Introduzione: tempo e clima
Il tempo atmosferico e il clima fanno parte dell’esperienza quotidiana degli studenti: osservare se piove, se fa caldo o se arriva il freddo è un’abitudine spontanea, spesso accompagnata da commenti, previsioni e confronti con il passato.
Nel linguaggio comune i termini “tempo” e “clima” sono spesso confusi, quasi avessero lo stesso significato. Entrambi, infatti, descrivono le condizioni meteorologiche, considerando la temperatura dell’aria, la pressione atmosferica, l’umidità, la quantità e il tipo di precipitazioni, ma mentre il “tempo” si riferisce a un preciso luogo e a un preciso momento, il “clima” considera una regione più ampia o un’intera fascia della Terra e intervalli di tempo lunghi (Tavola I).
Tavola I – Definizioni di tempo e clima
(Da Orientamento Scienze, pag B48 – B49)
Proprio per la vicinanza alla vita di tutti i giorni, i temi legati al tempo e al clima possono costituire un terreno privilegiato per avvicinare gli alunni al metodo scientifico.
Parlare di scienza, tempo e clima non significa però solo trasmettere definizioni, ma offrire agli studenti strumenti per osservare, misurare, raccogliere dati e interpretarli nel tempo. Affrontare questi temi attraverso attività di osservazione diretta e analisi di dati favorisce una didattica attiva e partecipata, in cui gli studenti diventano protagonisti del processo di conoscenza. L’obiettivo non è solo comprendere i fenomeni atmosferici, ma sviluppare un pensiero scientifico critico, indispensabile per interpretare correttamente anche le informazioni sul cambiamento climatico che circolano nei media e nella società.
In un’ottica STEM la distinzione tra tempo meteorologico e clima può infine diventare un’occasione per creare un ponte tra scienze e matematica, introducendo concetti fondamentali come la variabilità, la media, le scale temporali e la differenza tra eventi singoli e andamenti di lungo periodo.
Nel testo di Scienze per la Scuola Secondaria di primo grado “Orientamento Scienze” (Figura 1) sono numerosi i riferimenti a questi temi.
Figura 1 – Copertina
Orientamento Scienze, tomo B
Prevedere il tempo
L’aria dell’atmosfera, che circonda noi e tutti gli oggetti sulla Terra, esercita una pressione, la pressione atmosferica. Essa corrisponde alla pressione esercitata su una superficie di 1 m2 dal peso di una colonna d’aria alta come tutta l’atmosfera che circonda la Terra (Figura 2). La pressione atmosferica al livello del mare è uguale a 101 325 Pa.
Per i ragazzi la comprensione del concetto di pressione atmosferica può presentare a volte notevoli difficoltà; esperienze come quella proposta a pagina A198 (Figura 3) del libro possono aiutare molto gli studenti a capire tale concetto, facendo sperimentare loro in prima persona l’esistenza della pressione atmosferica.
Figura 2 (Da Orientamento Scienze, pag A199)
Figura 3 – (1) Aspirando aria si crea nella bocca una pressione più bassa rispetto a quella presente sul pelo libero del liquido, questa differenza di pressione fa risalire il liquido nella cannuccia. (2) La cannuccia tenuta fuori dal bicchiere riduce la differenza di pressione. (Da Orientamento Scienze, pag A198)
Il concetto di pressione è poi fondamentale per capire perché soffiano i venti: i venti sono masse d’aria che soffiano parallelamente alla superficie terrestre dalle zone di alta pressione, dette aree anticicloniche, verso quelle di bassa pressione, dette aree cicloniche. Le aree di alta pressione, dalle quali partono i venti, corrispondono generalmente a zone di bel tempo; le zone di bassa pressione, dove i venti confluiscono, sono invece caratterizzate da cattivo tempo.
Generalmente per rappresentare i cambiamenti nel tempo atmosferico, vengono impiegate le mappe meteorologiche, che mostrano le zone di alta e bassa pressione per mezzo delle isobare o utilizzano simboli come il sole e le nuvole per una comprensione immediata (Figura 4).
Il tempo è però difficile da prevedere e le sue previsioni diventano meno affidabili a mano a mano che si estende il periodo considerato: è più semplice fare previsioni accurate per il giorno successivo rispetto a due settimane più avanti. Oggigiorno grazie all’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale si stanno però ottenendo significativi miglioramenti delle previsioni (Figura 5).
Figura 4 (Da Orientamento
Scienze, pag B49)
Figura 5 – Previsioni meteo con l’AI
(Da Orientamento Scienze, pag B49)
Descrivere il clima
Per descrivere il clima di una regione si ricorre alla misura di alcune grandezze, che costituiscono gli elementi del clima: la temperatura dell’aria, la pressione atmosferica, l’umidità, la direzione e la velocità del vento, la quantità e il tipo di precipitazioni.
Gli elementi del clima sono influenzati da una serie di fattori climatici, che dipendono principalmente dalle caratteristiche geografiche di una regione (Tavola II).
Uno dei modi più semplici per rappresentare il clima di una regione è la realizzazione di un climatogramma, un grafico sintetico che mostra il variare nel corso dell’anno della temperatura media e delle precipitazioni di una data località, fornendo un quadro chiaro e preciso e di facile comprensione del clima (Figura 6). Fornendo agli studenti una serie di dati relativi alle temperature e piovosità mensili di alcune regioni con clima diverso, gli studenti possono utilizzarli per costruire i relativi climatogrammi e confrontare così i loro climi. Questa attività, oltre a consolidare competenze grafiche e matematiche, permette di discutere concretamente le cause delle differenze climatiche osservate, collegandole ai fattori climatici appena studiati.
Tavola II – I fattori climatici
(Da Orientamento Scienze, pag B49 – B50)
Figura 6 – Costruiamo un climatogramma (Da Orientamento Scienze, pag B54)
Un ulteriore strumento di grande interesse per lo studio del clima è l’analisi degli anelli di accrescimento degli alberi (Figura 7). La larghezza degli anelli annuali riflette infatti le condizioni ambientali in cui la pianta è cresciuta: anni caratterizzati da temperature adeguate e precipitazioni sufficienti producono anelli più ampi, mentre periodi di siccità o condizioni climatiche sfavorevoli lasciano tracce più sottili nel legno. L’osservazione e il confronto delle sequenze di anelli consentono quindi di ricostruire l’andamento climatico locale su scale temporali molto lunghe, anche di secoli, offrendo una preziosa base di dati per confrontare il clima attuale con quello del passato e interpretare i cambiamenti in atto.
Figura 7 – La storia di un albero
(Da Orientamento Scienze, pag C107)
L’effetto serra
La fonte di energia che riscalda la superficie del nostro Pianeta, consentendo la vita, è il Sole. Ma come fanno le radiazioni solari a riscaldare l’aria, anziché disperdersi nello spazio? Il merito è dei cosiddetti gas serra, che assorbono la radiazione infrarossa emessa dal terreno e, in tal modo, “intrappolano” il calore nell’atmosfera, provocandone il progressivo riscaldamento. Questo fenomeno è detto effetto serra perché è simile a quello che accade in una serra per la coltivazione delle piante ed è un fenomeno naturale fondamentale per la presenza della vita sul nostro Pianeta: senza i gas serra la Terra sarebbe più fredda e probabilmente priva di vita, poiché il calore emesso dalla superficie terrestre si disperderebbe rapidamente nello spazio (Figura 8).
Figura 8 – L’effetto serra
(Da Orientamento Scienze, pag B39)
Il gas serra che intrappola la maggior parte del calore proveniente dal suolo è il vapore acqueo. Tuttavia, vengono studiati maggiormente il diossido di carbonio e il metano poiché sono quelli che vengono più prodotti dalle attività umane. Negli ultimi decenni stiamo assistendo a un pericoloso aumento dell’effetto serra: le attività industriali, gli autoveicoli e, in generale, tutte le combustioni (di carbone, di petrolio, di metano) immettono nell’atmosfera grandi quantità di diossido di carbonio e di altri gas serra, che stanno determinando un progressivo incremento delle temperature dell’aria, con gravi conseguenze, come, per esempio, la fusione dei ghiacci della banchisa polare. L’esperienza che segue propone un modello che, utilizzando materiali poveri, simula in modo semplice l’effetto serra (Figura 9).
È un’attività che risponde pienamente a quanto richiesto dalle Indicazioni nazionali 2025 laddove, tra gli obiettivi specifici di apprendimento, nella sezione dedicata a “Ambiente e scienze della Terra”, si raccomanda di “esaminare i fattori che influenzano il clima attraverso esperimenti come la simulazione dell’effetto serra in una campana di vetro o la raccolta di dati meteorologici locali.”
Figura 9 – L’effetto serra in un barattolo (Da Tra le Dita, pag B52)
I cambiamenti climatici
Il clima di una regione esercita un ruolo determinante nella struttura e nel funzionamento degli ecosistemi, influenzando la distribuzione degli organismi e le loro relazioni. Temperatura media, precipitazioni e umidità agiscono come veri e propri filtri ecologici, favorendo alcune specie e limitandone altre. Nel corso dell’evoluzione, piante e animali hanno sviluppato adattamenti specifici ai diversi contesti climatici: il pelo folto degli orsi polari, le migrazioni stagionali degli uccelli, il letargo di alcuni mammiferi ne sono esempi ben noti. Le comunità biologiche risultano quindi dall’equilibrio dinamico tra organismi e condizioni ambientali.
Il riscaldamento globale in atto sta alterando profondamente questi equilibri. L’aumento delle temperature medie è associato a una maggiore frequenza di fenomeni meteorologici estremi e opposti: da un lato, lunghi periodi di siccità, che incrementano il rischio della desertificazione, compromettendo le colture agricole e gli insediamenti umani, e favoriscono lo svilupparsi degli incendi; dall’altro, intensi temporali (le cosiddette “bombe d’acqua”) che provocano alluvioni e inondazioni, con ingenti danni alle campagne e ai nuclei abitati.
L’aumento medio delle temperature sta poi accelerando la fusione dei ghiacci, sia quelli presenti nelle calotte polari, sia quelli sui continenti, un fenomeno che sta comportando un lento innalzamento del livello del mare, con forti impatti sulle regioni costiere, e sta alterando gli ecosistemi, con conseguenze nella distribuzione delle specie e nelle loro interazioni, e aumento del rischio di 
estinzione di specie e di perdita di biodiversità. Le specie che non riescono ad adattarsi abbastanza rapidamente alle nuove condizioni climatiche possono andare incontro a una riduzione delle popolazioni o all’estinzione; altre, invece, riescono a sopravvivere modificando il proprio areale di distribuzione e colonizzando territori climaticamente più favorevoli (Figura 10). Un caso recente molto preoccupante è quello del granchio blu che sta distruggendo gli allevamenti di molluschi e non solo, ma gli esempi sono numerosi.
Figura 10
(Da Orientamento Scienze, pag C222)
L’attività che segue propone un breve compito di realtà per coinvolgere gli studenti in prima persona nel combattere il cambiamento climatico (Figura 11).
Figura 11 – Che cosa puoi fare in prima persona
per combattere il cambiamento climatico?
(Da Orientamento Scienze, pag B53)
Il riscaldamento globale sta cambiando anche la lunghezza delle stagioni: un recente studio pubblicato sulla rivista Geophysical Research Letters, rivela infatti che entro il 2100 le estati potrebbero durare addirittura sei mesi mentre l’inverno sarebbe limitato a meno di due e primavera e autunno potrebbero essere più brevi (Figura 12). Sta inoltre aumentando il divario tra il caldo estivo e il freddo invernale, un fenomeno che risulta già particolarmente significativo nelle aree temperate del nostro pianeta. La ricerca ha preso in esame l’andamento delle temperature della Terra dal 1952 al 2011, evidenziando che negli ultimi anni sono notevolmente aumentate, e constatando che tra il 1952 e il 2011 “l’estate è passata da 78 a 95 giorni, mentre l’inverno si è ridotto da 76 a 73 giorni.”
Questi cambiamenti nella durata delle stagioni avranno conseguenze drammatiche sui cicli biologici degli organismi. Una pianta che fiorisce troppo presto potrebbe non trovare gli insetti impollinatori ancora attivi, un uccello migratore potrebbe arrivare quando le risorse alimentari sono già esaurite. Lo sfasamento tra i ritmi stagionali e i cicli vitali delle specie, perfezionati in milioni di anni di evoluzione, rappresenta una delle minacce più insidiose per la biodiversità del nostro pianeta.
Fonte delle figure
- Tavola I e II e figure 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10 e 11 da: Orientamento Scienze.
- Figura 9 da: Tra le dita.
- Figura 12 da: Wang et al., American Geophysical Union (https://www.iconaclima.it/estero/clima-estero653052/cambiamenti-climatici-estate-2100/ )
Figura 12 – Visualizzazione dei cambiamenti
osservati nel ciclo delle stagioni a partire
dal 1952 e proiezione fino al 2100