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Fisica

2018, record del riscaldamento degli oceani

Gli oceani – che assorbono circa il 90 per cento del calore dovuto al riscaldamento globale – continuano a scaldarsi: fra il 2017 e il 2018 hanno assorbito l’equivalente del calore prodotto da 100 milioni di bombe di Hiroshima e la situazione tende a peggiorare. Se non verrà bloccata l’emissione di gas serra, entro la fine del secolo il livello del mare aumenterà di 30 centmetri per la sola espansione termica

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Gli oceani assorbono fino al 90 per cento del calore prodotto dal riscaldamento globale (Pubblico dominio)

Per gli oceani il 2018 è stato l’anno più caldo mai registrato, nel quale si è avuto un accumulo record di calore. Rispetto al 2017, l’aumento di calore (o anomalia termica) è stato circa 100 milioni di volte superiore a quello prodotto dalla bomba di Hiroshima e, espresso in joule, circa 388 volte superiore alla produzione totale di elettricità della Cina nel 2017.
Ma quel che è peggio è che la tendenza continuerà anche in futuro raggiungendo livelli dalle conseguenze estremamente allarmanti se non sarà posto un freno all’accumulo dei gas serra in atmosfera.

A stabilirlo è uno studio condotto da un gruppo internazionale di ricercatori diretti da Lijing Cheng dell’Accademia cinese delle scienze e Kevin E. Trenberth del National Center for Atmospheric Research a Boulder, in Colorado, che firmano un articolo su “Advances in Atmospheric Sciences”.

Subito dopo il 2018, gli anni con il massimo accumulo di calore oceanico sono stati, nell’ordine, 2017, 2015, 2016 e 2014, con una significativa progressione lineare, L’unica eccezione – quella del 2015 che ha superato il 2016, nonostante in quest’ultimo la temperatura superficiale media globale fosse superiore – è imputabile a un forte evento di El Niño e al rimescolamento delle acque profonde e superficiali che lo caratterizza.

I dati sono stati raccolti con il sistema di monitoraggio oceanico Argo (in funzione da 13 anni), formato da una flotta di circa 4000 robot galleggianti alla deriva negli oceani di tutto il mondo, che ogni pochi giorni si immergono fino a una profondità di 2000 metri per poi misurare lungo tutto il percorso di risalita la temperatura, il pH, la salinità e altri parametri delle acque.

La misurazione del calore oceanico è particolarmente importante per valutare il riscaldamento globale perché oltre il 90 per cento del calore del riscaldamento globale si deposita negli oceani ed è meno influenzato dalle fluttuazioni naturali, tanto da rappresentare uno dei più robusti indicatori dei cambiamenti climatici. L’aumento delle temperature oceaniche ha molte conseguenze, a partire dall’aumento del livello del mare per espansione termica, che a sua volta può contaminare con acqua salata le falde d’acqua dolce costiere, e compromettere infrastrutture portuali e strade litoranee.

Inoltre, la maggiore disponibilità di calore si traduce in tempeste più intense e fenomeni meteorologici estremi, come piogge torrenziali in alcune aree e ondate di calore e siccità in altre.

In un secondo articolo pubblicato su “Science”, Cheng, Trenberth e colleghi usano i dati raccolti e quelli di precedenti ricerche – che hanno permesso di ricostruire, sia pure con minore precisione, le temperature dei mari a partire dal 1960 – per valutare l’andamento e la velocità di cambiamento del calore oceanico.

In uno scenario business-as-usual, in cui non viene fatto alcuno sforzo reale per ridurre le emissioni di gas serra, fra il 2081 e il 2100 i 2000 metri più superficiali degli oceani subiranno un riscaldamento di 0,78 °C, con un innalzamento del mare per espansione termica di 30 centimetri, sei volte maggiore di quello che si è avuto negli ultimi 60 anni. Se invece l’obiettivo dell’accordo di Parigi fosse raggiunto, il riscaldamento totale degli oceani potrebbe essere dimezzato.





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Fisica

I satelliti capricciosi che confermano la teoria di Einstein

Il parziale fallimento del lancio di due satelliti della costellazione Galileo, il sistema spaziale europeo di navigazione, è servito a confermare la validità della relatività generale. Collocati per errore in orbite inutili per la navigazione, i due satelliti sono stati usati per effettuare un nuovo esperimento fisico destinato a mettere nuovamente alla prova la teoria di Einstein

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Nell’agosto 2014 un razzo ha lanciato il quinto e sesto satellite del sistema di navigazione globale Galileo, la risposta da 11 miliardi di dollari dell’Unione Europea al GPS degli Stati Uniti. Ma i festeggiamenti si sono trasformati in delusione quando è apparso chiaro che i satelliti erano stati lasciati alle “fermate” cosmiche sbagliate. Invece di essere collocati in orbite circolari ad altitudini stabili, erano rimasti bloccati in orbite ellittiche, inutili per la navigazione.

L’incidente, tuttavia, ha offerto una rara opportunità per un esperimento fisico fondamentale. Due gruppi di ricerca indipendenti – uno guidato da Pacôme Delva dell’Osservatorio di Parigi, in Francia, l’altro da Sven Herrmann dell’Università di Brema, in Germania – hanno monitorato i satelliti alla ricerca di “buchi” nella teoria generale della relatività di Einstein.

“La relatività generale continua a essere la descrizione più accurata della gravità, e finora ha resistito a un gran numero di test sperimentali e osservazionali”, dice Eric Poisson, fisico all’Università di Guelph, in Ontario, che non è stato coinvolto nelle nuove ricerche. Tuttavia, i fisici non sono stati in grado di fondere la relatività generale con le leggi della meccanica quantistica, che spiegano il comportamento dell’energia e della materia a scala molto piccola. “Questa è una ragione per sospettare che la gravità non sia ciò che ha descritto Einstein”, dice Poisson. “Probabilmente è una buona approssimazione, ma c’è dell’altro.”

La teoria di Einstein prevede che il tempo passi più lentamente vicino a un oggetto massiccio, e quindi un orologio sulla superficie terrestre dovrebbe ticchettare più lentamente rispetto a uno su un satellite in orbita. Questa

dilatazione temporale è nota come redshift gravitazionale. Qualsiasi sottile deviazione da questo modello potrebbe fornire ai fisici indizi per una nuova teoria che unifichi gravità e fisica quantistica.

I due satelliti Galileo, malgrado fossero poi stati spinti su orbite più vicine a quelle circolari, stavano ancora “salendo e scendendo” di circa 8500 chilometri due volte al giorno. I team di Delva e Herrmann hanno osservato per tre anni in che modo le variazioni di gravità che derivavano da questi spostamenti alteravano la frequenza degli orologi atomici superprecisi a bordo dei satelliti.

In un precedente test sul redshift gravitazionale – condotto nel 1976, quando il razzo suborbitale Gravity Probe-A fu lanciato nello spazio con un orologio atomico a bordo – i ricercatori avevano osservato che la relatività generale prediceva lo spostamento di frequenza dell’orologio con un’incertezza di 1,4 × 10 alla -4.

I nuovi studi, pubblicati lo scorso dicembre sulle “Physical Review Letters” (1, 2), hanno nuovamente verificato la previsione di Einstein e aumentato la precisione di un fattore 5,6. Così, per ora, la teoria centenaria continua a regnare.

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(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” l’8 febbraio 2019





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Un modello globale per le precipitazioni estreme

Piogge estreme in regioni del globo molto distanti tra loro possono avere un’origine comune. La scoperta di questo fenomeno e di un meccanismo che spiega il collegamento regolare di questi eventi di precipitazioni piovose permetterà di migliorare i modelli sia meteorologici sia climatici globali

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La Senna fuori dagli argini in seguito a piogge estreme. (© agefotostock / AGF)

Precipitazioni estreme che si verificano in regioni molto distanti del globo sono collegate fra loro secondo schemi specifici. Per esempio, precipitazioni estreme in Europa possono precedere di circa cinque giorni lo stesso fenomeno in India, senza che si verifichino fenomeni analoghi nelle regioni intermedie.

Questo non significa, osservano gli autori dello studio, che le piogge in Europa causino la pioggia in Pakistan e India, ma che fanno parte di uno stesso schema di circolazione atmosferica in cui le piogge europee sono innescate per prime.

La scoperta dell’esistenza di modelli globali su larga scala per eventi di precipitazioni estreme, pubblicata su “Nature”, permetterà di testare e migliorare i modelli meteorologici e climatici globali, portando a previsioni più accurate.

Niklas Boers, del Potsdam Institute for Climate Impact Research, e colleghi hanno scomposto il globo in un numero elevato di”spicchi”, e su questa griglia hanno riportato le informazioni relative alle precipitazioni estreme, basandosi sui dati satellitari ad alta risoluzione dal 1998 in poi. Infine, i ricercatori hanno calcolato quanto ciascuno spicchio fosse in sincronia o sfalsato rispetto agli altri, rilevando per esempio che gli eventi estremi nei monsoni estivi dell’Asia meridionale sono in media legati a eventi nelle regioni dell’Asia orientale, dell’Africa, dell’Europa e del Nord America.

precipitazioni estreme

Le linee rosse che partono dal nord dell’India mostrano modelli meteo locali, mentre le linee blu mostrano modelli globali che collegano eventi di precipitazioni estreme. In particolare, le strutture blu sopra l’Europa indicano che le precipitazioni estreme nell’India settentrionale possono essere previste da eventi precedenti in Europa. (Cortesia Boers et al. 2019)

Successivamente, combinando questi dati con le conoscenze sui movimenti dell’atmosfera, gli scienziati hanno individuato un possibile meccanismo in grado di spiegare le associazioni regolari rilevate. Queste regolarità sembrano essere prodotte dalle cosiddette onde di Rossby, movimenti impetuosi di grandi masse d’aria grandi che si spostano come correnti a getto sotto  forma di onde di enorme lunghezza d’onda (anche di 1500 chilometri), indotte dal movimento di rotazione terrestre.

La mia speranza – ha detto Boers – è che i nostri risultati aiutino a prevedere le precipitazioni estreme e le relative inondazioni e frane soprattutto nelle aree tropicali, come il nord-est del Pakistan, il nord dell’India e in Nepal. Negli ultimi anni ci sono stati diversi eventi di questo tipo, con conseguenze devastanti, come l’alluvione del 2010 in Pakistan”.





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Un piccolo testimone della formazione del sistema solare

Nella remota fascia di Kuiper, oltre i confini dell’orbita di Nettuno, è stato individuato per la prima volta un asteroide con un diametro di appena 1,3 chilometri. La presenza in quella regione del sistema solare di corpi celesti così piccoli, che risalgono alle prime fasi di formazione dei pianeti, era stata prevista 70 anni fa, ma finora la loro ricerca era andata a vuoto

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Raffigurazione artistica del corpo celeste appena scoperto. (Cortesia Ko Arimatsu)

Un asteroide di appena 1,3 chilometri di diametro è stato scoperto per la prima volta nella fascia di Kuiper, agli estremi margini del sistema solare. La scoperta, illustrata su “Nature Astronomy”, suggerisce che oggetti di dimensioni analoghe o poco superiori – risalenti all’inizio dell’epoca di formazione dei pianeti – siano molti di più di quanto si credesse.

La fascia di Kuiper è un insieme di piccoli corpi celesti situati oltre l’orbita di Nettuno, fra i quali si annovera anche Plutone, dopo il suo declassamento, nel 2006, da pianeta a pianeta nano.

Come gli asteroidi che si trovano fra Marte e Giove, si ritiene che anche quei corpi siano residui della fase di formazione del sistema solare, quando, aggregandosi in gran numero, diedero origine ai pianeti.

Tuttavia, a differenza degli oggetti della fascia interna, che sono stati alterati dal costante bombardamento di radiazioni provenienti dal Sole e dalle frequenti collisioni, quelli della fascia di Kuiper – sparsi in un volume di spazio immenso e lontani dal Sole  – devono essere rimasti sostanzialmente nelle condizioni originarie.

I modelli di formazione dei pianeti prevedono da oltre  70 anni l’esistenza di oggetti di diametro compreso fra uno e pochi chilometri oltre l’orbita di Nettuno, oggetti però troppo piccoli e poco visibili per essere osservati direttamente anche dai telescopi più potenti.

Ko Arimatsu dell’Osservatorio astronomico nazionale del Giappone, e colleghi sono ora riusciti a scoprirne uno ricorrendo a un metodo indiretto, detto delle occultazioni, che misura la variazione della luce proveniente da una stella quando un oggetto passa davanti a essa. Usando solo due piccoli telescopi e monitorando 2000 stelle per 60 ore, i ricercatori sono riusciti a individuare un evento di  occultazione coerente con il passaggio davanti a una stella di un oggetto di 1300 metri di diametro.

Considerato il numero ridotto di stelle prese in esame e di ore di osservazione, osservano gli autori, le probabilità di registrare un evento simile sembravano molto basse. Il successo dell’impresa suggerisce quindi che il numero di corpi celesti di quelle dimensioni sia molto superiore a quello finora stimato.

Inoltre, commenta Arimatsu, “questa è una vera vittoria per piccoli progetti. Il nostro team aveva meno dello 0,3 per cento del budget dei grandi progetti internazionali, eppure siamo riusciti a fare una scoperta che non era riuscita a progetti ben più grandi. Ora che sappiamo che il nostro sistema funziona, studieremo più in dettaglio la fascia di Kuiper, ma abbiamo gli occhi puntati anche sulla Nube di Oort”.





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