I valori di fondo della CO 2 atmosferica a Jubany e le interazioni - CNR

I valori di fondo della CO 2 atmosfericaa Jubany e le interazioni con il fenomenode El NiñoC. Rafanelli, L. Ciattaglia, S. CarnazzaIstituto di Acustica “O. M. Corbino”, CNR, Roma, Italiaclaudio.rafanelli@idac.rm.cnr.itSOMMARIO: La misura del fondo planetario della CO 2 è un dato importante per capire le dinamiche dell'effettoserra che in questi decenni sembrano modificate rispetto al passato. Per essere al riparo da sorgentilocali è fondamentale effettuare il monitoraggio in luoghi remoti; l'Antartide è uno di questi, anzi è unluogo privilegiato grazie alla particolare circolazione atmosferica presente a quelle latitudini. La baseantartica di Jubany, King Gorge Island, arcipelago South Shetland, 62°S - 58°W, fa parte del progetto dicollaborazione tra il Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA) e la Direccion Nacional delAntartico (DNA) dell'Argentina. Nell'ambito di questi accordi gli autori gestiscono, dal febbraio 1994, lemisure di anidride carbonica atmosferica. L'importanza della stazione è dovuta anche alla possibilità dimonitorare gli effetti dello scambio aria mare di CO 2 durante i fenomeni del El Niño. In questo articolosono riportati i risultati dei 12 anni dell'attività di ricerca.1 L’ANIDRIDE CARBONICA ED IL SUO RUOLO NELPANORAMA DEI GAS SERRA1.1 L'effetto serraI cambiamenti del clima e dell'atmosfera sonodovuti sia a variabilità intrinseca del sistemaclimatico, sia a fattori esterni, naturali edantropici, la cui importanza è ancora oggisotto studio.Una variazione particolarmente allarmante èquella subita dalla temperatura dell'atmosferaterrestre negli ultimi due secoli: negli ultimicento anni si è avuto un incremento di 0.6°C esoltanto nell'ultimo quarto di secolo è stato di0.5°C. La causa di tutto ciò è il cosiddetto"effetto serra": la radiazione solare infrarossa,sia diretta che riflessa dalla superficie terrestre,che attraversa gli strati dell'atmosferaviene assorbita dai componenti gassosi presenti,i principali dei quali sono: vaporeacqueo, anidride carbonica, metano, clorofluorocarburi,ossidi di azoto e ozono troposferico,detti appunto "gas serra". La concentrazionedei quali è fattore importante per regolare ilriscaldamento, in particolare quella della CO 2 .1.2 L'importanza della CO 2L'anidride carbonica è uno dei gas più abbondantiin atmosfera ed è fondamentale nei processivitali di animali e piante, sia per la fotosintesiche la respirazione.Inoltre la CO 2 presente nell'atmosfera vienecontinuamente scambiata con quella discioltanelle distese oceaniche del pianeta. Si calcolache la sua concentrazione negli oceani siacirca 50 volte quella in atmosfera.L'anidride carbonica può far variare il pH dell'acqua.;infatti essa è un gas solubile formandoacido carbonico, H 2 CO 3 che è un acidodebole, secondo la seguente reazione:CO 2 +H 2 O H 2 CO 3Successivamente l'acido carbonico reagiscereversibilmente con l'acqua per formare ilcatione idronio, H 3 O + e lo ione bicarbonato,HCO 3 :H 2 CO 3 +H 2 O HCO 3- +H3 O +Questo comportamento chimico spiega perchél'acqua, che ha normalmente il pH neu-323

Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNRtro (7), ha un pH acido di circa 5.5 quando èesposta all'aria; il suo valore regola i processivitali nel mare.A causa delle attività umane, la quantità dianidride carbonica immessa in atmosferadurante gli ultimi 150 anni è aumentata: nel1870 la sua concentrazione era di circa 280ppm mentre nel 1998 era salita a 364 ppm edoggi (2007) è di 380 ppm. La combustione delcarbone fossile e degli idrocarburi, per la produzionedi energia, contribuisce per il 70-75%delle emissioni di CO 2 di origine antropica,mentre il restante 30-25% è dovuto agli scarichidegli autoveicoli. Di difficile valutazioneè la misura del fondo naturale dovuta sia aicicli vegetativi nel loro complesso, sia agliincendi sia allo scambio aria mare. La maggiorparte delle emissioni antropiche derivadai processi industriali dei paesi sviluppati,ma sta crescendo anche il contributo da partedei paesi in via di sviluppo. In questo secolosi prevede che le emissioni di anidride carbonicaraddoppieranno e si pensa che continuerannoad aumentare ulteriormente in seguito,tutto questo se non si considerano gli effetti difeedback naturali, in parte sconosciuti.2 MISURE DI ANIDRIDE CARBONICA2.1 Misure a JubanyLa stazione di Jubany (Fig. 1) è dotata di unsistema di misura in continuo dell'anidridecarbonica basato su un analizzatore infrarossoSiemens Ultramat 5E con presa d'aria esternaposta a 10 m di altezza (Ciattaglia et al.,1996).La misura si ottiene facendo riferimento adegli standard di lavoro: si tratta di bombolecontenenti aria a concentrazione nota di CO 2 .Il laboratorio è fornito anche di due serie di 4standard secondari e di 6 standard primari, icui contenuti sono determinati dalla NationalOceanic and Atmospheric Administration(NOAA) al WMO Central CO 2 Laboratoryc/o Global Monitoring Division a Boulder,Co, USA.L'acquisizione dei dati è fatta tramite softwareche, in automatico, controlla ogni 3 ore lacalibrazione dello strumento e valida le misuresolo se rispettano i criteri fissati per l'accettazione.Il criterio più importante dei quali èquello per cui i campionamenti effettuati inpresenza di venti dal settore 270°-300°(rispetto al nord) vengono esclusi in quantoinfluenzati dalle emissioni degli edifici dellabase stessa.I dati orari vengono trasmessi al WMO DataCenter (WDCGG, Tokyo, Giappone), sonoinclusi anche nel data set Globalview ofNOAA-GMD, nel database del CarbonDioxide Information Analysis Data Center(CDIAC, Oak Ridge, Tn, USA) e a breve nelnuovo database Carbon Tracker of NOAABoulder, Co, USA.Figura 1: Stazione di Jubany.Figura 2: Medie giornaliere di CO 2 misurata a Jubany.324

Le ricerche polari ed i cambiamenti climatici3 TREND DELLA CO 2Figura 3: Differenze di concentrazione di CO 2 tra dueanni consecutivi misurata a South Pole (linea continua) eandamento del Southern Oscillation Index (SOI, lineatratteggiata), le frecce indicano gli anni de El Niño.3.1 Andamento dell'anidride carbonica misurataa JubanyL'andamento della CO 2 misurata a Jubany dall'iniziodell'attività è rappresentato in figura 2.Alcune caratteristiche appaiono evidenti: un'oscillazioneinverno-estate molto piccola (nell'ordinedi 1.5-2 ppm) rispetto a quella constatabilealle nostre latitudini, un trend in crescita(da 356.65 ppm del 1994 a 379.94 ppm del2006) con alcuni periodi in cui il segnale èpiuttosto regolare ed altri in cui la concentrazionesubisce alterazioni, che si possono farrisalire all'influenza di fenomeni a larga scalaquali El Niño. In particolare si può notare un"pianerottolo" tra la fine del 1997 e l'inizio del1998 periodo in cui nell'oceano Pacifico si èmanifestato un El Niño di elevata intensità.L'alta pressione sul Pacifico tropicale occidentalee la bassa pressione su quello sudorientalecausano intense piogge, temperature superficialidell'acqua insolitamente alte ed aliseimeno forti: queste sono le caratteristiche de ElNiño. Durante tali periodi la temperaturasuperficiale del Pacifico tropicale occidentaletende a diminuire lievemente, mentre aumentanella parte orientale. Questo incrementoavviene durante il periodo iniziale del fenomeno(generalmente nei primi mesi dell'anno, chenell'emisfero Sud coincidono con l'estatepiena) ed è causato dall'indebolimento localedei venti e quindi dalla ridotta evaporazione.Mentre El Niño evolve, l'avvezione orientaledi acqua calda superficiale mantiene alta latemperatura in superficie ad Est a dispetto dell'aumentodi evaporazione indotto dall'intensificarsistagionale dei venti. La perdita di calorelatente durante l'ultimo periodo del fenomenosupera il guadagno ottenuto durante quelloiniziale. Questi fenomeni incidono sugli scambiaria mare della CO 2 .Se si rappresentano le differenze di CO 2 tradue anni consecutivi ed il SouthernOscillation Index (la differenza tra le pressioniatmosferiche a Darwin, Australia, e Tahiti,Polinesia, parametro indicativo de El Niño) idue andamenti coincidono perfettamente proprioin corrispondenza degli anni in cui si èmanifestato il fenomeno (Fig. 3).4 LAVORI FUTURIPer trovare una conferma all'ipotesi di correlazionetra andamento dell'anidride carbonicain atmosfera e fenomeni di scambio aria mare,è iniziato uno studio preliminare sui dati dipressione parziale di CO 2 in acqua, reso possibiledalla collaborazione del dott. Takahashidel Lamont-Doherty Earth Observatory ofColumbia University, New York, USA, che hareso disponibili i dati di concentrazione inmare durante varie crociere che le navi oceanografichePalmer e Gould hanno effettuatonegli anni dal 1979 al 2006 nell'ambito di progettidella NOAA. I campionamenti consideratisono inclusi tra l'Antartide e l'Argentina inun box di latitudine e longitudine compreserispettivamente tra 74°S e 50°S e tra 90°W e30°W. Questa scelta spaziale è stata fatta alfine di effettuare il confronto tra i dati marinie quelli in aria prelevati nella base argentinadi Jubany.L'oceano intorno a Jubany è stato suddiviso intanti settori concentrici e si è poi rappresentatosia l'andamento dell'anidride carbonica inaria sia quello in mare, entrambi destagionalizzati(Fig. 4).I risultati sono di base per lo sviluppo deilavori futuri. Infatti lo studio è in fase diampliamento con dati di altre stazioni.325

Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNRFigura 4: Andamento destagionalizzato della CO 2 misurataa Jubany (linea continua) e valori di pCO 2 (punti)nell'acqua intorno alla stazione, le linee tratteggiate rappresentanoEl Niño.I risultati dei questi studi potranno contribuirealla comprensione delle variazioni della CO 2in atmosfera e se possibile alla valutazionedell'effetto antropico sul Global Warming.5 BIBLIOGRAFIA ESSENZIALECarnazza S., 2006. Tesi di laurea Università "LaSapienza" di Roma, dipartimento di fisica.Ciattaglia L., Guerrini A., Colombo T., 1996.Atmospheric CO 2 Monitoring in an AntarcticRemote Site: Jubany Station (SouthShetland) - SIF Conf. Proceed., 51: 181-188.Ciattaglia L., 1998. First 3 years of atmosphericCO 2 concentrations measurements atJubany station: characteristics, growth rateand relationship with the origin of air masses,Conference Proceedings, Vol. 62, pp.307-315, "Italian Research on AntarcticAtmosphere", Colacino M., GiovannelliG., Stefanutti L. (Eds.), SIF, Bologna.Ciattaglia L., Anav A., Rafanelli C., 2000.Was El Niño 1997-1998 responsible forthe anomalous CO 2 trend in the Antarcticatmosphere, VIII Workshop Italianresearch on Antarctic Atmosphere, 69:375-385.Philander S.G., 1990. El Niño, La Niña andthe Southern oscillation, San Diego,Academic Press.Purini R., Gennaio-Marzo 2001. Gli oceani edil clima, Giornale di Fisica, Vol. XLII,N. 1, pp. 27-44.Takahashi T., Sweeney C., Sutherland S.C.,16 September 2002. Methods used inmeasuring surface seawater pCO 2 aboardRVIB Nathaniel B. Palmer.World Meteorological Organization, September2003. 12th WMO/IAEA meeting of expertson carbon dioxide concentration and relatedtracers measurement techniques, WMO/GAWNo. 161.326