La topologia algebrica, un prezioso strumento per la previsione dei punti di non ritorno climatici
I cambiamenti climatici non sono una novità: nei suoi 4,5 miliardi di anni di storia, la Terra ha probabilmente conosciuto molte variazioni repentine nel proprio clima. Le attività umane stanno dunque spingendo il clima del pianeta verso un altro punto di non ritorno? Sfortunatamente, i modelli climatici odierni non sono in grado di dircelo, ma un recente studio sostenuto dai progetti TiPES e CloudCT, finanziati dall’UE, potrebbe indicare la strada verso una risposta. Pubblicato sulla rivista «Chaos», lo studio coniuga due principali teorie sui cambiamenti climatici agli strumenti di topologia algebrica all’interno di un modello che dimostra che il clima terrestre attraversa davvero brusche transizioni. Tale analisi potrebbe contribuire a stabilire se il nostro sistema climatico, nel suo complesso, stia per raggiungere un punto di non ritorno a causa del riscaldamento globale. Gli scienziati non sono ancora certi di come si evolva il clima. «Quello a cui cerchiamo di arrivare rappresenta uno dei misteri davvero irrisolti della climatologia», osserva l’autore senior dello studio, il prof. Michael Ghil, della Scuola normale superiore di Parigi, in Francia, in un comunicato stampa pubblicato su «EurekAlert!». Le due principali teorie sui cambiamenti climatici menzionate sono la teoria del caos deterministico di Edward Lorenz e il modello stocastico di variabilità climatica di Klaus Hasselmann, vincitore del premio Nobel nel 2021. La prima tratta del comportamento apparentemente casuale o imprevedibile nei sistemi governati dalle leggi deterministiche (tutti abbiamo sentito parlare dell’effetto farfalla), mentre la seconda si basa sull’assunto che ogni cosa oscilla, ma regredisce verso la media.
Incorporare la topologia algebrica
«In precedenza, nel 2008, avevamo unito queste due teorie, dimostrando che le cose si fanno molto più interessanti se si hanno sia il caos deterministico che le perturbazioni stocastiche», osserva il prof. Ghil. Tale combinazione è sfociata in un fattore denominato «attrattore casuale», che cambia con il tempo. La forma assunta dall’attrattore casuale in un momento specifico, definita un’istantanea, determina il punto in cui probabilmente si troverà il sistema climatico. Tuttavia, gli scienziati non sanno con certezza come interpretare gli spostamenti dell’attrattore casuale nel tempo, né conoscono le implicazioni della sua variazione di percorso per la nostra comprensione del clima. È qui che entra in gioco la topologia algebrica. Nell’analisi di topologia algebrica svolta, i ricercatori hanno studiato il numero di buchi presenti nel sistema climatico basandosi su un concetto relativamente semplice: se le forme geometriche di due sistemi sono simili, allora presentano lo stesso numero di buchi. Come riportato all’interno del comunicato stampa, l’indagine condotta sull’attrattore casuale del clima ha rivelato che i buchi appaiono e scompaiono nel corso del tempo. Ciò implica che i sistemi climatici sono soggetti a quelli che sembrano essere passaggi istantanei tra regimi diversi, suggerendo a sua volta che l’attraversamento di brusche transizioni, definite punti di non ritorno, sia insito nella natura del pianeta Terra. «Si tratta di un metodo piuttosto solido per determinare condizioni critiche in situazioni molto complesse», afferma il prof. Ghil, riferendosi all’uso degli strumenti di topologia algebrica per agevolare la previsione di un punto di non ritorno climatico. «Pertanto, ritengo che dovrebbe essere possibile avvalersi di tali strumenti con l’obiettivo di prevedere realmente le transizioni in un sistema così complesso quale quello climatico.» Coordinato dall’Università di Copenaghen, in Danimarca, il progetto TiPES (Tipping Points in the Earth System) si protrarrà fino alla fine di agosto 2023. Il progetto CloudCT (Climate CT- Cloud Tomography by Satellites for Better Climate Prediction), della durata di sei anni, si concluderà a luglio 2025. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto TiPES sito web del progetto CloudCT
Parole chiave
TiPES, CloudCT, clima, modello, topologia algebrica, punto di non ritorno , attrattore casuale