Trasmissione della peste e clima nell’Europa preindustriale

Pubblicato da Franco Zavatti il 21 Aprile 2021

L’8 gennaio 2021 Luigi Mariani ha pubblicato su CM il commento ad un articolo (Yue e Lee, 2018) che analizzava l’insorgere e la diffusione della peste in Europa e Nord Africa tra il 1347 e il 1760 in connessione a periodi climatici freddi.
Personalmente, non sarei mai arrivato alla rivista di medicina (BMC Infectious Diseases) dove l’articolo è stato pubblicato e aver potuto conoscere questo lavoro lo considero un merito di Luigi. A mio parere il lavoro è stato importante anche perché ha reso disponibile (e ha permesso di conoscere) la serie annuale che elenca gli scoppi (gli eventi, pari a 6929) di peste nelle aree di cui si parla, pubblicata da Büntgen et al., 2011 e mostrata con il suo spettro in figura 1.

Fig.1: Grafico della serie degli eventi di peste in Europa e Nord Africa (Büntgen et al., 2011), con alcune annotazioni di carattere storico, e suo spettro MEM.

La “Black Death” del 1347, indicata in figura 1, è l’evento che in italiano è stato chiamato “peste nera”. Ho indicato anche la peste di Marsiglia del 1720 perché, pur essendo un evento limitato alla sola città, ha ucciso quasi la metà della popolazione. La peste del 1630, narrata da Manzoni nei Promessi Sposi, è avvenuta nel mezzo della guerra dei trent’anni che ha insanguinato l’Europa. Lo spettro è caratterizzato da un notevole numero di massimi sui quali spicca (non si apprezza bene perché la scala è logaritmica) quello a 20-21 anni e tra i quali non è presente il massimo a 32 anni di cui si discuterà in seguito.

Lo scopo di Yue e Lee è quello di verificare la dipendenza dell’insorgere della peste da fattori climatici, tipo la minore temperatura e la siccità, e quindi derivano, per confronto, le due serie della temperatura e dell’indice di siccità di Palmer (PDSI); in particolare, per la temperatura indicano

Our temperature data is extracted from the reconstructed temperature dataset compiled by Büntgen et al. [29] (Fig. 2a). In the dataset, the temperature anomaly series is derived with respect to the period of AD1901–2000.

Il lavoro di Büntgen citato è Büntgen et al. (2011) ma la figura 2a non riporta il grafico della temperatura. La figura giusta è la 4, dove la temperatura è disponibile come un grafico poco leggibile che gli autori sembrano aver digitalizzato (non ho trovato indicazioni di un dataset numerico disponibile); l’informazione importante, che hanno fornito in modo errato (“… total of 1547 tree ring chronologies are used for the annual temperature reconstruction”), è che la temperatura è quella estiva (JJA, giugno, luglio, agosto). Come si possa verificare una correlazione tra bassa temperatura e peste utilizzando la sola temperatura estiva, per me è difficile da capire; ritengo poi ulteriormente scorretto discretizzare i dati di una figura senza fornire i valori numerici ottenuti come approssimazione dei dati originali.
Questo fatto ha quindi costretto me a discretizzare la loro figura 2, aggiungendo incertezza ad incertezza.

Yue e Lee usano la causalità alla Granger per dimostrare la relazione di causa-effetto e la direzione di tale relazione tra temperatura (bassa) e insorgenza della peste ma, a parte l’uso delle temperature estive, Koutsoyiannis e Kundzewicz (2020) hanno illustrato come la causalità alla Granger usi in realtà la matrice di correlazione e che, quindi, si tratta sempre di correlazione, non di causalità.

Fig.2: Anomalia della temperatura estiva (base 1901-2000 CE), definita da Yue e Lee come “anomalia di temperatura annuale”, e suo spettro LOMB. La seconda digitalizzazione (la mia) è stata fatta con il passo di 1 pixel.

Con i dubbi espressi sulla temperatura usata nel lavoro di Yue e Lee (2018) ho preferito utilizzare anche ETA, l’anomalia di temperatura media annuale europea (base 1961-90) che i lettori di CM trovano anche tra i widget della home page, ha il vantaggio di essere appunto la media annuale osservata in 29 stazioni europee e come tale lo svantaggio, in questo caso, di avere una estensione temporale inferiore a quella della serie degli eventi di peste. Il grafico di ETA è in figura 3 mentre il link al suo spettro MEM è in didascalia.

Fig.3: Serie di ETA (European Temperature Anomaly) tra il 1655 e il 1900, qui nella forma detrended. Nel sito di supporto è disponibile la serie numerica completa (1655-2016); lo spettro MEM è separato.

L’indice di siccità PDSI è “obtained from the Old World Drought Atlas (OWDA) by Cook et al. [36] (Fig. 2b). The OWDA is a self-calibrated PDSI database at annual time step based on uniform tree ring chronology across the entire continent of Europe, with its negative value representing dry conditions and vice versa“. Il riferimento bibliografico è a Cook et al., 2015. Non ho commenti da fare sulla serie OWDA. Ancora una volta gli autori non specificano che PDSI è riferito al periodo estivo (JJA).

Fig.4: Indice di siccità di Palmer (PDSI) e suo spettro MEM. Viene considerato un indice che tiene conto della risposta dei sistemi biologici alle variazioni idrologiche.

I confronti

Yue e Lee producono alcune serie di analisi di correlazione fatte con le wavelets. Io non ho il software per realizzare le stesse analisi per cui mi limito a confrontare gli spettri MEM e LOMB e gli spettri wavelets delle quattro serie utilizzate. Le funzioni di cross-correlazione (CCF) tra le serie climatiche e la serie della peste sono disponibili nel sito di supporto.
Un primo esempio è il confronto fra ETA e la serie di peste (Figura 5), seguito dal confronto fra la temperatura estiva JJA e la peste (Figura 6), e da quello tra PDSI e peste (Figura 7).

Fig.5: Confronto fra gli spettri MEM di ETA e degli eventi di peste. Non tutte le coincidenze, indicate dalle frecce, sono elencate e in particolare una attorno a 28 anni.
Fig.6: Confronto fra gli spettri MEM della temperatura estiva JJA e degli eventi di peste. Non tutte le coincidenze, indicate dalle frecce, sono elencate e in particolare due attorno a 20-22 anni.
Fig.7: Confronto fra gli spettri MEM dell’indice di siccità di Palmer e degli eventi di peste. Non tutte le coincidenze, indicate dalle frecce, sono elencate e in particolare nella zona di alta frequenza (breve periodo).

I confronti precedenti ci dicono che alcuni massimi spettrali coincidono approssimativamente negli spettri della coppia di serie considerate; quindi si osservano ciclicità comuni, anche se la causa di queste oscillazioni potrebbe essere diversa nelle singole serie. Come si è accennato all’inizio, l’uso del test di Granger non garantisce la causalità e il suo verso.

Fig.8: Confronto fra gli spettri wavelets delle quattro serie considerate. Viene confermata la saltuaria concordanza di periodi già evidenziata nelle figure precedenti.

Dal confronto tra gli spettri si può dedurre una certa correlazione fra loro, con 4-6 coincidenze nei massimi spettrali. Solo il confronto ETA-peste sembra meno promettente, ma in questo caso mancano oltre 300 anni di dati.
Gli autori, nella discussione delle correlazioni tra le serie, fanno spesso riferimento a un periodo di 32 anni che negli spettri wavelet appare saltuario o in gran parte posto all’esterno del cono di accettazione: solo nella serie della peste è presente tra il 1500 e il 1650. Anche gli spettri Mem e Lomb confermano la non esistenza o, al massimo, la debolezza di questo massimo spettrale. Solo lo spettro di ETA mostra un picco ben visibile di periodo 35 anni.
L’aspetto più strano è che parte della concordanza deriva dal confronto con le temperature estive, il che sembrerebbe contraddire una delle conclusioni principali dell’articolo di Yue e Lee “there are more frequent plague outbreaks in a cold and arid climate”.
A conferma delle perplessità generate anche dall’analisi degli spettri wavelets, mostro in figura 9 le quattro serie, sovrapposte e sulla stessa base temporale, per verificare de visu l’affermazione degli autori. Sembra che solo il periodo attorno alla peste manzoniana coincida con una temperatura relativamente bassa, ma con indice di siccità tendente verso una situazione umida.

Fig.9: Le quattro serie sovrapposte: raramente esiste una concordanza tra bassa temperatura, clima arido e maggiore frequenza degli episodi di peste. La stessa figura, espansa e con bande colorate per una migliore lettura è visibile qui. Ricordiamolo: “there are more frequent plague outbreaks in a cold and arid climate“.

Anche il breve tratto in comune tra ETA e peste sembra mettere in discussione le conclusioni dell’articolo: notiamo che sia l’alta temperatura e la siccità, sia l’esatto contrario, coincidono con una bassa frequenza di eventi di peste, anche se si utilizzano le temperature JJA.

Commenti conclusivi

Per quanto ho potuto capire dall’articolo di Yue e Lee, continuo a credere che sia un lavoro interessante e da leggere, anche se le conclusioni che gli autori derivano non sembrano consistenti con le serie utilizzate.

Noi tutti, in periodo di covid-19, “sappiamo” che i virus si sviluppano meglio nei periodi freddi e che questi periodi sono da temere più di quelli caldi: dopo la lettura di questo lavoro, però, può sorgere la convinzione che il virus (almeno quello della peste) sia abbastanza indifferente alla temperatura e che solo casualmente la sua efficacia sia associabile alla bassa temperatura e all’aridità.

Bibliografia

  • Ulf Büntgen, Willy Tegel, Kurt Nicolussi, Michael McCormick, David Frank, Valerie Trouet, Jed O. Kaplan, Franz Herzig, Karl-Uwe Heussner, Heinz Wanner, Jürg Luterbacher, Jan Esper: 2500 Years of European Climate Variability and Human SusceptibilityScience, 331 (6017), 578, 2011. Supporting material
  • Ulf Büntgen, Christian Ginzler, Jan Esper, Wil Digitizing Historical PlagueClinical Infectious Diseases, 55,11, 1586-1588, 2012. See also non-pdf and the Dataset
  • Cook ER, Seager R, Kushnir Y, Briffa KR, Büntgen U, Frank D, Krusic PJ, Tegel W, van der Schrier G, Andreu-Hayles L.: Old world megadroughts and pluvials during the common eraSci Adv., 1(10),e1500561, 2015. https://doi.org/10.1126/sciadv.1500561
  • Koutsoyiannis D., Kundzewicz Z.W.: Atmospheric Temperature and CO2: Hen-Or-Egg Causality? (Version 1) Sci, 2-72, 1-27, 2020. https://doi.org/10.3390/sci2030072
  • Yue Ricci P. H., Lee H.F.: Pre-industrial plague transmission is mediated by the synergistic effect of temperature and aridity indexBMC Infectious Diseases, 18, 134, 2018. https://doi.org/10.1186/s12879-018-3045-5.

FONTE

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