Effetti dei cambiamenti climatici sul ciclo dell'acqua - Effects of climate change on the water cycle
Il ciclo globale dell'acqua descrive il movimento dell'acqua nelle sue forme liquide, di vapore e solide e il suo stoccaggio in diversi serbatoi come oceani, calotte glaciali, atmosfera e superficie terrestre. Il ciclo dell'acqua è essenziale per la vita sulla terra e svolge un ruolo importante nel clima globale e nella circolazione oceanica .
Il riscaldamento della terra dovrebbe causare cambiamenti nel ciclo dell'acqua per vari motivi. Un'atmosfera più calda può contenere più vapore acqueo che ha effetti sull'evaporazione e sulle precipitazioni . Anche gli oceani svolgono un ruolo importante, poiché assorbono il 93% dell'aumento di calore dal 1971. Ciò ha effetti sul ciclo dell'acqua e sulla società umana, poiché il riscaldamento degli oceani porta direttamente all'innalzamento del livello del mare.
I cambiamenti nel ciclo dell'acqua sono difficili da misurare. I cambiamenti nella salinità degli oceani sono importanti indicatori di un ciclo dell'acqua in evoluzione. Si osserva che i modelli di salinità dell'oceano si amplificano, il che è considerato la migliore prova per un ciclo dell'acqua in intensificazione.
Cause dell'intensificazione del ciclo dell'acqua
L'aumento della quantità di gas serra porta a un'atmosfera più calda. La pressione del vapore di saturazione dell'aria aumenta con la temperatura, il che significa che l'aria più calda può contenere più vapore acqueo. Poiché l'aria può contenere più umidità, l'evaporazione è migliorata. Di conseguenza, l'aumento della quantità di acqua nell'atmosfera porta a precipitazioni più intense.
Questa relazione tra la temperatura e la pressione del vapore di saturazione è descritta nell'equazione di Clausius-Clapeyron , che afferma che la pressione di saturazione dovrebbe aumentare del 7% quando la temperatura aumenta di 1°C. Questo è visibile nelle misurazioni del vapore acqueo troposferico , fornite da satelliti, radiosonde e stazioni di superficie. L'IPCC AR5 conclude che il vapore acqueo troposferico è aumentato del 3,5% negli ultimi 40 anni, il che è coerente con l'aumento della temperatura osservato di 0,5 °C. Si prevede quindi che il ciclo dell'acqua si stia intensificando, ma sono necessarie ulteriori prove per dirlo.
Prove di salinità per i cambiamenti nel ciclo dell'acqua
I processi essenziali del ciclo dell'acqua sono la precipitazione e l'evaporazione. La quantità locale di precipitazione meno l' evaporazione (spesso indicata come PE) mostra l'influenza locale del ciclo dell'acqua. I cambiamenti nella grandezza del PE sono spesso usati per mostrare i cambiamenti nel ciclo dell'acqua. Ma le conclusioni solide sui cambiamenti nella quantità di precipitazioni ed evaporazioni sono complesse. Circa l'85% dell'evaporazione terrestre e il 78% delle precipitazioni avvengono sulla superficie dell'oceano, dove le misurazioni sono difficili. Le precipitazioni da un lato, hanno solo registrazioni accurate a lungo termine di osservazione su superfici terrestri in cui la quantità di pioggia può essere misurata localmente (chiamata in-situ ). L'evaporazione, d'altra parte, non ha affatto registrazioni di osservazione accurate a lungo. Ciò vieta conclusioni fiduciose sui cambiamenti dalla rivoluzione industriale. L' AR5 (Fifth Assessment Report) dell'IPCC crea una panoramica della letteratura disponibile su un argomento ed etichetta l'argomento quindi sulla comprensione scientifica. Assegnano solo una confidenza bassa ai cambiamenti delle precipitazioni prima del 1951 e una confidenza media dopo il 1951, a causa della scarsità di dati. Questi cambiamenti sono attribuiti all'influenza umana, ma solo con una fiducia media .
salinità oceanica
Un altro metodo per monitorare i cambiamenti nel ciclo dell'acqua è misurare la salinità globale della superficie oceanica . L'acqua di mare è composta da acqua dolce e sale e la concentrazione di sale nell'acqua di mare è chiamata salinità. Il sale non evapora, quindi la precipitazione e l'evaporazione dell'acqua dolce influenzano fortemente la salinità. I cambiamenti nel ciclo dell'acqua sono quindi fortemente visibili nelle misurazioni della salinità superficiale, che è già riconosciuta dagli anni '30.
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Il vantaggio dell'utilizzo della salinità superficiale è che è ben documentato negli ultimi 50 anni, ad esempio con sistemi di misurazione in situ come ARGO . Un altro vantaggio è che la salinità oceanica è stabile su scale temporali molto lunghe, il che rende più facili da tracciare piccoli cambiamenti dovuti alla forzatura antropogenica. La salinità oceanica non è distribuita omogeneamente sul globo, ci sono differenze regionali che mostrano uno schema chiaro. Le regioni tropicali sono relativamente fresche, poiché queste regioni sono dominate dalle precipitazioni. Le zone subtropicali sono più saline, poiché sono dominate dall'evaporazione, queste regioni sono anche conosciute come le "latitudini desertiche". Le latitudini vicine alle regioni polari sono quindi nuovamente meno saline, con i valori di salinità più bassi riscontrati in queste regioni. Questo perché c'è una bassa quantità di evaporazione in questa regione e un'elevata quantità di acqua di disgelo fresca che entra nell'oceano.
I record di osservazione a lungo termine mostrano una chiara tendenza: i modelli di salinità globale si stanno amplificando in questo periodo. Ciò significa che le regioni ad alta salinità sono diventate più saline e le regioni a bassa salinità sono diventate meno saline. Le regioni ad alta salinità sono dominate dall'evaporazione e l'aumento della salinità mostra che l'evaporazione sta aumentando ancora di più. Lo stesso vale per le regioni a bassa salinità che sono diventate meno saline, il che indica che le precipitazioni si stanno intensificando solo di più. Questo modello spaziale è simile allo schema spaziale dell'evaporazione meno le precipitazioni. L'amplificazione dei modelli di salinità è quindi una prova indiretta di un ciclo dell'acqua in intensificazione.
Per indagare ulteriormente sulla relazione tra la salinità dell'oceano e il ciclo dell'acqua, i modelli svolgono un ruolo importante nella ricerca attuale. I modelli di circolazione generale (GCM) e, più recentemente, i modelli di circolazione generale atmosfera-oceano (AOGCM) simulano le circolazioni globali e gli effetti di cambiamenti come l'intensificarsi del ciclo dell'acqua. I risultati di numerosi studi basati su tali modelli supportano la relazione tra i cambiamenti di salinità superficiale e l'amplificazione delle precipitazioni meno i modelli di evaporazione.
Una metrica per catturare la differenza di salinità tra le regioni ad alta e bassa salinità nei primi 2000 metri dell'oceano viene acquisita nella metrica SC2000. L'aumento osservato di questa metrica è del 5,2% (±0,6%) dal 1960 al 2017. Ma questa tendenza sta accelerando, poiché è aumentata dell'1,9% (±0,6%) dal 1960 al 1990 e del 3,3% (±0,4%) dal 1991. al 2017. L'amplificazione del pattern è più debole sotto la superficie. Questo perché il riscaldamento dell'oceano aumenta la stratificazione vicino alla superficie, lo strato sotto la superficie è ancora in equilibrio con il clima più freddo. Ciò fa sì che l'amplificazione della superficie sia più forte rispetto ai modelli precedenti previsti.
Effetti sulla circolazione oceanica
Vicino ai poli, il cambiamento climatico induce un altro effetto sul ciclo dell'acqua. L'aumento delle temperature atmosferiche porta ad un più alto tasso di scioglimento del ghiaccio terrestre e marino. Questo crea un grande afflusso di acqua dolce nell'oceano, che abbassa la salinità dell'acqua superficiale a livello locale. La circolazione termoalina in generale, e l' AMOC in particolare, dipende dall'attuale elevata salinità superficiale nell'Artico. L'acqua fredda e salina ha un'alta densità (come descritto dall'equazione di stato ) e quindi affonda sul fondo dell'oceano. Sul fondo poi ritorna verso sud, questo è il cosiddetto ribaltamento. Il grande flusso di acqua di fusione nei bacini artici riduce la salinità superficiale e quindi questo effetto di ribaltamento. Come descritto nel modello Stommel Box , un punto di svolta può essere raggiunto quando la salinità della superficie artica continua a ridursi a causa dell'acqua di disgelo, determinando un arresto dell'AMOC o un cambiamento nella sua direzione. Ciò avrebbe un grande impatto sul clima globale e sulle società umane.
Questo sarebbe praticamente irreversibile, poiché il sistema ha un ciclo di isteresi . Ciò significa che riportare il sistema al vecchio stato richiederebbe valori di salinità molto più elevati di quanto sperimentiamo attualmente, motivo per cui le grandi preoccupazioni sul raggiungimento del punto di non ritorno.