Posizione orbitale della Terra ed effetti climatici – ultima parte

Più volte, nei nostri articoli sul clima, abbiamo parlato degli errori grossolani a causa dei quali i modelli matematici non riescono a “simulare” adeguatamente le variazioni di temperatura del nostro pianeta nel corso dei decenni e dei secoli. Uno degli errori, a mio avviso, più evidente e determinante (che è poi “il cavallo di battaglia” di molti riscaldisti), è la Costante Solare.

La Costante Solare è il valore del flusso totale di calore del Sole alla distanza media orbitale della Terra dal Sole, cioè a una unità astronomica, misurato al limite superiore dell’atmosfera terrestre.

Tale valore, oggi misurato con sistemi satellitari, viene indicato con un valore standard pari a 1365 W/m².
La variazione di tale valore, a causa della variabilità ciclica dell’Attività Solare, ha una variazione di circa l’1% sul periodo del ciclo undecennale del Sole. Una variazione media, di un valore medio, riferito alla media di tutte le frequenze che compongono la radiazione solare. E questo è, purtroppo, una tremenda approssimazione… che da sola è già sufficiente a far “sballare” completamente i risultati delle “simulazioni” climatiche dei modelli computerizzati. Ma non è di questo che vogliamo parlare, giacché ci si sta concentrando sugli effetti climatici dovuti alla posizione orbitale della Terra.

Il valore della Costante Solare, ad ogni modo, non è costante in tutti i punti dell’orbita terrestre… ma varia a seconda della distanza tra il pianeta Terra e il Sole.

L’orbita terrestre, come sappiamo, è leggermente eccentrica. Questa differenza comporta che il valore della Costante Solare, che ricordo ha un valore standard pari a 1365 W/m², varia in realtà tra i 1320 W/m² con la Terra all’Afelio, e i 1410 W/m².
Come vediamo c’è già una bella differenza… e non stiamo minimamente considerando il potere “filtrante” dell’atmosfera… che comporta riflessioni, assorbimenti e diffusioni della radiazione solare. Il tutto condizionato dalla “qualità” dell’aria… ovvero dalla composizione stessa dell’atmosfera (e quindi anche del tipo e della quantità di gas ad effetto serra), ma anche e soprattutto della quantità di aerosol (polveri e schifezze varie, specialmente di origine vulcanica) presenti in sospensione nell’aria.

Ma tornando alla Costante Solare, la Terra non è un “punto”, ma uno sferoide abbastanza grosso… e il valore medio di 1365 W/m² (calcolato sempre al limite superiore dell’atmosfera), si riferisce solo al punto della Terra in cui il Sole è allo Zenith, ovvero, perpendicolare a tale punto.
Variando la latitudine, varia anche l’angolo di incidenza della radiazione luninosa e questo, sempre senza contare minimamente il potere “filtrante” dell’atmosfera, comporta una pesante riduzione della radiazione solare nel singolo punto.

Immaginando di trascurare gli effetti atmosferici, infatti, saranno solamente le zone con il Sole allo zenit che potranno raccogliere i fatidici 1365 W/m², mentre per le altre quel valore sarà sempre più basso con l’aumentare della distanza angolare del Sole dallo zenit.

Si tratta del noto effetto di proiezione, descritto dalla relazione

S_A=S₀ cos Z

oppure

S_A = S₀ sen h

in cui il valore SA del flusso solare in un punto della superficie terrestre (ricordiamo ancora che stiamo trascurando gli effetti dell’atmosfera) dipende dall’angolo Z tra il Sole e lo zenit o, detto in altro modo, dall’altezza angolare h del Sole sull’orizzonte (notiamo che le due grandezze sono legate tra loro dalla relazione Z + h = 90°).

Giusto per applicare la formula (e introdurre qualche considerazione accessoria), proviamo a valutare a quanto ammonti la radiazione solare in una località di latitudine 45° nord al mezzogiorno del solstizio d’inverno. Sappiamo che al solstizio d’inverno il Sole raggiunge il punto più basso della sua culminazione e la sua massima  altezza sull’orizzonte in quel giorno dipende strettamente dalla latitudine. I manuali di astronomia indicano che tale altezza (h) vale latitudine –23,5°, dove il valore numerico, come sicuramente i più accorti avranno intuito, è l’inclinazione dell’asse terrestre sulla sua orbita.

Per la nostra località, dunque, al mezzogiorno del solstizio invernale il Sole ha un’altezza sull’orizzonte di 21,5°.

Utilizzando questo angolo e valutando la costante solare 1410 W/m² (valore indicato in precedenza) otteniamo

S₄₅ = 1410 sen (21,5°) =~ 516 W/m²

Già che ci siamo, proviamo a vedere cosa avviene nella stessa località in occasione del solstizio estivo (ricordiamo che in tale circostanza la massima altezza sull’orizzonte vale latitudine +23,5°).

Questa volta il calcolo (e un valore della costante solare di 1320 W/m²) ci porta a ottenere

S₄₅ = 1320 sen (68,5°) =~ 1228 W/m²

Due risultati che ci spiegano immediatamente come mai le temperature invernali siano più rigide di quelle estive…

Fonte: La costante solare

dr. Claudio Elidoro

Siamo giunti ad un primo, concreto, risultato. Il valore calcolato al limite dell’atmosfera della Costante Solare, non è costante… ma varia tra l’Afelio e il Perielio. E varia notevolmente, soprattutto, se ci si allontana dall’equatore.

Ora, proviamo ad immaginare quanto possano influenzare il nostro clima queste variazioni della Costante Solare, tra 12900 anni… quando, cioè, gli Equinozi si saranno scambiati di “posto” lungo l’intera orbita terrestre.

Utilizzando le formule di cui sopra, dobbiamo considerare che all’Afelio la Costante Solare è di 1320 W/m² che, alla latitudine di 45° Nord (latitudine di Torino per intenderci), risulta essere:

S₄₅ = 1320 sen (21,5°) =~ 483 W/m²

Mentre al perielio, avendo una Costante Solare di 1410 W/m², avremo:

S₄₅ = 1410 sen (68,5°) =~ 1311 W/m²

Come vediamo, quindi, tra 12900 anni, la Costante Solare sarà minore rispetto agli attuali valori. E precisamente in Inverno, quando attualmente (a 45° nord) abbiamo 516 W/m² avremo 483 W/m², mentre in Estate, quando attualmente abbiamo 1228 W/m² avremo 1311 W/m².

Un clima, quindi, sostanzialmente più freddo in Inverno e più caldo in Estate. Ovvero più estremo!

Tale discorso, unito a quanto riportato nella seconda parte sulla differenza (climatica) tra emisfero boreale ed emisfero australe, ci porta alla conclusione che le posizioni orbitali della Terra hanno, sul clima, effetti semplicemente devastanti sul lunto termine.

Concludo questa serie di articoli, sperando siano stati  sufficientemente esaustivi sull’argomento, ricordando che tali valori sono stati calcolati per una latitudine di 45° Nord, corridpondente alla città di Torino. Inoltre tali valori si riferiscono comunque al limite superiore dell’atmosfera e non tengono minimamente conto delle variazioni dell’Attività Solare.
Considerando che la Costante Solare media durante il Minimo di Maunder era di 1345 W/m² e quella attuale è di 1366 W/m² e che a tale differenza ha corrisposto una variazione della temperatura media dell’ordine di 1.5°C (stando ad alcuni modelli paleo-climatici), ne consegue che una variazione consistente della Costante Solare all’Afelio, determinerà pesanti conseguenze in termini di temperatura.

12900 anni fa, comunque, ci si trovava all’inizio dell’attale Periodo Interglaciale Caldo. Pertanto, a determinare l’alternanza dei Periodi Interglaciali tra Freddo e Caldo, non è solo il movimento precessionale con le relative conseguenze climatiche, appena viste, dettate dalla posizione dei solstizi d’Estate e d’Inverno che si scambiano periodicamente posto ogni 12900 anni, ma anche  e soprattutto una questione legata all’Attività Solare….

…Attività Solare, e quindi Costante Solare che, come risulta da studi scientifici recenti, presenta una certa ciclicità sull’ordine dei 100.000 e 415.000 anni. Ovvero perfettamente (o quasi) in linea con l’alternanza dei Periodi Interglaciali (100.000 anni) e con una particolare “durata” dei Periodi Interglaciali Caldi, che ogni 415000 anni diventano molto più lunghi!

Ma ne parleremo in futuro, con altri articoli più specifici!

Bernardo Mattiucci
Attività Solare

1a parte: http://www.attivitasolare.com/posizione-orbitale-della-terra-ed-effetti-climatici/
2a parte: http://www.attivitasolare.com/posizione-orbitale-della-terra-ed-effetti-climatici-2a-parte/
3a parte: http://www.attivitasolare.com/posizione-orbitale-della-terra-ed-effetti-climatici-ultima-parte/