02:14 29 Settembre 2020
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L’atmosfera terrestre vibra proprio come una campana gigante: le onde si diffondono lungo l’equatore in entrambe le direzioni circondando il globo.

Questa è la conclusione a cui sono giunti scienziati giapponesi e statunitensi e che conferma una vecchia ipotesi sulla risonanza atmosferica. Sputnik vi spiega in cosa consista questo fenomeno e se sia possibile sfruttarlo per prevedere il meteo e i mutamenti climatici sul lungo periodo.

Le onde di Laplace

A inizio del XIX secolo il fisico e matematico francese Pierre Simon Laplace mise a confronto l’atmosfera della Terra con un enorme oceano che ricopre il pianeta. Laplace ha poi messo a punto le formule oggi note come “equazioni delle maree di Laplace” e utilizzate nei calcoli per le previsioni meteorologiche.

Laplace ipotizzò che l’atmosfera fosse dotata di maree proprie, nonché di onde di masse d’aria e di energia termica. Tra l’altro, parlò anche delle fluttuazioni verticali della superficie terrestre che si diffondono in direzione orizzontale e che possono essere registrate in presenza di mutazioni della pressione terrestre. Le maree termiche atmosferiche, legate alla rotazione della Terra, sono state da tempo scoperte dai geofisici. Tuttavia, le onde orizzontali non sono ancora state registrate. E adesso sappiamo perché.

Come è stato appurato da Takatoshi Sakazaki dell’Università di Kioto e da Kevin Hamilton, docente presso l’Università di Hawaii a Manoa, le onde di Laplace presentano dimensioni molto importanti (abbracciano quasi interi emisferi) e periodi molto brevi (meno di 24 ore). Pertanto, non sono state rilevate nemmeno durante le fasi di ricerca di fenomeni atmosferici localizzati come le tempeste o durante lo studio di spostamenti ampi e duraturi di masse d’aria.

La scacchiera della Terra

Gli autori dello studio hanno analizzato i dati del Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine (ECMWF) su un periodo di 38 anni, dal 1979 al 2016 incluso, relativi in particolare alle variazioni della pressione atmosferica terrestre su tutta la superficie del pianeta. Hanno evidenziato decine di modelli d’onda prima sconosciuti, ossia sistemi di oscillazioni armoniche.

A interessare particolarmente i ricercatori sono state le onde con periodi compresi tra 2 e 33 ore che si diffondono nell’atmosfera sull’asse orizzontale a grandissima velocità (più di 1.100 km/h).

Le aree caratterizzate da alta e bassa pressione e legate a queste onde creano sulla mappa un disegno caratteristico a “scacchiera” che, tuttavia, si differenzia per ciascuno dei 4 principali modelli: le onde di Kelvin, di Rossby, quelle gravitazionali e quelle che fanno una commistione degli ultimi due modelli.

Campana d’aria

È stato appurato che l’atmosfera terrestre sia simile a una campana vibrante sul cui fondo a basse frequenze si collocano gli ipertoni. Proprio questa commistione permette al suono della campana di essere così piacevole.

Solo che la “musica” della Terra non è un suono, ma si tratta di onde di pressione atmosferica che abbracciano l’intero globo. Ognuno dei 4 modelli fondamentali fa riferimento al fenomeno della risonanza atmosferica che ha caratteristiche analoghe alla risonanza di una campana. Si tenga presente comunque che le onde a bassa frequenza di Kelvin si diffondono da est a ovest, mentre le altre da ovest a est.

I parametri di risonanza calcolati dagli scienziati hanno coinciso perfettamente con le previsioni di Laplace. Questo, dunque, ha confermato la sua idea principale per la quale il meteo è regolato dalle onde di pressione atmosferica.

“È bello che la visione di Laplace e di altri pionieri della fisica sia stata confermata in toto duecento anni dopo”, si legge nel comunicato stampa di Takatoshi Sakazaki. “La nostra identificazione di tali modelli all’interno di dati reali dimostra che effettivamente l’atmosfera vibra come una campana”, sottolinea Hamilton. “Questo risolve finalmente l’annoso problema della risonanza atmosferica e consente di comprendere meglio quali siano i processi che innescano le onde e quali invece le inibiscono”.

Come possibili cause della risonanza globale gli autori dello studio indicano la comparsa di aree nascoste di riscaldamento (indotto dalla convezione) e il meccanismo a cascata di diffusione dei flussi violenti di energia.

Venti equatoriali in Antartide

Un altro fenomeno legato alle onde atmosferiche è stato spiegato di recente dagli scienziati americani della Clemson University (Carolina del Sud) e dalla University of Colorado di Boulder.

Osservando dalla stazione McMurdo i venti polari (massicci flussi circolari di aria fredda che ruotano a spirale su ciascuno dei poli terrestri), hanno rilevato che il vento antartico è in sincrono con le fasi di oscillazione quasi biennale (QBO) nell’atmosfera.

Circa una volta ogni due anni i venti della stratosfera equatoriale invertono la propria direzione da est a ovest. Il fenomeno si sviluppa a una quota superiore ai 30 km per dirigersi poi verso il basso con una velocità di circa 1 km/mese. Nell’arco di 13-14 mesi contemporaneamente lungo tutto l’equatore avviene l’inversione. Dunque, un ciclo completo dura tra i 26 e i 28 mesi.

Gli americani hanno stabilito che durante la fase orientale di QBO il vento antartico si espande mentre quello occidentale si contrae. Questo è dovuto al passaggio di onde gravitazionali meridionali dall’equatore ai poli attraverso vari strati atmosferici.

Gli esperti hanno registrato queste onde e hanno ipotizzato che siano legate all’alternanza della direzione dei venti equatoriali (a una distanza di più di 9.000 km dal luogo delle osservazioni). Il confronto con i dati del sistema MERRA-2 della NASA sul periodo 1999-2019 ha confermato l’ipotesi.

Da tempo è noto che l’espansione dell’area su cui soffia il vento polare porta un clima freddo a latitudini medie. Tuttavia, ha sorpreso il fatto che la ragione principale di questo fenomeno sia l’inversione della direzione dei venti stratosferici ai tropici.

Gli scienziati sperano che i modelli da loro evidenziati consentano di creare modelli climatici più precisi e modelli di circolazione atmosferica finalizzati alle previsioni meteorologiche. Al contempo sono preoccupati per il fatto che nei prossimi decenni si sentirà sempre più di frequente l’impatto dei fattori di natura antropica.

Ad esempio, 4 anni fa è stato osservato un disturbo della ciclicità delle fasi di QBO. Nel febbraio del 2016 l’inversione a favore di venti occidentali è venuta inaspettatamente meno. Una delle possibili ragioni è il riscaldamento globale.

Segnale di allarme

Ancora maggiore preoccupazione suscitano i fenomeni climatici estremi sempre più frequenti, in parte dovuti anche alle anomalie d’onda nell’atmosfera. In particolare, gli scienziati parlano della comparsa di onde atmosferiche quasi stazionarie di Rossby nell’emisfero boreale.

Le onde di Rossby sono enormi curve di venti d’alta quota che incidono in maniera significativa sul meteo. Se diventano quasi stazionarie, l’alternarsi di cicloni e anticicloni si interrompe. Di conseguenza, in alcuni luoghi permangono per settimane le piogge che provocano inondazioni e in altri luoghi persiste un’afa anomala come è accaduto quest’anno in Artide.

Le ondate di afa e siccità che più volte durante l’estate per 1-2 settimane interessano l’America centrale e settentrionale, l’Europa centrale o orientale, la regione del Mar Caspio e l’Asia orientale danneggiano l’agricoltura. Già da diversi anni in queste aree i raccolti sono sempre minori e questo danneggia anche il tessuto sociale.

Dunque, la “musica” della Terra appare sempre più spesso non tanto come una dolce melodia quanto piuttosto come un segnale di allarme.

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