In climatologia, i cambiamenti climatici o mutamenti climatici sono le variazioni del clima della Terra, cioè le variazioni a diverse scale spaziali (regionale, continentale, emisferica e globale) e storico-temporali (decennale, secolare, millenaria e ultra millenaria) dei parametri statistici (valor medio, minimo, massimo, varianza, etc.) relativi a una o più grandezze di carattere climatico o ambientale, ad esempio: temperatura, pressione e composizione chimica dell'atmosfera, precipitazioni, nuvolosità, temperatura degli oceani, distribuzione e sviluppo di piante e animali.

Descrizione Definizioni La Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (United Nations Framework Convention on Climate Change o UNFCCC) utilizza il termine "mutamenti climatici" solo per riferirsi ai cambiamenti climatici prodotti dall'uomo e quello di "variabilità climatica" per quello generato da cause naturali. In alcuni casi, per riferirsi ai mutamenti climatici di origine antropica si utilizza l'espressione "mutamenti climatici antropogenici". Secondo il Glossario Dinamico ISPRA-CATAP, per "cambiamenti climatici" si intende qualsiasi cambiamento di clima attribuito direttamente o indirettamente ad attività umane, il quale altera la composizione dell'atmosfera mondiale e si aggiunge alla variabilità naturale del clima osservata in periodi di tempo comparabili.

Esempi

Alcuni esempi di cambiamento climatico sono il riscaldamento globale, il raffreddamento globale e la modifica dei regimi di precipitazione. Grazie alla paleoclimatologia (la scienza che studia il clima passato della Terra), si sa che la storia climatica della Terra attraversa continue fasi di cambiamenti climatici più o meno rapidi e più o meno ciclici, passando da Ere glaciali a Ere interglaciali (considerando milioni di anni), da Periodi glaciali a Periodi interglaciali (considerando migliaia di anni), da momenti di raffreddamento a momenti di riscaldamento (considerando decine e centinaia di anni).

Molti dei parametri che influenzano il clima sono in lento, ma continuo mutamento (attività solare, caratteristiche atmosferiche, parametri interni o esterni al pianeta, ecc.) tanto che il clima di per sé, sul medio-lungo periodo, non è mai puramente statico, ma sempre in cambiamento, più o meno lento, alla ricerca di un nuovo equilibrio all'interno del sistema climatico passando da fasi più calde a fasi più fredde. Quando un mutamento climatico avviene a scala temporale ristretta, ad esempio annuale, si parla più propriamente di "anomalia climatica", tipicamente rientrante all'interno della variabilità climatica se non addirittura nella variabilità meteorologica della circolazione atmosferica (anomalia meteorologica).

Studi Nello studio dei mutamenti climatici bisogna considerare questioni pertinenti ai più diversi campi scientifici, dunque con caratteristiche tipiche di interdisciplinarità: meteorologia, fisica, oceanografia, chimica, astronomia, geografia, geologia e biologia comprendono molti aspetti correlati a questo problema, che può essere quindi considerato squisitamente di ambito multidisciplinare. In generale nello studio di un cambiamento climatico si evidenziano due distinte fasi: la rilevazione dell'avvenuto mutamento climatico, in genere facendo riferimento all'analisi statistica di serie storiche dei dati atmosferici che costituiscono dunque le evidenze sperimentali, e l'attribuzione delle cause di tale mutamento, sulla scorta di studi mirati, che possono essere dunque naturali e/o antropiche.

In base a questi studi si evidenzia una causa naturale fino al secolo scorso ma, a partire dalla metà del XX secolo, la comunità scientifica li ritiene dovuti all'azione dell'uomo, sotto forma di alterazione dell'effetto serra. In particolare secondo il 5º Report sui cambiamenti climatici del Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC), "Il riscaldamento del sistema climatico è inequivocabile, e, dal 1950, molti dei cambiamenti osservati sono senza precedenti nei precedenti decenni e millenni. L'atmosfera e gli oceani si sono riscaldati, la massa di neve e ghiaccio è diminuita, il livello del mare è aumentato, e le concentrazioni di gas a effetto serra sono aumentate".. Le conseguenze sulla comprensione o meno dei problemi correlati ai mutamenti climatici hanno profonde influenze sulla società umana, che deve confrontarsi con essi anche dal punto di vista economico e politico.

Il 4 settembre 2024 è stato pubblicato uno studio di World Weather Attribution da parte di Scienziati provenienti da Italia, Paesi Bassi, Svezia, Regno Unito, Commissione Europea e Stati Uniti che hanno utilizzato metodi peer-reviewed pubblicati per valutare se e in che misura il cambiamento climatico ha influenzato la siccità di 12 mesi nelle due isole (1) Sicilia e (2) Sardegna. L’analisi del World Weather Attribution ha rivelato che, senza gli effetti del riscaldamento di origine antropica, la siccità su entrambe le isole Sicilia e Sardegna, oggetto dello studio, non sarebbe stata classificata come “estrema”.

Errori interpretativi La comunità scientifica studia i cambiamenti climatici considerando i dati attraverso le seguenti proprietà: tempo (intervallo temporale di analisi), frequenza, intensità, estensione (geografica). Uno degli errori più gravi, spesso eseguiti in cattiva fede da parte dei negazionisti del cambiamento climatico in atto, è quello di estrapolare dati con perimetro volutamente particolare al fine di dimostrare surrettiziamente la propria tesi. Ad esempio, il ripetersi di ondate di caldo (sempre più intense) e/o l'aumento costante della temperatura, la diminuzione delle precipitazioni, la diminuzione delle ondate di freddo (sempre meno intenso), nel bacino del Mediterraneo (Italia compresa), negli ultimi 30 anni, dimostrano oggettivamente la rapidità (30 anni è un arco breve molto breve dal punto di vista climatico) del fenomeno.

L'entità della velocità della modifica è facilmente visibile se la si legge su un grafico riportante l'andamento della temperatura media del pianeta dalla rivoluzione industriale ad oggi (ad esempio), usando come unità minima (risoluzione) della scala di temperatura al massimo 0,2 °C (in particolare si vedrebbe bene l'impennata dal 2003 in poi).

Cambiamenti climatici nel passato

Gli studi sul clima delle epoche preistoriche (paleoclima) si effettuano studiando i registri fossili, accumuli di sedimenti nei fondali marini, le inclusioni di aria nei ghiacciai, i segnali erosivi nelle rocce e gli anelli di crescita degli alberi. Sulla base di questi dati si è potuto redigere una storia climatica recente relativamente precisa e una storia climatica preistorica con una precisione più scarsa a causa delle poche fonti. Studiando il clima del passato si è potuto notare che la Terra ha attraversato continue fasi di cambiamento del suo clima, fasi più o meno rapide e più o meno cicliche.

Analizzando i cambiamenti lenti del clima, che avvengono in milioni di anni, si nota un continuo alternarsi di Ere glaciali ed Ere Interglaciali ossia milioni di anni più freddi in cui esistono ghiacciai sulla superficie terrestre alternati a milioni di anni più caldi in cui non c'è traccia di ghiacciai sulla Terra. Studiando i cambiamenti medi del clima, che avvengono in migliaia di anni, si nota l'alternarsi di Periodi glaciali e Periodi Interglaciali, ossia migliaia di anni in cui si ha una grande estensione dei ghiacciai sulla terraferma (viene ricoperta gran parte dei continenti) alternati a migliaia di anni in cui si ha una piccola estensione dei ghiacci (vengono ricoperte solo le regioni polari).

Studiando i cambiamenti brevi del clima, che avvengono in centinaia o decine di anni, si nota l'alternarsi di momenti di raffreddamento del clima, con un generale abbassamento delle temperature, alternati a momenti di riscaldamento del clima con un generale innalzamento delle temperature. In base a questa suddivisione del clima terrestre attualmente è in corso l'ultima Era Glaciale incominciata circa tre milioni di anni fa e ci troviamo in un Periodo interglaciale, ossia in un periodo di piccola estensione dei ghiacciai con un arretramento generale incominciato circa 10 000 anni fa. Man mano che si retrocede nel tempo i dati si riducono, per cui la climatologia ha necessità di servirsi di modelli di simulazione del clima passato e futuro.

Gas serra come regolatori del clima

I vari gas serra hanno un ruolo importante nel clima poiché attraverso l'effetto serra regolano il flusso di energia trattenuto nell'atmosfera terrestre e contribuiscono a mantenere costanti i parametri climatici reagendo nelle fasi di riscaldamento e raffreddamento climatico. Gli scenari previsti postulano che, mentre il pianeta si riscalda, le calotte polari si fondono e poiché la neve ha un'elevata albedo (cioè riflette verso lo spazio la maggior parte della radiazione che riceve), la diminuzione delle calotte polari comporterà un ulteriore aumento delle temperature. Inoltre, il riscaldamento dei mari comporterà una maggiore evaporazione e poiché il vapore acqueo è anch'esso un gas serra, si produrrà un "effetto amplificatore". Di contro, un aumento della nuvolosità dovuto alla maggiore evaporazione contribuirà all'aumento dell'albedo e quindi, teoricamente, a un raffreddamento globale.

Il paradosso del Sole debole A partire dai modelli di evoluzione stellare si può calcolare con relativa precisione la variazione della luminosità solare nel lungo periodo, per cui si sa che, nel primo periodo dell'esistenza della Terra, il Sole emetteva il 70% dell'energia attuale e la temperatura di equilibrio teorica terrestre calcolata era di -41 °C. Ciò nonostante, si hanno prove dell'esistenza degli oceani e della vita da 3,8 miliardi di anni, per cui il cosiddetto paradosso del Sole debole, a prima vista del tutto incompatibile con la vita e la presenza di acqua allo stato liquido, si può risolvere ammettendo un'atmosfera la cui concentrazione di CO2 fosse superiore rispetto a quella attuale, cioè con un effetto serra superiore e quindi un riscaldamento inesorabile.

Appare la vita sulla Terra

Con l'apparizione delle piante, nella Terra ebbe inizio la fotosintesi. Le piante assorbono CO2 ed emettono O2. L'accumulo di quest'ultimo nell'atmosfera favorì l'apparizione degli animali, che lo utilizzano per respirare, emettendo CO2. Attualmente le foreste tropicali occupano la regione equatoriale del pianeta e tra l'Equatore e il Polo si ha una differenza termica di 50 °C. 65 milioni di anni fa la temperatura era di 8 °C superiore rispetto a quella attuale e la differenza termica tra l'Equatore e il Polo era di pochi gradi.

Effetto serra nel passato L'atmosfera ha dunque un ruolo determinante sul clima: se non esistesse, la temperatura sulla Terra sarebbe di -20 °C; ma essa si comporta in modo differente in funzione della lunghezza d'onda della radiazione incidente. Il Sole, per la sua temperatura di circa 6000 K emette fondamentalmente a 0,5 μm e l'atmosfera lascia passare la radiazione. La Terra ha una temperatura molto inferiore e riemette parte della radiazione ma a una lunghezza d'onda molto più ampia, di circa 15 μm, per i quali l'atmosfera non è più trasparente, ma opaca. La CO2 che è attualmente contenuta nell'atmosfera, in una concentrazione di 400 p.p.m., assorbe questa radiazione, così come il vapore acqueo. Il risultato è che l'atmosfera si riscalda e restituisce alla Terra parte di questa energia per cui la temperatura superficiale media è di circa 15 °C, valore molto diverso da quello d'equilibrio senza atmosfera. Questo fenomeno è denominato effetto serra e permette la vita sulla terra.