La meteorologia come scienza autonoma

Il contributo è tratto da Storia della civiltà europea a cura di Umberto Eco, edizione in 75 ebook

Nell’Ottocento, gli studi meteorologici registrano un progresso senza precedenti, tanto che il sogno di scrivere una storia naturale dell’atmosfera e di prevederne i mutamenti appare sempre più realizzabile. Grazie all’ideazione e al perfezionamento di strumenti meteorologici e a innovazioni rivoluzionarie, la meteorologia acquisisce sempre più uno statuto disciplinare autonomo, emancipandosi dalla tradizionale sudditanza nei confronti dell’astronomia.

Aspetti generali

Il XIX secolo inaugura una nuova epoca per la storia della meteorologia. Consolidata infatti la grande eredità metodologica e scientifica acquisita nei due secoli precedenti, la meteorologia ottocentesca si costituisce definitivamente come disciplina che studia le proprietà fisiche e dinamiche dell’atmosfera, e i fenomeni atmosferici divengono oggetto di rigorose trattazioni a livello quantitativo e matematico. Nel 1856, William Ferrel pubblica Saggio sui venti e le correnti dell’oceano, in cui espone un modello della circolazione dell’atmosfera fondato sulla teoria del moto relativo di Gustave-Gaspard Coriolis, e successivamente, tra il 1860 e 1889, propone due ulteriori versioni sulla circolazione generale dell’atmosfera che pongono le basi per lo sviluppo della futura meteorologia dinamica.

Nel corso del XIX secolo si arriva alla conquista dell’aria, non solo in virtù di più solide e raffinate conoscenze relative allo stato chimico e fisico dell’aria o grazie a una migliore conoscenza teorica dei fenomeni meteorologici, ma soprattutto per l’utilizzazione di rivoluzionarie innovazioni tecnologiche.

Ai determinanti risultati ottenuti, in questo periodo, con l’impiego degli aerostati e di strumenti meteorologici sempre più perfezionati, e grazie all’uso del telegrafo, si affiancano i fondamentali contributi di numerosi scienziati, tra cui Alexander Humboldt, Heinrich Wilhelm Dove, John Dalton, autore delle Meteorological Observations and Essays, Hermann Ludwig von Helmholtz e Vilhelm Bjerknes che compie importanti studi sui moti atmosferici.

Estensione delle osservazioni alle zone più alte dell’atmosfera

Le entusiasmanti e avventurose ascensioni dei primi aeronauti aprono nuove prospettive sugli studi meteorologici e consentono il superamento dei limiti imposti dalle tradizionali osservazioni effettuate in superficie.

Tramite l’impiego di palloni aerostatici, infatti, gli scienziati possono finalmente effettuare escursioni scientifiche in zone dell’atmosfera prima inaccessibili. Joseph-Louis Lussac e Jean-Baptiste Biot si avventurano in pionieristiche ascensioni, raccogliendo dati e osservazioni sui principali fattori atmosferici a una quota superiore ai 4 mila metri, altezza che in pochi giorni lo stesso Lussac supera di quasi 3 mila metri, in un’impresa solitaria.

Le esplorazioni nella libera atmosfera non vengono eseguite solo tramite il lancio di palloni muniti di equipaggio, ma anche con altri sistemi. Nel corso dell’Ottocento vengono proposte varie soluzioni per migliorare e semplificare le osservazioni sul vento in alta quota, dall’adozione di cervi volanti all’impiego di palloni pilota, di palloni frenanti e di palloni sonda muniti di strumenti multipli e registratori. Inoltre, sul finire del secolo, i rilevamenti effettuati in alta quota da Teisserenc de Bort (1885-1913) e Richard Assmann (1845-1918) permettono la scoperta della stratosfera.

Meteorologia strumentale

L’affinamento degli strumenti meteorologici rappresenta indubbiamente un altro determinante aspetto dell’impetuosa crescita delle conoscenze meteorologiche avvenuta nel corso dell’Ottocento; in questo periodo, infatti, vengono realizzati strumenti sempre più affidabili e di diversa concezione rispetto alle epoche precedenti. Lo strumento meteorologico più diffuso e popolare è il barometro, di cui vengono realizzati anche modelli di uso domestico. Grazie all’adozione di scale munite di nonio e ai perfezionamenti tecnici, il barometro garantisce misurazioni sempre più precise: Jean-Nicolas Fortin, Alexander Adie e molti altri costruttori di strumenti apportano importanti modifiche nei barometri a mercurio che dalla metà del secolo, con il barometro nautico Kew, possono essere impiegati senza particolari difficoltà anche sulle navi. Ma la barometria raggiunge il suo massimo sviluppo nella realizzazione di barometri aneroidi (senza liquido), strumenti molto funzionali e pratici, basati sulla misurazione degli effetti che la pressione atmosferica produce su un congegno metallico ermetico all’interno del quale si è praticato un certo vuoto. Lucien Vidie e il suo antagonista Eugène Bourdon inventano barometri aneroidi facilmente trasportabili che riscuotono grande successo.

Anche altri strumenti meteorologici segnano decisi passi avanti: il dispositivo di Bourdon, ad esempio, viene adottato con opportune modifiche anche per i termometri; John Leslie e James Glaisher, invece, apportano brillanti innovazioni negli igrometri. Il progredire degli studi igrometrici è senz’altro legato all’uso di apparecchi a condensazione – ricordiamo, ad esempio, John Frederic Daniell, inventore dell’igrometro a condensazione, in seguito perfezionato da Victor Regnault – e all’acquisizione del concetto di umidità relativa che viene misurata con psicrometri, strumenti realizzati e perfezionati durante la prima metà del secolo grazie agli studi di John Leslie, Ernst Ferdinand August e Richard Assmann.

Nel 1886 Ferrel pubblica le prime tavole psicrometriche per la misurazione dell’umidità dell’aria, ma finalmente con l’ideazione degli psicrometri i dati igronometrici non sono più limitati alla tradizionale rilevazione dell’umidità assoluta. Un altro strumento ottocentesco è il piroeliometro, pensato da Claude-Servais-Mathias Pouillet (1791-1868) per la misurazione dell’intensità della radiazione solare sulla superficie terrestre.

Inoltre, per quanto riguarda i dati anemoscopici e anemometrici, l’Ottocento segna un deciso avanzamento qualitativo con la determinazione del vento in quota e la realizzazione di efficaci strumenti per la misurazione dell’intensità del vento, fattore decisamente trascurato nelle epoche precedenti; così, nel corso del secolo, viene adottata la scala per la determinazione della forza del vento, proposta nel 1805 da Francis Beaufort (1744-1857). I fisici ottocenteschi soddisfano l’esigenza di annotare sistematicamente e automaticamente le variazioni delle grandezze atmosferiche a lungo periodo con l’ideazione e la realizzazione di efficienti strumenti registratori e durante il secolo vengono prodotti nuovi modelli di barografi, come quello proposto nel 1858 da Angelo Secchi (1818-1878) che riscuote un notevole successo e viene poi trasformato in meteorografo, strumento registratore multiplo.

Meteorologia sinottica

Nella storia della meteorologia, una parte considerevole di studi è dedicata ai tentativi di anticipare e quindi di prevedere gli eventi atmosferici, esigenza primaria, data la grande incidenza dei fenomeni atmosferici sulle attività umane. Sono facilmente immaginabili, ad esempio, i benefici apportati da un’affidabile meteorologia previsionistica nel settore agricolo o dei trasposti marittimi, basati prevalentemente sulla navigazione a vela. Durante l’Ottocento, questo sogno si concretizza in parte e assume connotati sempre più realistici: è infatti sempre più evidente che la possibilità di prevedere gli eventi atmosferici si basa sulla costituzione di solide organizzazioni sovranazionali e sull’affermazione del modello scientifico baconiano che si era venuto rafforzando già nelle epoche precedenti. Le ambizioni della meteorologia previsionistica ottocentesca sono connesse alla costituzione di un sapere che garantisca la piena comunicabilità fra le comunità scientifiche, tramite l’adozione di linguaggi e metodi scientifici standardizzati, che consentano l’effettivo scambio di osservazioni e informazioni sul clima.

Nel 1854, i gravi danni subiti dalla flotta franco-inglese, travolta da una violenta tempesta nel Mar Nero, durante la guerra di Crimea, confermano la necessità di uno scambio di osservazioni e informazioni sul clima. L’astronomo Le Verrier (1811-1877), incaricato di spiegare le cause del disastro, dimostra infatti l’aspetto migratorio del fenomeno e chiarisce che, con un adeguato servizio internazionale di rilevamento, la tempesta sarebbe stata prevista. Forte di questa consapevolezza e con l’appoggio di Napoleone III, Le Verrier avvia successivamente la costituzione di una rete sinottica comprendente la Francia, molte città europee e parte della Tunisia; si diffonde così la convinzione che la possibilità di prevedere le condizioni climatiche non sia una mera utopia. Gli studi di Christoph Heinrich Diederich Buys-Ballot sulla connessione fra mutamenti meteorologici e pressione atmosferica, e la redazione delle prime carte meteorologiche inducono addirittura a eccessivi entusiasmi: questo sistema previsionistico, fondato prevalentemente sulla determinazione della direzione e della velocità del vento tramite le linee isobare, rivelerà ben presto i propri limiti.

Una radicale svolta nello sviluppo della meteorologia sinottica è connessa all’invenzione e all’uso del telegrafo che mette a disposizione degli scienziati un formidabile mezzo di comunicazione, consentendo la tempestiva trasmissione dei bollettini meteorologici compilati dalle stazioni di rilevamento di diversi Paesi. La maggiore rapidità d’informazione e la presenza di aree sempre più estese di osservazione rendono infatti più attendibili le previsioni sulle condizioni e sulle variazioni degli agenti atmosferici. Del resto i tentativi di collaborazione e comunicabilità dei risultati delle osservazioni meteorologiche sono determinanti per le sorti della meteorologia ottocentesca: il telegrafo elettrico, divenuto di uso pratico con Samuel Finley Breese Morse rappresenta indubbiamente un contributo fondamentale.

Intorno alla metà del secolo, oltre ai servizi di informazione meteorologica attivati da LeVerrier e Buys-Ballot, si registrano numerosi esperimenti e tentativi di realizzare reti sinottiche, come quelli compiuti dalla Royal Meteorological Society e dal fisico americano Joseph Henry. Nel 1849, un altro scienziato americano, James Pollard Espy (1875-1860), propone di approntare un servizio quotidiano di bollettini, in modo da poter costruire carte sinottiche del tempo, indicanti i valori massimi e minimi della pressione nelle varie località, la quantità delle precipitazioni e la direzione del vento, utilizzando particolari simboli meteorologici. Il ricorso sempre più sistematico e rigoroso a simboli meteorologici nella compilazione delle carte del tempo è un’altra peculiarità significativa dell’Ottocento: compare la prima mappa planetaria della pressione e vengono pubblicate le prime carte mondiali delle precipitazioni.

Aspetti istituzionali

All’interno della comunità scientifica ottocentesca è viva la consapevolezza che tutti i risultati raggiunti – una raccolta quantitativamente impressionante di dati che è possibile trasmettere a una velocità prima impensabile – sarebbero stati vani senza il ricorso a metodi standardizzati di rilevamento e comunicazione, senza cioè la costituzione di un linguaggio comune, un problema antico e in gran parte irrisolto, relativo soprattutto alla meteorologia descrittiva: l’osservazione, la descrizione e la classificazione dei fenomeni atmosferici sono ancora arbitrari e soggettivi. La classificazione delle nuvole enunciata da Luke Howard (1772-1864) rappresenta uno dei tentativi di normalizzazione.

Oltre alla definitiva soluzione dei problemi che potremmo definire storici, e indubbiamente decisivi per le sorti della meteorologia, connessi essenzialmente all’uniformità dei dati rilevati, alla standardizzazione delle procedure di rilevamento e alla comparabilità degli strumenti, la meteorologia ottocentesca sente fortemente l’esigenza di acquisire un ruolo istituzionale ben definito. Non a caso nel corso del secolo emerge sempre più nitidamente la figura professionale del meteorologo che comincia ad assumere connotati e ruoli ben definiti, lontani dal dilettantismo o dalla sudditanza agli studi astronomici che ne avevano caratterizzato l’attività nei periodi precedenti. Ancora numerosi scienziati e cultori di questa disciplina continuano tuttavia ad essere prevalentemente degli astronomi, come Le Verrier, noto al grande pubblico soprattutto per la scoperta del pianeta Nettuno, o il padre gesuita Angelo Secchi, fondatore del Servizio Meteorologico Italiano.

Nel corso dell’Ottocento, la meteorologia si caratterizza quindi come disciplina specifica e autonoma. Dall’inizio del secolo a Firenze, come del resto in molte altre città italiane con solida tradizione di studi meteorologici, le osservazioni presso l’Osservatorio ximeniano non sono più irregolari o subalterne alle osservazioni astronomiche, e il direttore Giovanni Inghirami (1799-1851) attiva un importante osservatorio. Nel 1839 Vincenzo Antinori (1792-1865), direttore del Museo di Fisica e Storia Naturale di Firenze e fautore degli studi meteorologici, tenta di realizzare una stazione meteorologica centrale italiana. Esposto e difeso durante i congressi scientifici tenutisi nella prima metà dell’Ottocento, il suo progetto termina però nel 1858 con la pubblicazione dell’Archivio meteorologico centrale italiano.

Nell’arco dell’Ottocento vengono organizzate le prime riunioni di meteorologi, sia a livello nazionale sia a dimensione internazionale, e nel 1851 l’oceanografo americano Matthew Fontaine Maury, autore di una nota teoria sulla circolazione generale dell’atmosfera, propone la costituzione di un Ufficio meteorologico centrale per aumentare la sicurezza della navigazione internazionale. A questo scopo, e sempre sotto suggerimento di Maury, nel 1853 viene indetta a Bruxelles un’importante conferenza, che possiamo considerare come il primo incontro a livello internazionale che pone all’ordine del giorno argomenti specificamente meteorologici, mentre in Inghilterra viene creato un Dipartimento meteorologico diretto dall’ammiraglio Robert Fitzroy (1805-1865), un pioniere negli studi sulla formazione di alcuni sistemi meteorologici. La conferenza internazionale di Lipsia del 1872 precede il primo Congresso meteorologico internazionale di Vienna, dove viene proposta anche la costituzione di un fondo internazionale per la meteorologia. In questi anni di vivace dibattito e di crescita istituzionale nasce anche l’Organizzazione Meteorologica Internazionale (OMI) e nel 1879 a Roma viene celebrato il secondo Congresso meteorologico internazionale.