Per ogni grado in più nella temperatura media globale dell'atmosfera, le precipitazioni aumentano del 2 per cento, ma non in modo uniforme.

Il cambiamento climatico causato dall'uomo ha determinato cambiamenti rilevabili nel ciclo globale dell'acqua dalla metà del XX secolo e si prevede che causerà ulteriori sostanziali cambiamenti su scala sia globale che regionale. Il ciclo dell’acqua e come cambia con la temperatura media globale.

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Le precipitazioni terrestri globali sono probabilmente aumentate dal 1950, con un aumento più rapido dagli anni '80. Dagli anni ’80 il vapore acqueo atmosferico è aumentato in tutta la troposfera.

Le precipitazioni annuali globali del suolo aumenteranno nel 21° secolo con l'aumento della temperatura superficiale globale. Uno studio ha evidenziato che per ogni grado in più nella temperatura media globale dell'atmosfera, le precipitazioni aumentano del 2%, ma non in modo uniforme.

La gravità degli eventi molto umidi e molto secchi stanno aumentando in un clima di riscaldamento globale. Si prevede che la variabilità del ciclo dell'acqua e i relativi estremi aumenteranno più rapidamente dei cambiamenti medi nella maggior parte delle regioni del mondo e in tutti gli scenari di emissione.

Nel corso del 21° secolo, la superficie totale soggetta a siccità aumenterà e le siccità diventeranno più frequenti e gravi.

Il ciclo globale dell'acqua si è intensificato almeno dal 1980. Le precipitazioni terrestri globali sono aumentate dal 1950, con un aumento più rapido dagli anni '80 e il probabile contributo umano è visibile, in particolare, nell'aumento delle precipitazioni alle alte latitudini nell'emisfero settentrionale.

Gli aumenti delle precipitazioni medie globali sono determinati da una risposta robusta alla temperatura superficiale globale (molto probabilmente 2-3% per °C) che è in parte compensata da rapidi adeguamenti atmosferici al riscaldamento atmosferico da parte dei GHG e degli aerosol.

L'effetto complessivo degli aerosol antropogenici è quello di ridurre le precipitazioni globali attraverso gli effetti di raffreddamento radiativo superficiale. Per gran parte del XX secolo, sono stati osservati effetti opposti di GHG e aerosol sulle precipitazioni per alcuni monsoni regionali.

Il ciclo dell'acqua: una prospettiva sui cambiamenti climatici

Il cambiamento climatico produce molti cambiamenti nel ciclo (idrologico) dell'acqua. 

Il diagramma riassume, in modo qualitativo, il ciclo dell'acqua. Clicca sull’immagine per ingrandire

 Il diagramma riassume, in modo qualitativo, il ciclo dell'acqua. I serbatoi sono luoghi in cui l'acqua viene "immagazzinata" o dove rimane per un certo periodo di tempo. Gli oceani, i ghiacciai e le calotte glaciali, i laghi e l'atmosfera sono alcuni esempi di bacini idrici. Si noti che "acqua", in questo contesto, significa la sostanza chimica H₂O, sia in forma liquida, solida o gassosa. L'acqua negli oceani e nei laghi è ovviamente liquida; ma è ghiaccio solido nei ghiacciai e vapore acqueo gassoso nell'atmosfera. Flussi o percorsi sono i percorsi dell'acqua tra i bacini idrici. L'evaporazione sposta l'acqua dagli oceani all'atmosfera. Le precipitazioni spostano l'acqua liquida (pioggia) o solida (neve) dal cielo alla superficie terrestre. Il deflusso dello scioglimento della neve trasforma l'acqua solida in un liquido che scorre lungo i fiumi fino al mare.

Tre concetti di base ci aiutano ad aggiungere aspetti quantitativi alla nostra comprensione del ciclo dell'acqua. 

Possiamo specificare la quantità di acqua in un serbatoio specifico. Gli oceani sono di gran lunga il più grande serbatoio, contenente tra 1,35 e 1,4 x 10⁹ km³ di acqua; più del 95% della quantità totale nel ciclo idrico terrestre. 

Una seconda grandezza che possiamo specificare è la velocità di un dato flusso , comunemente espressa in termini di chilometri cubi all'anno. Ad esempio, le precipitazioni globali totali sono di circa 505.000 km³ all'anno. 

Infine, una terza grandezza informativa è il tempo medio di permanenza che una molecola d'acqua spende in un dato serbatoio. L'acqua che evapora nell'atmosfera ricade rapidamente sotto forma di precipitazione; il tempo medio di permanenza atmosferica è di soli nove giorni. Al contrario, una volta che l'acqua raggiunge l'oceano, può rimanervi per molto tempo; il tempo medio di permanenza dell'acqua negli oceani è di oltre 3000 anni! È importante rendersi conto che i tempi di permanenza riportati sono valori medi e che il tempo di permanenza effettivo per una data molecola d'acqua può essere lontano dalla media. 

Il vapore acqueo che raggiunge la stratosfera può rimanervi a lungo; l'acqua che scorre in acque costiere calde e poco profonde da un fiume può evaporare e lasciare l'oceano molto rapidamente.

Quali serbatoi e flussi hanno maggiori probabilità di essere coinvolti nella storia del cambiamento climatico? Quali grandezze, in termini di dimensioni dei serbatoi, portate e tempi di residenza, sono più importanti da tenere in considerazione quando si considerano i problemi del cambiamento climatico? 

 Alcuni dei valori chiave del "quadro generale" includono:

• Il ciclo complessivo dell'acqua "contiene" tra 1.386.000.000 e 1.460.000.000 km³di acqua in vari stati (liquida, solida o gassosa).
• La stragrande maggioranza, tra il 96,5 e il 97,25%, si trova negli oceani.
• Solo il 3% circa dell'acqua della Terra è acqua dolce. Circa i 2/3 di questo è congelato nelle calotte glaciali vicino ai poli e nei ghiacciai. La maggior parte del resto dell'acqua dolce è sotterranea; meno dell'1% dell'acqua dolce si trova in superficie nei laghi, nelle zone umide e nei fiumi.
• Circa il 90% della calotta polare e del ghiaccio glaciale si trova in Antartide; la maggior parte del resto è in Groenlandia; una piccola frazione è rinchiusa nei ghiacciai montani altrove.
• 434.000 km³ di acqua evaporano dagli oceani ogni anno, mentre 71.000 km³(circa 1/6 dell'acqua) salgono nell'aria dalla terra tramite evaporazione e traspirazione.
• Circa l'80% delle precipitazioni avvengono sugli oceani. Tuttavia, più acqua evapora dagli oceani di quanta ne cada sotto forma di pioggia. Al contrario, le precipitazioni sulla terraferma superano l'evapotraspirazione dalla terra. Il deflusso che scorre nei fiumi verso i mari compensa la maggior parte di questo squilibrio.

Ora, al cambiamento climatico! Esamineremo alcuni problemi del cambiamento climatico e inseriremo i valori quantitativi per serbatoi, flussi e tempi di residenza più pertinenti a ciascuno di questi problemi.

Ghiaccio che si scioglie

L'aumento delle temperature medie globali ha iniziato ad accelerare lo scioglimento di alcuni ghiacciai , del ghiaccio marino, e delle calotte glaciali . Tale fusione può produrre cicli di feedback positivi; le aree più scure (soprattutto gli oceani, ma anche le caratteristiche della terra) sotto la neve o il ghiaccio ad alto albedo assorbono più luce di quanto non avessero fatto la neve o il ghiaccio brillante, e quindi si riscaldano ulteriormente, sciogliendo più neve e ghiaccio.

L'ampio scioglimento del ghiaccio può produrre più deflusso di acqua dolce negli oceani, alterando la salinità dell'acqua di mare. Le differenze di densità , causate dalle variazioni di temperatura e salinità, guidano le principali correnti oceaniche e i modelli di circolazione . I cambiamenti a queste correnti possono alterare i modelli globali di trasporto del calore guidati dalle correnti, stimolando ulteriori cambiamenti climatici.

Ecco alcuni numeri relativi a serbatoi, flussi e tempi di residenza relativi ai processi di scioglimento della neve e del ghiaccio:

Circa il 90% della calotta polare e del ghiaccio glaciale si trova in Antartide; la maggior parte del resto è in Groenlandia; una piccola frazione è rinchiusa nei ghiacciai montani altrove.

Sebbene il ghiaccio e la neve contengano solo circa il 2% dell'acqua terrestre (rispetto a circa il 97% negli oceani), il completo scioglimento dei ghiacciai e delle calotte glaciali aumenterebbe il livello del mare in tutto il mondo di quasi 70 metri sopra i livelli attuali. Lo scioglimento completo della calotta glaciale della Groenlandia contribuirebbe a 7,2 metri di innalzamento del livello del mare, mentre lo scioglimento completo della calotta glaciale antartica produrrebbe 61,1 metri di innalzamento del livello del mare. Lo scioglimento dei ghiacciai aggiungerebbe un altro mezzo metro.

La calotta glaciale antartica esiste da almeno 40 milioni di anni. Il ghiaccio più antico finora rilevato in un singolo sito di carotaggio in Antartide ha circa 900.000 anni. In Groenlandia, il ghiaccio più antico finora rilevato risale a 123.000 anni. In ogni caso, l'acqua può chiaramente trascorrere migliaia, decine di migliaia o anche centinaia di migliaia di anni in uno stato congelato in una calotta glaciale prima di tornare ad essere parte attiva del ciclo dell'acqua.

L'acqua nei ghiacciai vi rimane per periodi più brevi; i tempi di residenza da 20 a 100 anni sono più tipici.

Ogni anno circa 11.000 km³ d'acqua escono dall'atmosfera sotto forma di neve; e ogni anno circa 11.000 km³ di neve e ghiaccio si sciolgono in acqua. In genere, il tempo di permanenza dell'acqua come neve stagionale è di circa 2-6 mesi.

Ogni anno, circa 8 mm di acqua dall'intera superficie degli oceani entrano nelle calotte glaciali dell'Antartide e della Groenlandia sotto forma di nevicata. Ogni anno, anche questa quantità si scioglie, restituendo l'acqua ai mari.

Tassi di evaporazione e precipitazioni

È probabile che l'aumento delle temperature globali acceleri i tassi di evaporazione in tutto il mondo. L'acqua tende a circolare nell'atmosfera molto rapidamente; l'atmosfera ha il tempo di residenza più breve di qualsiasi componente principale del ciclo dell'acqua. Quindi è probabile che una maggiore evaporazione porti a più precipitazioni, in un senso medio globale. Molti scienziati parlano di un ciclo dell'acqua "spinto" a causa del riscaldamento globale; più acqua che attraversa l'atmosfera a causa dell'aumento del tasso di precipitazioni.

Non vi è alcuna garanzia, tuttavia, che questi maggiori tassi di evaporazione e precipitazione saranno distribuiti uniformemente in tutto il mondo. Alcune aree possono subire inondazioni, altre siccità, poiché le località tradizionali delle cinture di pioggia e dei deserti si spostano in risposta a un clima che cambia. 

Temperature più calde e maggiori livelli di anidride carbonica possono incoraggiare la crescita delle piante in molte regioni. In uno scenario del genere sarebbe probabile un aumento della traspirazione, il rilascio di acqua nell'aria da parte delle piante a causa della fotosintesi. Anche l'assorbimento di acqua dal suolo da parte delle piante dovrebbe aumentare se ci fossero più piante o se le piante iniziassero a crescere più rapidamente.

Il profondo mare blu

Gli oceani svolgono un ruolo fondamentale sia nel ciclo dell'acqua che nelle questioni relative ai cambiamenti climatici. Gli oceani sono vasti, e lo sono anche le loro influenze. Il calore, le sostanze chimiche disciolte (inclusa l'anidride carbonica) e grandi quantità di acqua possono essere immagazzinate negli oceani per tempi molto lunghi. I flussi d'acqua da e verso gli oceani sopraffanno altri flussi, quindi lievi cambiamenti in essi possono avere effetti potenti. Uno spostamento di una piccola frazione delle acque oceaniche verso un altro serbatoio può alterare drasticamente le dimensioni di quel serbatoio.

Il ciclo dell'acqua: una prospettiva sui cambiamenti climatici

IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change