Circa 60 anni fa, David Keeling iniziò a farsi strada lungo il fianco di Mauna Loa. A 11.135 piedi sul livello del mare, si fermò in un piccolo edificio grigio di cemento, l'unico segno della vita umana tra miglia e miglia di roccia lavica, a parte un annesso a circa 50 metri dall'edificio. Keeling, uno scienziato trentenne della California, inizialmente si era fatto un nome nella comunità scientifica inventando un metodo unico di campionamento del biossido di carbonio, che aveva rivelato alcuni schemi intriganti, vale a dire che la concentrazione atmosferica di biossido di carbonio era relativamente uniforme in tutto l'emisfero settentrionale, con una media di circa 310 parti per milione. Ora, è arrivato sulla cima del vulcano più grande del mondo per verificare un nuovo progetto che sperava potesse cambiare il modo in cui la comunità scientifica ha misurato l'anidride carbonica atmosferica.
Keeling era finito alle Hawaii per volere di Harry Wexler, il direttore della divisione di ricerca meteorologica degli Stati Uniti. Qualche anno prima, Keeling era volato a Washington, DC per incontrare Wexler e, nel giro di poche ore, aveva convinto il direttore a rivedere completamente il programma di misurazione del carbonio del Weather Bureau. Ciò di cui il mondo aveva bisogno, sosteneva Keeling, erano alcuni siti remoti allestiti in tutto il mondo, che misuravano continuamente le fluttuazioni della quantità di anidride carbonica che entrava o usciva dall'atmosfera.
Keeling ha ottenuto il suo desiderio, anche se Wexler non ha necessariamente ottenuto il suo: invece di unirsi all'Ufficio meteorologico, Keeling ha preso posizione presso l'Istituto di oceanografia Scripps, passando sopra un ufficio senza finestre presso l'Osservatorio navale per la brezza oceanica di San Diego. Ma Keeling e Wexler intrattennero una relazione professionale, consentendo sia a Scripps che al governo federale di dare una mano al programma di misurazione in corso a Mauna Loa, un partenariato pubblico e privato che sarebbe continuato per decenni. Nel marzo del 1958, le prime misurazioni continue di biossido di carbonio iniziarono all'osservatorio; mesi dopo, a novembre, Keeling visitò il sito per la prima volta.
Anche a pochi mesi dall'inizio del programma, il monitoraggio a Mauna Loa stava già producendo risultati rivoluzionari. A novembre, quando Keeling ha fatto per la prima volta il trekking tortuoso sul vulcano, le misurazioni hanno mostrato che la concentrazione di anidride carbonica aumenta - lentamente, ma costantemente. Poi, nei mesi estivi, è successo il contrario, con le concentrazioni di anidride carbonica in calo. Il modello si è ripetuto, quasi esattamente, durante il secondo anno di misurazioni. Keeling era affascinato.
"Siamo stati testimoni per la prima volta", ha scritto nella sua autobiografia, "la natura sta ritirando CO2 dall'aria per la crescita delle piante durante l'estate e restituendola ogni inverno successivo." Avevano, in sostanza, catturato un'immagine dell'emisfero settentrionale respirando e rilasciando respiro - espirando anidride carbonica mentre le foreste si spogliavano per l'inverno e inspirando quando le foglie tornavano ogni estate.
L'assorbimento e il rilascio stagionali di anidride carbonica si rivelerebbero solo uno dei fenomeni sbalorditivi illustrati dalle misurazioni del Mauna Loa. Nei prossimi 60 anni, i dati dell'osservatorio rivelerebbero qualcosa di molto più sinistro nell'atmosfera: un rapido aumento di anidride carbonica nell'atmosfera, causato dalla combustione di combustibili fossili.
"Se la razza umana sopravvive nel ventunesimo secolo con il vasto aumento della popolazione che ora sembra inevitabile", ha detto Keeling durante un discorso che presentava le sue ricerche all'American Philosophical Society nel 1969, "le persone che vivevano allora, insieme ad altri loro problemi, potrebbe anche affrontare la minaccia dei cambiamenti climatici causati da un aumento incontrollato di CO2 atmosferica da combustibili fossili ".
La struttura originale dell'Osservatorio di Mauna Loa, soprannominata Keeling Building. (Ted Coran) Circa 400.000 anni fa, un vulcano sottomarino ha sfondato la superficie dell'Oceano Pacifico. Per le successive centinaia di migliaia di anni, il vulcano ha continuato a esplodere in scatti ciclici, crescendo rapidamente fino a quando si è sollevato circa 13.680 piedi sopra il mare. La lava scorreva lungo i fianchi della montagna, alla fine si induriva per formare la maggior parte della Grande Isola delle Hawaii. Per i nativi hawaiani che popolarono per la prima volta l'isola, il vulcano divenne noto come Mauna Loa, o Long Mountain, indicativo delle sue pendenze graduali che comprendono circa 19.000 miglia cubiche, rendendolo il vulcano più grande del mondo. Nel 1951, un piccolo osservatorio meteorologico - soprannominato Mauna Loa Summit Observatory - aprì al vertice, il risultato di un'alleanza tra l'US Weather Bureau, il Park Service, la US Navy e gli operai carcerari, che trascorsero anni a scavare strada che porterebbe alla cima del vulcano. Quattro anni dopo, l'Osservatorio di Mauna Loa fu costruito a poche migliaia di piedi lungo il vulcano dalla struttura originale della vetta; oggi rimane una delle stazioni di osservazione più importanti al mondo.
L'Osservatorio di Mauna Loa è cambiato poco da quando Keeling fece la sua prima visita nel 1968. Un secondo edificio entrò a far parte della struttura originale nel 1997, e la struttura ha impianti idraulici al coperto, rendendo la dependance per lo più obsoleta, almeno per i visitatori. Altri progetti ora competono per il tempo di ricerca presso l'osservatorio; oltre 70 progetti, guidati da istituzioni di tutto il mondo, misurano circa 250 componenti atmosferici, dagli aerosol alle radiazioni solari. Ma sono ancora le continue misurazioni del carbonio dell'osservatorio - la corsa più lunga del mondo - ad attirare più attenzione. Oggi, il grafico basato su tali misurazioni è ampiamente conosciuto con un altro nome: la Keeling Curve, che Thomas J. Barton, ex presidente della American Chemical Society, ha definito "un'icona della scienza moderna".
Le misurazioni del carbonio all'osservatorio sono tratte da campioni di aria prelevati nella parte superiore di una torre di 130 piedi, una struttura evidentemente fuori posto in un ambiente sterile di qualcosa di più alto di un edificio a un solo piano. A centotrenta piedi, l'aria è in gran parte libera dall'inquinamento locale che a volte può essere trasportato sulla montagna da uno strato di inversione che si forma quando il sole riscalda la montagna, aspirando aria da quote più basse durante il giorno e giù durante la notte . Dalla torre, due linee estraggono campioni d'aria in una piccola stanza nel secondo edificio dell'osservatorio. Oggi, sia NOAA che Scripps eseguono programmi di misurazione simultanei a Mauna Loa, utilizzando gli stessi campioni di aria, ma con tecniche leggermente diverse (NOAA ha iniziato il suo programma di monitoraggio negli anni '70 e ha stazioni installate in tutto il mondo, da Mauna Loa a Barrow, Alaska al Polo Sud).
Il dispositivo originale utilizzato da Charles Keeling per misurare le concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica. (Ted Coran) Keeling è morto nel 2005, ma la sua eredità è palpabile in tutto l'osservatorio, dalla targa dedicata all'esterno dell'edificio originale al dispositivo di misurazione del carbonio originale incorporato in Plexiglass nel corridoio del secondo edificio. La sua influenza è forse più notevole, tuttavia, nella dedizione del programma a un'attenta misurazione e calibrazione. I campioni orari sono racchiusi tra 15 minuti di calibrazione su ciascun lato e una calibrazione di un'ora viene condotta ogni 25 ore. Le misurazioni risultanti vengono inoltre eseguite attraverso un programma per computer che contrassegna tutti i dati anomali - qualsiasi cosa con troppe fluttuazioni o un valore superiore al previsto - per l'approvazione manuale. Tutti i dati raccolti vengono inoltre confrontati con altri 15 laboratori in tutto il mondo e i programmi NOAA e Scripps esaminano regolarmente i loro risultati. Di solito, la differenza è così trascurabile da essere praticamente inesistente.
"Se osservi la trama di CO2 a Mauna Loa, la differenza tra il programma [Scripps] e il nostro programma è inferiore allo spessore della linea sulla trama", afferma Pieter Tans, capo del gruppo Carbon Cycle Greenhouse Gases in la divisione di monitoraggio globale del NOAA Earth System Research Laboratory. "È una vera garanzia di qualità."
Il complesso dell'osservatorio di Mauna Loa. (Ted Coran) Ma l'eredità di Keeling di misurazioni meticolose non è l'unica ragione per cui i ricercatori di NOAA e Scripps fanno di tutto per assicurarsi che i loro risultati siano insuperabili. Da quando Keeling ha presentato per la prima volta le sue scoperte all'American Philosophical Society nel 1968, la conclusione che l'anidride carbonica atmosferica è sempre più dovuta principalmente alle azioni dell'umanità è diventata una delle materie più polarizzanti della politica americana. Quasi un quarto degli americani crede che non vi siano prove concrete che la Terra si sia riscaldata negli ultimi decenni, mentre quasi il 30% degli americani non considera il riscaldamento globale come un problema serio.
Nello stesso periodo di tempo, l'anidride carbonica sta entrando nell'atmosfera a un ritmo allarmante, più veloce di qualsiasi altra volta nella storia registrata. Allo stesso tempo, il pianeta ha visto una straordinaria serie di allungamenti della temperatura da record, con 10 degli anni più caldi mai registrati dopo il 1998. Di recente, la misurazione del biossido di carbonio atmosferico a Mauna Loa ha superato 400 parti per milione, un 42 aumento percentuale dai livelli preindustriali. Accertarsi che il loro numero sia innegabile non è solo una buona scienza, ma anche una protezione contro i venti minacciosi di un clima politico tempestoso.
Tuttavia, nonostante tutti i conflitti politici che circondano il cambiamento climatico antropogenico, i ricercatori incaricati di raccogliere i dati a Mauna Loa sono quasi freddamente apolitici. Sia Tans che Ralph Keeling - il figlio di David Keeling, che ha assunto la parte del programma di Scripps dopo la morte di suo padre - vedono il loro ruolo non tanto come influenzare la politica, ma raccogliendo dati importanti.
"Sono entrato in questo campo non per cambiare politica ma per scoprire cose sulla Terra e continuo a vederlo come la mia motivazione principale", afferma Ralph Keeling. "Penso che il processo per capire cosa dovrebbe fare la società e come apportare cambiamenti richiede ancora persone come me che stanno semplicemente raccogliendo fatti." Il resto, dicono lui e Tans, dipende dai politici del mondo.
Mentre il giovane Keeling può credere nel mantenere la politica fuori dalla scienza, ciò non impedisce alla scienza di essere influenzata dalla politica. Almeno la metà del finanziamento della partnership - la parte NOAA - proviene dal governo federale, che negli ultimi anni ha fatto diverse aperture per tagliare i finanziamenti per la ricerca NOAA non legata alle condizioni meteorologiche. Quei capricci politici, tra le altre cose, sono ciò che rende la collaborazione con Scripps così preziosa per la continuità del programma, spiega Tans.
"È possibile che un futuro presidente o congresso decida che il cambiamento climatico è una bufala e che stiamo per ridurre il programma di NOAA", afferma. “Quindi è anche una garanzia contro tali capricci. Non vorremmo che il disco del Mauna Loa fosse sospeso, quindi è importante che non un laboratorio, ma diversi laboratori in diversi paesi, lo stiano facendo tutti. ”
Una vista di Mauna Kea dalla cima dell'Osservatorio di Mauna Loa. (Ted Coran) Garantire un finanziamento costante per la parte del programma Scripps non è privo di insidie. Gli studi di osservazione a lungo termine, spiega Keeling, sono spesso la provenienza delle agenzie federali, che spesso hanno un flusso più prevedibile di finanziamenti per progetti su una linea temporale estesa. Per le agenzie private, l'attenzione è spesso rivolta a nuove scoperte, non al monitoraggio continuo di un fenomeno noto.
"La sfida è che c'è un'aspettativa, come concetto di cosa dovrebbe essere l'impresa scientifica, che dovresti andare in un posto e fare una scoperta e poi dovresti andare in un altro posto e fare un'altra scoperta", dice Keeling . “Questo è stato un problema che mio padre ha dovuto affrontare e, in un certo senso, la comunità coinvolta deve continuare a rispondere. La risposta è che non stiamo solo studiando la stessa cosa più e più volte: stiamo guardando la Terra in un momento di straordinario cambiamento, e sarebbe molto irresponsabile e strano chiudere semplicemente il flusso di informazioni. "
Semmai, il costante monitoraggio del biossido di carbonio atmosferico a Mauna Loa potrebbe essere entrato in una nuova importante fase: il monitoraggio degli sforzi globali per contenere l'inquinamento da gas serra. A dicembre, quasi 200 nazioni si sono incontrate a Parigi e hanno concordato di adottare sforzi volti a mantenere il mondo ben al di sotto dei 2 gradi Celsius del riscaldamento, il limite di consenso per quando le conseguenze dei cambiamenti climatici diventerebbero molto, molto gravi. Gli ambientalisti e gli scienziati del clima hanno generalmente applaudito all'accordo, ma c'era un punto principale di preoccupazione: come farebbe il mondo a sapere se i paesi si attengono alle loro promesse? Come possiamo essere sicuri che l'accordo funzionasse davvero?
È qui che Tans di NOAA ritiene che il programma di misurazione del carbonio possa essere utile, e dove vede il programma andare, almeno in parte, in futuro.
"È necessario un modo per verificare obiettivamente in che misura queste politiche abbiano effettivamente successo. Pensiamo da molto tempo a come possiamo fare questo, come possiamo fare misurazioni in modo tale che se un obiettivo politico è il 20 percento in meno di emissioni in 10 anni, possiamo davvero misurarlo dall'atmosfera? ”Tans dice.
I ricercatori di NOAA si sono esercitati a misurare fonti conosciute di metano negli Stati Uniti per cercare di misurare e quantificare le riduzioni delle emissioni di gas serra. Ora stanno rivolgendo la loro attenzione all'anidride carbonica nelle città, cercando di escogitare un metodo in grado di catturare i cambiamenti delle emissioni di carbonio a livello di città e persino di stabilire se quel carbonio proviene da una fonte naturale o dalla combustione di combustibili fossili .
Per un progetto che ha trascorso più della metà del secolo scorso a tramare la pericolosa influenza dell'umanità sul clima, è una prospettiva di speranza. "Se l'accordo di Parigi dà i suoi frutti e porta a una riduzione delle emissioni, inizieremo a vederlo comparire nel record del Mauna Loa e sarà una nuova scoperta, vedremo che gli umani stanno piegando la curva", Ralph Keeling dice. "Sono ansioso di continuare a mostrare che esiste una manopola di controllo che possiamo esercitare."
