I dati sul biossido di carbonio (CO2) della stazione di misura di Mauna Loa costituiscono la registrazione più lunga di misurazioni della concentrazione di CO2 in atmosfera. La raccolta dei dati iniziò nel 1958 a cura del dott. David Keeling dello Scripps Institution of Oceanography. In rete è possibile eseguire il download del database dei valori di CO2 del Global Monitoring Laboratory (GML) del National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Nel database GLM NOAA ogni media mensile di CO2 misurata è la media delle medie giornaliere, che a loro volta si basano su medie orarie. L’accumulazione di anidride carbonica nell’atmosfera sulla base dei rilevamenti continuativi di Mauna Loa forma un grafico noto come curva di Keeling o CK (vedi Figura 1, da https://w.wiki/4ZWn).
Figura 1
Le misurazioni di Mauna Loa evidenziano un costante aumento della concentrazione media di CO2 da 313 parti per milione in volume (ppmv) misurati nel 1958 a 420 e oltre dei tempi attuali. La comunità scientifica concorda quasi unanimamente che questo aumento è dovuto alla combustione dei combustibili fossili e dal momento che la CO2 è un gas serra questo ha implicazioni significative in rapporto al riscaldamento globale. La “crescita” che di anno in anno spinge i livelli di CO2 verso l’alto pare quindi un processo a “causa” antropica in quanto l’andamento non ha nulla a che fare con la normale variabilità climatica e ambientale della Terra.
Come evidenziato in Figura 1 la CK mostra una variazione ciclica annuale di circa 5 ppmv, corrispondente alla variazione stagionale dell’assorbimento di CO2 da parte della vegetazione terrestre. La maggior parte della vegetazione si colloca nell’emisfero settentrionale dove si concentra prevalentemente la superficie terrestre non interessata da oceani e mari. Dopo un massimo rilevabile nel mese di maggio la concentrazione di anidride carbonica diminuisce, durante la primavera e l’estate nell’emisfero settentrionale, poiché la vegetazione assorbe la CO2 attraverso il processo di fotosintesi clorofilliana. Dopo il minimo di settembre il livello risale di nuovo in autunno ed in inverno nell’emisfero settentrionale a seguito della decomposizione della vegetazione e conseguente rilascio di CO2. L’oscillazione annuale dei valori di concentrazione deriva quindi dalla asimmetria delle superfici vegetate terrestri, più sviluppate nell’emisfero boreale che in quello australe. In termini di trend medio va comunque precisato come la concentrazione di CO2 nell’emisfero meridionale é lievemente inferiore rispetto a quella misurata nell’emisfero settentrionale in quanto la maggior parte della produzione di CO2 di origine antropica arriva proprio dall’emisfero boreale. Il tempo medio di rimescolamento della CO2 tra i due emisferi è stimato in circa un anno e questo spiega quelle sottili differenze osservabili fra misurazioni di CO2 localizzate nei due emisferi in punti diversi. L’emisfero australe è mediamente in leggero ritardo rispetto a quello settentrionale ma alla fine le misurazioni sostanzialmente corrispondono (le differenze osservabili, tra misurazioni in punti diversi ma comunque remoti e poco influenzati da sorgenti dirette, sono sempre di poche ppmv).
Figura 2
I dati NOAA GLM sono stati rielaborati operando una media su base triennale dei valori mensili e riportando il risultato in corrispondenza all’ultimo anno di ogni terna di anni considerata. La Figura 2 mostra l’andamento dei valori di CO2 così rielaborati. In ascissa i valori annuali dal 1961 al 2023, in ordinata i corrispondenti valori ottenuti dalla media dei dati relativi ai tre anni precedenti. La linea tratteggiata rappresenta una approssimazione lineare dell’andamento dei dati al variare dell’anno. Relativamente ai dati medi triennali è evidente il trend costantemente in aumento della concentrazione di CO2, con una tendenza dei gradienti all’aumento al passare degli anni. In Figura 2 il termine “trentennale” è da intendersi come “triennale”.
Figura 3
La Figura 3 è la riproposizione del grafico di Figura 2 ma limitato agli ultimi 30 anni (dal 1993 al 2023) mentre il grafico di Figura 4 è limitato ulteriormente agli ultimi 10 anni (sempre valori medi su tre anni posizionati alla fine di ogni triennio e valevoli dal 2013 al 2023). La Figura 4 sembra evidenziare una inversione nella curva di crescita (la concentrazione appare sempre in aumento ma con una diminuzione del trend di crescita). Anche nelle Figura 3 e 4 il termine “trentennale” è da intendersi come “triennale”.
Figura 4
Si tenta ora di valutare una possibile correlazione fra la curva di crescita della concentrazione di anidride carbonica e la curva di crescita della popolazione umana. Se pare acquisito che l’andamento della CK consegue alle attività antropiche simile correlazione dovrebbe infatti sussistere in rapporto all’andamento della crescita della popolazione umana.
Dal sito https://www.worldometers.info sono stati ricavati i dati di popolazione dal 1960 per multipli di 5 anni. Sono stati ricavati i seguenti valori (numero di esseri umani viventi): 1060 > 3.019.334.434; 1965 > 3.337.111.983; 1970 > 3.695.390.336; 1975 > 4.069.437.231; 1980 > 4.444.007.706; 1985 > 4.861.730.613; 1990 > 5.316.175.862; 1995 > 5.743.219.454; 2000 > 6.148.898.975; 2005 > 6.558.176.119; 2010 > 6.985.603.105; 2015 > 7.426.597.537; 2020 > 7.840.952.880; 2023 > 8.070.300.000 (valore stimato).
I dati NOAA GLM rielaborati operando una media su base triennale dei valori mensili (rappresentati in Figura 2) sono stati ulteriormente rielaborati operando la media dei valori di concentrazione annuali per blocchi di 5 anni e conferendo a seguire il risultato del calcolo al valore dell’anno multiplo di 5 immediatamente successivo. I valori ottenuti di CO2 caratteristici sul quinquennio, fatti coincidere con l’anno finale di ogni lustro, sono (espressi in ppmv): 1960 > 315,75; 1965 > 318,351; 1970 > 322,294; 1975 > 327,913; 1980 > 333,901; 1985 > 341,737; 1990 > 349,702; 1995 > 356,622; 2000 > 364,672; 2005 > 373,706; 2010 > 384,008; 2015 > 394,408; 2020 > 406,622; 2023 > 417,101 (quest’ultimo valore da considerarsi leggermente sotto stimato).
Il legame, fra numero di abitanti della Terra per anno e valore medio di CO2 determinato elaborando i dati del quinquennio precedente allo stesso anno, sono rappresentati nella successiva Figura 5. Si evidenzia un legame risulta molto stretto, caratterizzabile da una curva regressiva di equazione
CO2* = 284,2345 x [1-(2,6554 x (ABI*/33744489625,84))](-1/2,655)
essendo
CO2* = valore annuale di CO2 derivato dalla media quinquennale degli anni precedenti ognuno dei quali caratterizzato da valore di CO2 ottenuto dalla media dei tre anni precedenti derivati dal database NOAA GLM;
ABI* = numero di esseri umani dell’anno dal 1960 al 2023 a multipli di 5 anni.
Figura 5
La regressione illustrata in Figura 5 è caratterizzata da un coefficiente di correlazione pari a 0,9996; da un errore standard pari a 1,0022; da DOF pari a 11 e da AICC pari a 1,7776.
La strettissima correlazione fra crescita demografica e valori misurati medi mensili di CO2 da database NOAA GLM appare confermare la correlazione acquisita in letteratura fra dinamica della crescita della produzione di CO2 fossile e crescita della concentrazione di anidride carbonica. Si può evidentemente affermare che all’aumento della popolazione è correlabile un aumento della produzione di CO2 in conseguenza del maggior uso di combustibili fossili non rinnovabili (petrolio, metano, ecc…).
Per approfondire ulteriormente la questione, sempre dal sito https://www.worldometers.info, sono stati recuperati i dati di emissione di CO2 fossile dal 1970 fino al 2015 per multipli di 5 anni. I dati di emissione di CO2 fossile espressi in tonnellate sono di seguito riassunti: 1970 > 15.700.000.000; 1975 > 17.346.512.000; 1980 > 19.803.842.000; 1985 > 20.176.693.000; 1990 > 22.450.442.000; 1995 > 23.619.144.000; 2000 > 25.593.733.000; 2005 > 29.769.008.000; 2010 > 33.587.787.000; 2015 > 35.631.078.000.
La Figura 6 permette un confronto fra andamento della crescita dei valori di CO2 come determinati in precedenza (elaborando i valori della CK) e la crescita dei valori di emissione di CO2 fossile sopra evidenziati. Ovviamente il confronto si pone per corrispondenti annualità dal 1970 al 2015. In ascissa, in ambedue i casi, compare il valore demografico degli abitanti della Terra nei corrispondenti anni dal 1970 al 2015. Sul grafico superiore, in ordinata, sono visualizzati i valori di CO2 rilevata. Sul grafico inferiore, sempre in ordinata, sono visualizzati i valori di emissione di CO2 fossile. Anche se la distribuzione dei valori di CO2 fossile appare più sparsa non è possibile non rilevare la corrispondenza fra la tendenza a crescere per numero di abitanti, per le date corrispondenti, e la tendenza a crescere nei corrispondenti valori sia di CO2 fossile prodotta che di CO2 rilevata.
Figura 6
Confermata la corrispondenza fra la tendenza qualitativa/quantitiva al crescere e al variare del numero di abitanti del globo e le analoghe tendenze a crescere, sia qualitativamente che quantitivamente, dei corrispondenti valori di CO2 fossile prodotta e di CO2 rilevata, si vuole ora analizzare se analogo risultato è ottenibile considerando la distribuzione degli abitanti sul globo terrestre. Dal World Urbanization Prospects dell’ONU (vedi https://population.un.org/wup/) sono stati recuperati gli andamenti fra il 1970 e il 2020 della numerosità della popolazione urbana e la numerosità dei residenti in aree rurali.
I dati della numerosità di popolazione urbana sono di seguito riassunti per anni caratteristici: 1970 > 1.354.215.000; 1975 > 1.538.625.000; 1980 > 1.754.201.000; 1985 > 2.007.939.000; 1990 > 2.290.228.000; 1995 > 2.575.505.000; 2000 > 2.868.308.000; 2005 > 3.215.906.000; 2010 > 3.594.868.000; 2015 > 3.981.498.000; 2020 > 4.378.994.000.
I dati della numerosità di popolazione rurale sono di seguito riassunti per anni caratteristici: 1970 > 2.346.362.000; 1975 > 2.540.462.000; 1980 > 2.704.211.000; 1985 > 2.865.843.000; 1990 > 3.040.715.000; 1995 > 3.175.969.000; 2000 > 3.276.600.000; 2005 > 3.326.254.000; 2010 > 3.363.301.000; 2015 > 3.401.511.000; 2020 > 3.416.488.000.
La Figura 7 visualizza i valori di CO2 ricavati dalla CK in rapporto all’andamento della numerosità di popolazione urbana negli anni dal 1970 al 2020. Allo stesso modo la Figura 8 visualizza i valori di CO2 ricavati dalla CK in rapporto all’andamento della numerosità di popolazione rurale negli anni dal 1970 al 2020.
Figura 7
E’ interessante notare come l’andamento qualitativo delle due distribuzioni in rapporto ai valori di CO2 registrati sia diverso. Il legame fra la popolazione urbana e CO2 è fortemente correlato in maniera lineare (Figura 7) mentre non c’è legame di tipo lineare fra popolazione rurale e CO2 (Figura 8). Addirittura la correlazione con la popolazione urbana sembra migliore rispetto alla correlazione con la popolazione totale (Figura 6).
Figura 8
Due considerazioni si possono ricavare dalle elaborazioni eseguite:
- La Figura 6 sottintende una sostanziale linearità fra crescita della popolazione e crescita della produzione di CO2 da fossile nell’intero periodo analizzato; linearità sostanzialmente presente anche nel rapporto fra andamento popolazione complessiva e CO2 misurata.
- La Figura 7 evidenzia sempre una forte linearità fra crescita della popolazione urbana e crescita della CO2 misurata mentre nella Figura 8 tale linearità è assente.
La corrispondenza fra andamento della CO2 misurata e la numerosità della popolazione urbana, perdurante su tutto il periodo considerato, è in qualche modo preventivabile. Ma nel passaggio fra popolazione totale e popolazione urbana non si può non constatare un sostanziale miglioramento della correlazione lineare. Il sotto insieme della popolazione mondiale costituito dalla popolazione urbana appare correlato linearmente ai valori di CO2 misurata in maniera molto più netta ed evidente.
Per spiegare la dinamica del continuo aumento della CO2 misurata è forse plausibile ipotizzare che sia condizione necessaria, ma non sufficiente, la produzione di CO2 fossile. E forse altri aspetti andrebbero considerati per spiegare esaustivamente l’andamento della CO2 derivabile dalla CK. Il sensibile aumento qualitativo della correlazione lineare in rapporto all’andamento della popolazione urbana potrebbe consigliare maggior attenzione, ad esempio. verso la dinamica del ciclo idrologico come caratterizzazione da approfondire per spiegare l’andamento della CO2 misurata (nelle zone urbane il ciclo idrologico risulta infatti fortemente “modificato” dal consumo di suolo e dal corrispondente aumento del tasso di impermeabilizzazione). E’ noto che il ciclo del carbonio, le dinamiche dell’energia, le dinamiche del calore e quindi della temperatura, possono essere fortemente condizionate dalle dinamiche del ciclo idrologico e incidere sull’andamento delle concentrazioni di CO2 in atmosfera.
