chimicamente, come fu sostenuto recentemente anche da altri. Il sole
sarebbe quindi ora una stella variabile, e presenterebbe tratto tratto
dei periodi di stella _rossa_, che è, secondo la classificazione delle
stelle data dal Secchi, l'ultimo periodo di vita delle stelle. Ad ognuno
di questi periodi _rossi_ del sole corrisponderebbe un periodo glaciale
sulla terra, mentre ai periodi _gialli_ corrisponderebbero periodi
interglaciali, in uno dei quali noi viviamo. Non seguo l'Autore nel
tentativo di determinare la lunghezza dei varii periodi in base alla
attuale proporzione delle stelle di varia grandezza fin qui note: esso è
certamente interessante per la copia di notizie e la fertilità di
induzioni messe in campo dall'Autore, ma allo stato attuale della nostra
conoscenza del cielo esso parmi di un ardimento non incoraggiabile. Ma
parmi che anche il fatto stesso del successivo passaggio del sole
attraverso i suoi tre stadii di vita e del collegamento di questo fatto
coi fenomeni climatologici terrestri, se non può essere negato _a
priori_, non può nemmeno essere accolto come provato. Siamo davanti a un
ordine di fatti inaccessibile, non a una discussione teorica, ma ad una
prova positiva. Se dovremo arrivare a una tale spiegazione della storia
climatologica della terra, non potremo arrivarvi che indirettamente, con
una dimostrazione _ad absurdum_, dimostrando cioè che _tutte_ le altre
_possibili_ ipotesi, basate su fatti provabili, su principii sicuri,
sono inammissibili.
Un'obbiezione spontanea si presenta tuttavia all'ipotesi di Dubois,
obbiezione che l'Autore non si nasconde e che cerca di rimovere col
sussidio di ipotesi meteorologiche. Come si può spiegare la grande
uniformità dei climi nelle epoche più antiche della terra, se il sole,
che era allora allo stato bianco, ci mandava una radiazione tanto più
intensa dell'attuale? Poniamo che _K_ sia la quantità di calore ricevuta
in un anno all'equatore, per unità di superficie; a una latitudine
qualsiasi la quantità ricevuta sarà una frazione _mK_ di quella, dove
_m_ dipende dalla inclinazione media dei raggi solari sulla superficie e
dalla trasparenza dell'atmosfera, che i raggi solari debbono
attraversare per un tratto tanto maggiore quanto maggiore è la
latitudine. La differenza fra le due quantità, che è la causa prima (ma
non sola) della differenza di temperatura fra quelle due latitudini, è
quindi _K(1-m)_. Se _K_ cresce, ed _m_ non varia, anche questa
differenza cresce: cioè ad ogni variazione della intensità radiante del
sole deve corrispondere, _cæteris paribus_; una variazione nello stesso
senso della differenza di temperatura fra l'equatore ed un parallelo
qualsiasi. Se quindi nelle êre preterziarie il sole irradiava
coll'intensità di stella bianca, in quelle êre doveva essere anche più
rapida la caduta di temperatura dall'equatore ai poli, e se questi
fruivano, com'è indiscutibile, di un grado di temperatura assai maggiore
dell'attuale, l'equatore doveva essere a un grado di calore
incompatibile con qualunque sviluppo della vita organica continentale.
Il sig. Dubois si difende da questa obbiezione con due argomenti: 1º La
maggiore energia solare manteneva una più intensa circolazione oceanica
ed aerea che portava una maggior somma di calore alle latitudini
superiori. 2º L'atmosfera era meno trasparente, sia perchè il _sole
bianco_ emetteva un maggior numero di raggi dell'estremità violetta
dello spettro, pei quali l'aria è assai meno permeabile, sia perchè era
assai maggiore la copia di vapori e di nubi, che arrestavano
l'irradiazione del sole nelle alte latitudini. Abbiamo già accennato
precedentemente alla fallacia del primo argomento: l'energia solare non
può provocare movimenti convettivi nell'atmosfera e nell'oceano, se
prima non provoca un dislivello di temperatura, e non può, aumentando
essa, rendere più intensi i movimenti stessi, se prima non aumenta
questo dislivello di temperatura. Supporre quindi una distribuzione
uniforme prodotta da movimenti convettivi molto intensi è una
contraddizione _in terminis_.
Il sig. Brückner (_Klimaschwankungen_, pag. 315) viene logicamente a
conclusioni opposte a quelle del sig. Dubois volendo spiegare come una
diminuzione della costante solare possa aver condotto all'invasione
glaciale. Secondo lui essa «diminuirebbe la _differenza di temperatura
fra il polo e l'equatore e quindi la circolazione generale
dell'atmosfera, che si rifletterebbe in una diminuzione delle correnti
oceaniche, che, alla superficie dei mari hanno notoriamente una
prevalenza di direzione verso Nord. Il raffreddamento, incominciando
all'equatore, si sarebbe quindi esteso man mano alle latitudini più
alte_». Ma col suo ragionamento si verrebbe a conchiudere che nelle
epoche preglaciali, quando la radiazione solare era più forte, si doveva
avere una distribuzione di temperatura dai poli all'equatore _meno
uniforme_ che nella glaciale, conclusione la quale sarà difficilmente
accolta dai geologi.
Anche l'altro argomento del sig. Dubois merita discussione, ma poichè
esso tocca la questione più generale della trasparenza atmosferica, ne
parleremo a suo luogo.
9. Tra le ipotesi astronomiche ideate a spiegazione del fenomeno
glaciale, una sola ha tenuto per lungo tempo vittoriosamente il campo,
e, benchè ormai battuta da tutte le parti, è difesa ostinatamente dai
suoi tenaci e valenti difensori: è l'ipotesi di Croll, basata sul fatto
indiscutibile delle variazioni d'eccentricità dell'orbita terrestre,
combinato coll'altro fatto non meno indiscutibile della precessione
degli equinozi. Eccola in breve secondo l'esposizione più rigorosa
fattane recentemente dall'astronomo Ball[43].
Chiamando 100 la quantità di calore che ogni emisfero della terra riceve
in un anno, di queste 100 unità esso ne riceve 63 nella stagione estiva,
e 37 nella stagione invernale. Ma per effetto dell'eccentricità
dell'orbita terrestre queste stagioni non hanno una eguale durata:
l'emisfero boreale, che ha il solstizio invernale presso a poco nel
punto dell'orbita più vicino al sole (perielio) e l'estivo nel più
remoto (afelio), ha 186 giorni estivi contro 179 invernali: per
l'emisfero australe si verifica naturalmente l'opposto. Così l'emisfero
boreale riceve 63 unità di calore in 186 giorni, e 37 in 179, mentre
l'australe ne riceve 63 in 179 e 37 in 186; e quindi la media giornata
estiva è pel primo meno calda che pel secondo, mentre la media giornata
invernale è più calda.
Questa differenza fra i due emisferi ora non è rilevabile (benchè non ne
manchi qualche indizio), perchè la prevalenza degli oceani nell'emisfero
australe esercita tale effetto moderatore delle variazioni termiche, che
un così piccolo incremento dell'escursione annua vi si smarrisce; ma
certamente quando per lo spostamento degli equinozii l'emisfero boreale
si troverà di qui a circa tredici mila anni ad avere l'inverno in afelio
e l'estate in perielio, se sarà mantenuta l'attuale distribuzione dei
continenti, la differenza potrà essere abbastanza rilevante, essendo la
temperatura media invernale di qualche grado inferiore all'attuale e
l'estiva di altrettanto superiore. E quando l'eccentricità dell'orbita
terrestre era tre volte l'attuale, come lo era circa 100,000 anni sono,
la differenza doveva essere altrettante volte maggiore, ossia l'inverno
doveva essere di 4 o 5 o più gradi più freddo dell'attuale e l'estate di
altrettanto più caldo. Questo nell'ipotesi che gli elementi
meteorologici non compensino in parte la differenza, come certamente la
compenserebbero, perchè è ufficio principale dei movimenti convettivi
dell'atmosfera e dell'oceano di attutire le differenze e le variazioni
di temperatura.
La _possibilità_ di produrre un mutamento climatologico colla variazione
dell'eccentricità orbitale della terra, combinata colla inversione degli
aspidi, parmi adunque innegabile. Il Croll e i suoi numerosi seguaci ne
esagerarono invero la portata con un ragionamento che il nostro
Schiaparelli dimostrò fin dal 1868 fallace[44] e che, nonostante tale
dimostrazione (rimasta a dir vero affatto ignorata in Inghilterra, come
quasi tutte le cose italiane), e la confutazione fattane nel 1886 dal
Woeikof[45], trova ancora buon accoglimento in opere di autori sommi
come il Ball, il Wallace e il Geikie. Il ragionamento è in breve il
seguente.
Nel lungo inverno boreale in afelio corrispondente a un periodo di
grande eccentricità la distanza della terra dal sole era sensibilmente
maggiore di quel che lo è ora coll'inverno in perielio, e quindi la
radiazione solare era, secondo la legge dell'inversa dei quadrati delle
distanze, ancor più sensibilmente minore. Croll calcola che nel giorno
centrale dell'inverno la diminuzione doveva essere nientemeno che del
16% minore della radiazione attuale. Ora la radiazione solare serve a
mantenere la terra a una temperatura assai maggiore di quella dello
spazio vuoto dove la terra si move. Croll ammette senz'altro che questa
temperatura dello spazio sia stata misurata esattamente da Pouillet,
Herschel ed altri in circa _-150°C_; l'aumento di temperatura prodotto
dalla radiazione solare in un punto qualsiasi della terra, p. es. in
Inghilterra, dove la temperatura media è di circa 5°C, è di 155°C´. Alla
variazione di 16/100 della causa deve corrispondere una variazione
proporzionale nell'effetto: l'Inghilterra doveva avere quindi la minima
temperatura invernale nientemeno che di 25°C. inferiore all'attuale. E
l'inverno di tanto più freddo durava molti giorni più dell'attuale, cioè
199 giorni invece di 179.
Non contenti di questa conclusione i Crolliani ricorrono anche
all'azione indiretta del raffreddamento così ottenuto (e della grande
massa di ghiaccio che secondo loro esso doveva generare) sui venti e
sulle correnti oceaniche, che dovevano essere perturbate e deviate in
modo da aumentare ancora il raffreddamento stesso, con un concatenamento
di cause e di effetti che si rincalzano vicendevolmente, contro i
principii fondamentali della fisica e della fisiologia, secondo i quali
ogni causa perturbatrice di uno stato d'equilibrio stabile provoca
sempre in natura dei fenomeni secondari a difesa di questo stato.
Non è qui il caso di ripetere tutti gli argomenti addotti da
Schiaparelli, Woeikof, Newcomb ed altri contro questa troppo ardita
teoria. Assai recentemente il sig. E. P. Culverwell ebbe il merito di
risollevare la questione in Inghilterra[46], e la vivacità di polemica
che le sue brevi osservazioni hanno suscitato[47] dimostra quanto tenace
sia in quel paese l'attaccamento a un'idea una volta accettata.
L'argomento suo fondamentale fu già addotto dallo Schiaparelli; ma il
sig. Culverwell, che certamente ciò ignorava, lo svolse in forma meglio
accessibile al pubblico inglese. Egli dimostra che l'intensità della
radiazione solare nel cuore di un inverno in afelio quando
l'eccentricità dell'orbita terrestre era in un periodo di massimo era
per ogni parallelo quella che è attualmente per un parallelo di 2° o 3°
più a nord: così i paralleli 43°, 52°, 61°, 70°, ecc., ricevono ora nel
giorno centrale dell'inverno la quantità di calore che in un periodo di
grande eccentricità ricevevano i paralleli 40°, 50°, 60°, 70°. Ciò
equivale a supporre, per usare il paragone che rese forse più
accessibile l'argomento in Inghilterra, che se in Cornovaglia cadesse la
quantità di calore solare che ora cade nella contea di York si dovrebbe
avere in Inghilterra un'invasione glaciale[48].
Tuttavia questo taglio radicale fatto ai calcoli del Crolliani non
rimove interamente l'ipotesi fondamentale. Quei calcoli erano imposti
dalla necessità di spiegare un raffreddamento fortissimo quale si
credeva da Croll necessario a spiegare il fenomeno glaciale, ch'egli non
ammetteva ancora d'origine alpina, ma riteneva dovuto esclusivamente
alla permanenza delle nevi invernali. Ora che, come si è visto, il
riallacciamento del fenomeno glaciale alle variazioni dei ghiacciai
alpini ha ridotto a soli 4 o 5 gradi il raffreddamento necessario, la
riduzione anche dei possibili effetti di un aumento di eccentricità
potrebbe considerarsi piuttosto come un argomento in favore che
un'obbiezione all'ipotesi di Croll.
Noi abbiamo veduto che le attuali alternative del clima rispondono a
variazioni di meno di 1° nella temperatura media; non si può quindi
escludere a priori che una variazione di parecchi gradi nella escursione
annua della temperatura possa avere effetti climatologici straordinari.
Il nodo dell'argomento sta nel dimostrare se questi effetti sarebbero
appunto quelli che possono giustificare un'invasione dei ghiacciai
alpini. Ora tutto il ragionamento da noi svolto fin qui porta a
concludere negativamente: che cioè un aumento dell'escursione annua,
rappresentato da una maggiore temperatura estiva, e da una minore
temperatura invernale si dimostra, tanto in linea di fatto che in linea
di teoria, favorevole non a una espansione ma ad un ritiro dei ghiacciai
alpini.
In linea di fatto, perchè si è visto che le più recenti espansioni dei
ghiacciai corrispondevano a periodi freddo-umidi del clima, nei quali
l'escursione annua della temperatura dovette essere minore del suo valor
medio; mentre i periodi di ritiro corrispondevano a periodi
caldo-asciutti nei quali l'escursione annua della temperatura era
maggiore della media.
In linea di teoria, perchè anche ammesso che un inverno di 2° o 3°C.
più freddo del normale debba essere anche sensibilmente più nevoso
(benchè un largo confronto dei climi attuali darebbe piuttosto una
conclusione contraria), un aumento di 2° o 3° gradi nella temperatura
estiva produrrebbe certamente uno scioglimento tanto più copioso dei
ghiacci da consumare di gran lunga la maggiore provvista di nevi
invernali.
Secondo il citato calcolo del sig. Culverwell l'effetto della variazione
di eccentricità sarebbe inoltre tanto minore quanto maggiore è la
latitudine: già a 70° Lat. esso sarebbe nullo[49].
Anche questo parrebbe in contraddizione col fatto che l'invasione
glaciale era assai più imponente fra 60° e 70° Lat. N., dove aveva i
suoi centri principali di espansione, che nelle latitudini inferiori.
Di proposito deliberato non espongo che le obbiezioni alla teoria
Crolliana emananti dalle più recenti monografie sull'argomento, senza
ricordare tutte le altre, che il lettore può trovare facilmente nei
trattati, come nell'_Era glaciale dell'America del Nord_ di WRIGHT e più
vivacemente in quello strano lavoro dell'HOWORT sull'_incubo
glaciale_[50]; le principali si trovano rapidamente riassunti anche nel
mio libro.
Un'altra ipotesi astronomica tirata in campo a spiegazione del fenomeno
glaciale, e alla quale le recenti scoperte e polemiche intorno alla
possibilità di uno spostamento dell'asse terrestre, dànno sapore
d'attualità, è quella che attribuisce il ghiacciamento europeo e
nord-americano ad uno spostamento del polo artico verso l'Atlantico. Ma
la geologia e l'astronomia protestano insieme contro la possibilità di
un siffatto spostamento (che avrebbe dovuto essere di parecchi gradi) in
un'epoca relativamente così recente. E il ghiacciamento di altre regioni
della terra che sarebbero state per tale spostamento più vicine
all'equatore lo esclude assolutamente anche con prova di fatto.
10. Veniamo finalmente al terzo modo con cui si può ottenere una
diminuzione del calore solare alla superficie della terra: per effetto
cioè di una diminuzione nella trasparenza dell'aria. Essa richiede una
discussione più lunga e minuziosa.
Se il sole è allo zenith e la radiazione solare cade verticalmente, essa
viene in parte assorbita e riflessa dall'atmosfera, e alla superficie
della terra non ne arriva che una frazione che indicheremo con _p_: cioè
se A è la _costante solare_ (la quantità di calore solare ricevuta
nell'unità di tempo e per unità di superficie ai limiti dell'atmosfera),
la quantità di calore ricevuta per unità di tempo e di superficie al
livello del mare sarà pA. Se lo strato d'aria attraversato fosse
equivalente a due, tre ..._n_ volte lo spessore verticale dell'atmosfera
si potrà immaginarlo diviso in tanti strati ciascuno equivalente a
un'atmosfera, ognuno dei quali non lascierà passare che una frazione _p_
del calore lasciato passare dai precedenti: al livello del mare
arriveranno quindi rispettivamente delle quantità di calore
p × pA = p²A
p × p²A = p³A
p × p^{n-1} A = p^{n} A
In generale, se lo strato d'aria attraversato è [delta] volte (dove
[delta] sia anche un numero non intero) lo strato atmosferico verticale,
la radiazione solare dal limite dell'atmosfera al livello del mare viene
diminuita nel rapporto di 1 a p^[delta]. Ora, quando il sole non è allo
zenith, ma è discosto da esso di un angolo _z_, la sua radiazione deve
attraversare uno spessore d'atmosfera [delta], che è assai
approssimativamente misurato dalla secante di quell'angolo _z_ (ossia da
1 diviso per il coseno di questo angolo), e quindi essa sarà ridotta nel
rapporto di 1 a p^{sec z}. Ma anche se non fosse assorbito
dall'atmosfera, ogni pennello di raggi solari che abbia la sezione di un
centimetro quadrato, incontrando obliquamente la superficie terrestre ne
sarebbe tagliata su una sezione più grande, sulla quale andrebbe
distribuita la stessa quantità di calore; la quantità di calore ricevuta
da un centimetro quadrato di superficie sarebbe quindi minore e
precisamente essa sarebbe per unità di tempo non più la costante solare
A, ma A cos z, secondo la nota _legge del coseno_. La quantità di calore
solare che riscalda ogni centimetro quadrato della superficie terrestre
quando il sole è alla distanza angolare _z_ dallo zenith (o all'altezza
90°- z sull'orizzonte) è quindi:
A cos z · p^{sec z}.
Questa quantità è in continua variazione su ogni parallelo della terra,
per effetto del periodo diurno e del periodo annuo: le condizioni medie
della temperatura di ciascun parallelo, in quanto dipendono dal calore
solare, sono date però dalla somma totale ricevuta nell'anno, somma che
fu calcolata per diversi valori di _p_ in un lavoro non meno geniale che
paziente di Angot[51].
Si può immaginare che queste condizioni medie siano determinate da un
sole fisso, avente una intensità radiante, fuori dell'atmosfera, Q, che
sia presso a poco la terza parte dell'intensità reale, e che si mantenga
a una distanza zenitale [xi], costante per ogni parallelo, ma variabile
da un parallelo all'altro. Si possono calcolare questi angoli [xi]
corrispondenti ai varii paralleli e si ha
Lat. [xi]
0° 0°.0´
10° 9°.31´
20° 19°.7´
30° 28°.15´
40° 37°.49´
50° 46°.52´
60° 55°.40´
70° 61°.17´
80° 64°.24´
90° 65°.31´
Di questa quantità media di calore solare, Q cos [xi] p^{sec [xi]}, che
viene ricevuta dal suolo, una buona parte viene assorbita in lavori
fisici (principale l'evaporazione), chimici, meccanici, fisiologici,
ecc. e solo una piccola frazione a di essa rimane all'ufficio diretto di
riscaldamento, cioè di innalzare la temperatura del suolo.
11. Perchè il suolo sia mantenuto ad una data temperatura, senza cioè nè
riscaldarsi, nè raffreddarsi, è necessario che questa frazione di calore
solare aQ cos [xi] p^{sec [xi]} faccia equilibrio alla quantità di
calore che il suolo irradia verso il cielo.
Quando si dice _verso il cielo_ non si intende già verso lo spazio
planetario vuoto, ma verso tutta l'atmosfera visibile dal punto
considerato del suolo, cioè verso una massa d'aria che per effetto del
calore solare e terrestre assorbito, dei movimenti continui che la
rimescolano, delle continue trasformazioni del vapor acqueo, ecc., ecc.,
irradia a sua volta verso la terra una certa quantità di calore, che
compensa in parte la perdita che questa subisce per irradiazione.
L'irradiazione del suolo si compie cioè come quella di un corpo in un
vaso chiuso la cui parete interna abbia una data temperatura; la sua
irradiazione vera è la differenza fra le irradiazioni assolute che il
corpo stesso e la parete effettuerebbero nel vuoto indefinito.
Noi immagineremo perciò di sostituire all'atmosfera visibile dal punto
considerato una superficie di nero fumo avente una temperatura t_{c},
che chiameremo _temperatura del cielo_[52], e tale, da sostituire
nell'effetto radiante l'atmosfera stessa, e porremo che la radiazione
del suolo verso il cielo sia proporzionale, secondo la legge di Newton,
alla differenza tra la sua temperatura t_{s} e la t_{c}; sia cioè
espressa da una espressione
K (t_{s} - t_{c})[53]
dove il coefficiente K (_irradiazione unitaria_) dipende non soltanto
dalla natura della superficie irradiante, ma anche dalle condizioni
dell'aria sovraincombente, che per varia purità e vario stato
igrometrico può essere più o meno trasparente pel calore irradiato dal
suolo. Sono notissime a questo proposito le esperienze di Tyndall sulla
opacità dei vapori alle radiazioni termiche, e le conseguenze che egli
ne trasse per spiegare i climi attuali e passati della terra, mediante
l'azione protettrice che esercita l'aria umida o ricca di acido
carbonico, rallentando o impedendo completamente la radiazione del suolo
verso il cielo. Avremo quindi
K (t_{s} - t_{c}) = aQ cos[xi] p^{sec[xi]}
ossia
aQ cos[xi] p^{sec[xi]}
t_{s} = t_{c} + -------------------------
K
la quale ci dice che la _temperatura del suolo è mantenuta superiore
alla temperatura del cielo di un numero di gradi che è proporzionale
all'azione riscaldante del sole e inversamente proporzionale alla
irradiazione unitaria del suolo_. In questa radiazione unitaria noi
dobbiamo distinguere due fattori, l'uno che dipende dalla natura della
superficie, ed è il _potere irradiante_, r_{s}; di questa: l'altro m_{s}
che dipende dalla _trasparenza_ dell'aria. Si potrà scrivere cioè
K = m_{s} r_{s}; e mettendo quindi in vista, per lo scopo nostro speciale,
nella formola precedente i coefficienti di trasparenza dell'aria si avrà
p_^{sec[xi]}
t_{s} = t_{c} + B_{s} ----------------
m_{s}
dove si è posto per semplicità
a_{s}
B_{s} = --------- Q cos[xi].
r_{s}
Fin qui si è considerata la superficie terrestre come solida; nel caso
della superficie oceanica l'effetto della radiazione solare è assai più
complicato, in causa della riflessione e rifrazione dei raggi, della
loro penetrazione fino a profondità sensibile, del moto ondoso, della
evaporazione, per non parlare dei movimenti convettivi, i quali possono
considerarsi dell'ordine dei fenomeni meteorologici il cui effetto non
può finora essere preso in considerazione. Noi possiamo però facilmente
ammettere che anche la temperatura della superficie oceanica _in quanto
dipende dall'equilibrio delle radiazioni termiche_, è esprimibile con
una formola analoga alla precedente
p^{sec[xi]}
t_{a} = t´_{c} + B_{a} ---------------
m_{a}