La Terra è grossomodo sferica e questo ha importanti ripercussioni sulla distribuzione superficiale dell'energia proveniente dal Sole. Infatti, a seguito della forma sferica, la quantità di energia che raggiunge il suolo per unità di superficie è più grande in prossimità dell'equatore che in prossimità dei poli. In particolare, la quantità di energia che raggiunge le nostre latitudini è circa il 30% in meno di quella che raggiunge l'equatore, a parità di superficie. Questo è il motivo per cui ai poli fa mediamente più freddo che all'equatore. Potremmo pertanto dire che la differenza termica tra equatore e poli è proprio una delle testimonianze indirette del fatto che la Terra è sferica e non piatta. La diversa distribuzione dell'energia ricevuta dal Sole, a parità di latitudine (cioè per una stessa distanza dall'equatore) non è sempre la stessa nel corso dell'anno. Questo è dovuto al fatto che l'asse di rotazione del nostro pianeta è inclinato rispetto al piano ove avviene la sua rivoluzione attorno al Sole. In particolare, nel periodo che va da aprile a settembre, l'emisfero nord riceve più energia dell'emisfero sud. Per questo motivo, mediamente, nell'emisfero nord fa più caldo che nell'emisfero sud durante il semestre aprile-settembre. Al contrario, nel semestre ottobre-marzo, fa mediamente più caldo nell'emisfero sud che nell'emisfero nord (fig. 1).

In base a queste considerazioni si potrebbe concludere che le differenze termiche osservate sulla superficie della Terra siano esclusivamente legate alla distanza dall'equatore, in particolare più me ne discosto e più sentirò freddo. Il termina clima deriva proprio dal vocabolo greco klima che significa proprio “inclinazione” e si riferisce all'inclinazione dell'asse terrestre in quanto i filosofi naturali si erano già resi conto dell'importanza della sfericità della Terra e dell'inclinazione del suo asse. Quello che si osserva in realtà, però, è qualcosa di diverso. Le coste europee, statunitensi e canadesi che si affacciano sull'Atlantico, infatti, mostrano climi completamente diversi. Può sembrare strano ma New York e Napoli sono grossomodo alla stessa distanza dall'equatore, cioè alla stessa latitudine, pertanto dovrebbero avere lo stesso clima, cosa palesemente non vera. Queste osservazioni colpirono molto i primi esploratori e furono uno dei motivi per cui gli amministratori statunitensi svilupparono ben presto una marcata sensibilità per la raccolta di dati meteorologici. Si pensi, a titolo d'esempio, che Thomas Jefferson, autore della Dichiarazione di Indipendenza degli Stati Uniti e in seguito Presidente, raccoglieva sistematicamente le misurazioni giornaliere di temperatura e piovosità nella sua tenuta.

Per spiegare le differenze osservate nei climi alle diverse latitudini è necessario conoscere non solo quanta energia riceve dal Sole la superficie terrestre, ma anche come questa viene ridistribuita sul nostro pianeta attraverso i moti delle masse d'acqua negli oceani e delle masse d'aria in atmosfera. Per procedere è necessario ricordare che la nostra Terra, oltre a essere sferica, gira anche attorno a se stessa da ovest verso est. Questo fatto ha delle importanti ripercussioni sui moti planetari delle masse d'aria e d'acqua. A causa della rotazione della Terra, infatti, i moti del fluido (aria o acqua) da sud verso nord vengono deviati verso est mentre i moti da nord a sud vengono deviati verso ovest. Questa deviazione, scoperta dal matematico francese Coriolis, fa sì che alle medie latitudini, (grossomodo a metà distanza tra poli ed equatore) le masse d'aria si spostino da ovest verso est. Anche le masse d'acqua tenderebbero a muoversi come l'aria da ovest verso est, ma questo movimento è ostacolato dalla presenza dei continenti. Per questo motivo negli oceani si creano delle correnti che lentamente fanno circolare l'acqua calda in superficie da sud-ovest verso nord-est e l'acqua fredda, sul fondo, da nord-est verso sud-ovest. Queste correnti prendono il nome di corrente del Golfo nell'Oceano Atlantico e di corrente di Kurushio nell'Oceano Pacifico. Al loro interno il movimento dell'acqua è molto lento, tanto che un ciclo completo avviene con tempi dell'ordine del centinaio d'anni (fig. 2).

Il risultato di questo perenne movimento è che nell'emisfero nord l'acqua calda che si trova in prossimità dell'equatore viene spinta verso il bordo nord occidentale dei continenti. In particolare nell'Atlantico l'acqua più calda viene spinta dal Golfo del Messico verso le coste della Gran Bretagna, Irlanda e Scandinavia e lontano dalle coste orientali degli Stati Uniti e del Canada. Questa differenza è il principale motivo per cui, a parità di latitudine, le coste nord-occidentali dell'Europa sono più calde delle coste nord-orientali degli Stati Uniti e del Canada. Anche prendendo in considerazione gli effetti mitigatori dell'acqua e della disposizioni delle correnti oceaniche, però, non si riesce ancora a rendere conto totalmente delle differenze climatiche osservate, in particolare le coste europee che si affacciano sull'Atlantico sono ancora “troppo calde” rispetto a quanto ci si potrebbe aspettare. Infatti sono anche più calde delle omologhe coste statunitensi e canadesi che si affacciano sul Pacifico e che beneficiano degli effetti della corrente di Kurushio.

Un ulteriore effetto da prendere in considerazione per spiegare queste differenze è quello dell'inerzia termica dai bacini d'acqua e della loro influenza sul riscaldamento delle masse d'aria. L'acqua, infatti, riesce ad immagazzinare una maggiore quantità di energia proveniente dal Sole che può pertanto essere in seguito rilasciata un po' come avviene nei radiatori all'interno delle case. Mediamente, quindi, le zone che si trovano in prossimità dei bacini d'acqua sono più fresche in estate e calde in inverno. Ora questo effetto mitigatore dell'acqua viene modulato dai movimenti delle masse d'aria che ricevono il calore dell'acqua e lo portano con sé.

Recentemente, in particolare, grazie alle simulazioni numeriche si è potuto quantificare l'effetto dei rilievi montuosi sui movimenti delle masse d'aria in atmosfera e si è visto che, in particolare, a causa della presenza delle Montagne Rocciose, i moti planetari delle masse d'aria non sono mediamente paralleli all'equatore (come dovrebbe accadere se la Terra fosse liscia quanto una palla da biliardo) ma si generano degli ampi meandri delle dimensioni di interi continenti. Di conseguenza le masse d'aria provenienti dal Pacifico (mediamente più miti) non arrivano direttamente in America settentrionale, ma vengono deviate verso sud. Pertanto il continente nordamericano e le sue coste che si affacciano sul Pacifico saranno mediamente più fredde delle omologhe coste atlantiche dell'Europa che, al contrario, sono aperte ai flussi miti atlantici, dato che non esistono in Europa sbarramenti analoghi alle Montagne Rocciose. Le Alpi, infatti, oltre ad avere un'estensione e altezza mediamente inferiore, sono anche orientate da ovest verso est, e non costituiscono uno sbarramento ai flussi atlantici. Tenendo conto complessivamente sia degli effetti della corrente del Golfo che degli effetti mitigatori dell'oceano Atlantico e della deviazione delle masse d'aria prodotte dall'orografia si riesce a spiegare la differenza osservata nelle temperature medie delle coste europee e nordamericane.

Prima di concludere questa discussione è opportuno spezzare una lancia nei confronti delle nostre Alpi che, pur se non hanno gli stessi effetti delle Montagne Rocciose sul clima planetario, sono comunque estremamente importanti per il clima italiano e in particolare dell'Italia settentrionale. Infatti, grazie alla loro orientazione da ovest verso est le Alpi offrono all'Italia un riparo dalle correnti d'aria fredde che, a seguito dei meandri planetari sopra ricordati, alle volte cercano di entrare nel Mediterraneo. Questa sorta di scudo naturale rivolto contro le correnti fredde da nord, agevola l'instaurazione sull'Italia di un clima mite, secco in estate e relativamente piovoso in inverno che prende il nome di “clima mediterraneo”.