Il modellatore di Oceani: l'innovativa ricerca di Thomas Frölicher

Sulla porta dell’ufficio di Thomas Frölicher c’è un poster di “Globi e l’energia”, un libro per bambini in cui il pappagallo azzurro, il personaggio a fumetti più celebre della Svizzera tedesca, cerca di scoprire l’impatto dello spazzolino da denti elettrico sull’ambiente.

“Gli autori mi hanno chiesto di confermare alcuni fatti, e ovviamente ho risposto sì!”, commenta lo studioso, professore di Fisica del Clima e dell’Ambiente all’Università di Berna e tra i principali autori dei report delle Nazioni Unite sull’ambiente.

Alla sua attività di ricerca dobbiamo molto di quello che sappiamo sull’impatto delle attività umane sulla vita dei grandi mari: il suo mestiere, infatti, è quello di costruire modelli dell’evoluzione fisica e geo biochimica degli oceani.

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L’elvetico Thomas Frölicher e le “riproduzioni” dell’oceano

Thomas Frölicher ama la fisica e la natura sin dall’infanzia, divisa tra gite in montagna ed esperimenti nel seminterrato con il papà, fisico elettronico. Ha studiato Scienze dell’Ambiente al Politecnico Federale di Zurigo (ETH): “È lì che ho visto un’ottima opportunità per combinare il mio interesse per la matematica e il mio amore per la natura”, spiega.

Dopo la specializzazione in Fisica Atmosferica, all’Università di Berna, egli ha esteso i suoi orizzonti anche agli oceani, concentrandosi in particolare sul contenuto di ossigeno nelle acque marine e sulle sue fluttuazioni.

“Quel tipo di ricerca era appena all’inizio, e c’erano un sacco di imponderabili”, spiega, “Non sapevamo esattamente quali fluttuazioni fossero naturali e quali fossero invece dovute all’influenza umana”.

Oggi sappiamo che gli oceani, dagli Anni Sessanta a oggi, hanno perso dall’1 al 3 per cento dell’ossigeno di cui disponevano, e conosciamo con una certa precisione in quale percentuale la CO2 in eccesso assorbita dagli oceani è dovuta direttamente alle emissioni umane.

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I modelli del clima e la comprensione del riscaldamento globale

Oggi il lavoro di Thomas Frölicher si svolge principalmente grazie ai supercomputer del Centro Svizzero di Calcolo Scientifico (CSCS) di Lugano, che svolgono i calcoli richiesti dai modelli sviluppati dal team del professore.

Queste potenti macchine possono impiegare anche due o tre mesi per eseguire i calcoli sui modelli degli oceani. Questi, poi, vengono trasferiti su un PC normale per essere valutati, un’operazione che può impiegare altri mesi.

I modelli globali e le simulazioni sul clima sviluppati a partire dalla fine degli Anni Sessanta ci hanno permesso di comprendere i meccanismi responsabili del cambiamento climatico, e grazie ai nuovi modelli del dottor Frölicher abbiamo sempre più informazioni sul ruolo dei mari oceanici e sull’impatto del riscaldamento globale sugli ecosistemi marini.

Tra il 2010 e il 2013, egli lavorava presso l’Università di Princeton, quella in cui nacquero i primi modelli dell’atmosfera e dell’oceano: Syukuro Manabe, che nel 2021 ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica “per la modellizzazione fisica del clima terrestre”, quello a cui dobbiamo le prime previsioni affidabili sul riscaldamento globale, in quegli anni insegnava proprio lì.

“Pranzavamo spesso insieme”, ricorda Thomas Frölicher, “era molto interessato alle ricerche dei suoi colleghi più giovani”.

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Le scoperte sul cambiamento climatico e le superfici d’acqua

Negli anni di Princeton, il cattedratico svizzero si è dedicato a sviluppare modelli dei cambiamenti di temperatura e nel ciclo del carbonio nell’Oceano Antartico. Il gruppo che si è occupato di questa ricerca fu tra i primi in assoluto a rilasciare in acqua i famosi Drifter, le grandi boe che registrano tonnellate di dati su temperatura, salinità, pressione, contenuto d’ossigeno e acidità dell’acqua del mare.

La lunga ricerca di Thomas Frölicher in Antartide ci ha fornito dati sconvolgenti: il 75 per cento del calore in eccesso assorbito dagli oceani derivante dai gas serra, e il 15 per cento delle emissioni di CO2 prodotte dall’uomo, vengono assorbiti dall’Oceano Antartico.

Nel 2018, i suoi supermodelli dell’oceano hanno permesso di stabilire una relazione tra la frequenza delle ondate di calore negli oceani e l’aumento della temperatura globale.

Nello studio, pubblicato su “Nature”, ha calcolato che la frequenza delle ondate di calore è raddoppiata dal 1982 a oggi, e dimostrato che la loro probabilità è proporzionale all’innalzamento delle temperature.

Lo studio in questione utilizzava i dati delle osservazioni satellitari e un compendio di modelli di simulazioni della Terra, e ha permesso di prevedere che la frequenza delle ondate di calore “aumenterà di un fattore di 16 con un clima di 1,5° C più caldo rispetto ai livelli preindustriali, e di un fattore di 23 se il riscaldamento globale arriva a 2 gradi Celsius”.

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Gli effetti del riscaldamento globale sugli ecosistemi dell’oceano

Il monitoraggio dei livelli di ossigeno nell’oceano ha permesso di indagare anche le ripercussioni del riscaldamento e dell’acidificazione degli oceani sugli ecosistemi marini. Il fatto che nelle acque che ricoprono il 70 per cento della superficie terrestre i contenuti di ossigeno siano calati così tanto, dagli Anni Sessanta ad oggi, può avere tremende ripercussioni per gli ecosistemi e anche per l’economia della pesca.

I pesci infatti evitano naturalmente le acque carenti di ossigeno, e tendono a spostarsi altrove, col risultato che in alcune aree le reti dei pescatori sono ormai vuote.

Questo, ricorda Thomas Frölicher in una ricerca del 2017, “è molto preoccupante, perché l’oceano garantisce sicurezza alimentare e sostentamento a circa il 15 per cento della popolazione mondiale”.

Le relazioni tra variabili fisiche e geobiochimiche derivate dai supermodelli degli oceani hanno permesso di valutare l’andamento degli eventi climatici estremi, mentre un nuovo Earth System Model ad alta risoluzione ha permesso di comprenderne i fattori scatenanti.

“Sappiamo ancora poco”, si legge nella ricerca, “degli eventi estremi negli oceani, specialmente quelli associati a riscaldamento, acidificazione, deossigenazione e stress dei nutrienti”.

La chiave, anche stavolta, proviene dai modelli dei grandi mari ad alta risoluzione. Integrati con i dati disponibili sugli indici di vulnerabilità delle specie marine, questi modelli hanno permesso al team di Thomas Frölicher di quantificare i livelli regionali di rischio per gli organismi marini in caso di eventi estremi.

Saper prevedere quello che succederà agli oceani è l’unico modo per evitare effetti drammatici e irreversibili di un processo che sta mettendo a dura prova la resilienza degli ecosistemi.

Per farlo, sono necessari enormi modelli matematici come quelli elaborati da Thoams Frölicher, che permettono di individuare relazioni e prevedere le evoluzioni di fenomeni che potrebbero cambiare la Terra per come la conosciamo, favorite anche dai supercomputer di nuova generazione.

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