore si trovi vicino alla condizione di risonanza del sistema per amplificare il segnale di partenza. Ritorniamo alla nostra pallina: se la forzatura è debole, la pallina oscilla in una buca e il salto avverrebbe a seconda dell'energia impressale. Ma se alla forzante proviamo ad aggiungere un termine di rumore (chiamato anche forcing stocastico) il sistema tenderebbe ad oscillare e, nel momento in cui il rumore sarebbe nel verso giusto allora il sistema potrebbe fare dei salti da uno stato all'altro. Se infatti il segnale orbitale è troppo debole per innescare una reazione climatica così repentina, il rumore potrebbe amplificare l'effetto inizialmente modesto del segnale oltre ad una certa soglia che scatena la reazione. Ad esempio, se cause esterne al sistema terra-atmosfera come la variazione dell'eccentricità o dell'inclinazione oppure la precessione degli equinozi porterebbero ad una minore costante solare sul pianeta terra, il rumore aggiunto, invece, potrebbe fornire quell'energia necessaria, quanto basti per creare i salti e quindi portare il clima verso un nuovo stato. Infatti, secondo questa teoria, se il rumore fluttuasse tutto nella stessa direzione, sarebbe capace di rinforzare il 'segnale' orbitale. Ovviamente il rumore deve rispettare determinati requisiti. Non deve essere molto elevato, né basso altrimenti non sortirebbe nessun effetto. Ma che cosa è in questo caso il rumore? E' chiaro che il rumore non deve essere confuso in questo caso il chiasso. Il rumore potrebbe essere rappresentato da una serie di inverni molto rigidi oppure da altre variazioni dell'orbita terrestre. Ora, se per qualche causa gli inverni si mostrassero particolarmente rigidi sulla terra, potrebbero 'aiutare' la forzante solare nell'innesco della glaciazione. Da un lato, il segnale principale (ad esempio la causa astronomica), dall'altro il rumore (una serie di inverni rigidi) che si sovrappone. Quest'ultimo può portare il clima verso un nuovo stato. Se la temperatura media diminuisse a causa degli inverni più rigidi, l'albedo (frazione di energia che viene rimessa nello spazio) aumenterebbe in quanto sulla terra ci sarebbe più neve e più ghiaccio. La radiazione solare 'variata' per cause astronomiche, darebbe un ulteriore contributo. Allora, il nostro clima transiterebbe più velocemente verso una nuova 'condizione'.
Fonte: www.3bmeteo.com
Personalmente trovo la teoria molto interessante, tuttavia vedo il fenomeno più come un fattore di feedback che tende ad amplificare un fenomeno innescato piuttosto da fattori geologici (importanti variazioni della morfologia del territorio, la disposizione dei continenti alle diverse latitudini, inalzamento medio delle terre emerse) in corrispondenza ai cicli di Milankovic che incidono producendo quelle condizioni ideali all'innesco di una grande glaciazione o rispettivamente un periodo interglaciale.