Effetto serra

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L'effetto serra è un fenomeno naturale consistente nella modifica dell'equilibrio termico di un pianeta o di un satellite grazie alla presenza di un'atmosfera contenente alcuni gas che, per le proprie particolari proprietà molecolari, assorbono e riemettono la radiazione infrarossa. Il nome deriva per similitudine con quanto avviene nelle serre per la coltivazione.

Scambio radiativo ed influenza dell'effetto serra atmosferico.

I raggi solari a corta lunghezza d'onda penetrano facilmente nell'atmosfera raggiungendo in buona parte la superficie del pianeta, dove vengono in parte riflessi ed in parte assorbiti dalla superficie e convertiti in calore. Il calore viene dissipato verso lo spazio sotto forma di irraggiamento infrarosso, secondo la legge del corpo nero o legge di Stefan-Boltzmann. L'interferenza dei gas serra alla dissipazione della radiazione infrarossa comporta l'innalzamento della temperatura superficiale fino al raggiungimento di un punto di equilibrio tra radiazione solare in arrivo e infrarossa in uscita.

In assenza di gas serra la temperatura superficiale media della Terra sarebbe di circa -18 °C mentre il valore effettivo è di circa +14 °C, molto al di sopra del punto di congelamento dell'acqua, il che consente la vita come noi la conosciamo. È importante rilevare che l'acqua, sotto forma di vapore, costituisce essa stessa il più potente gas serra atmosferico.

L'inquinamento atmosferico dovuto alla continua e crescente combustione di fonti fossili a scopo energetico, alla deforestazione tropicale, all'agricoltura industrializzata e all'estensione della zootecnia, comporta un aumento dei gas serra in atmosfera in particolare dell'anidride carbonica (CO2), del metano (CH4), del protossido di azoto o ossido di diazoto (N2O) e dell'ozono (O3). Quanto agli effetti sul vapore acqueo essi sono indiretti (aumento dell'evaporazione dalla superficie oceanica) e poco compresi.

Nel sistema solare, oltre che sulla Terra, l'effetto serra regola le condizioni termiche su Marte, Venere e Titano, mentre la nostra Luna, priva di atmosfera e quindi di effetto serra, presenta escursioni di temperatura fortissime fra il giorno e la notte e fra le zone in ombra e quelle illuminate.


Indice

[modifica] Ruolo dell'effetto serra nei cambiamenti climatici

Il clima è caratterizzato da 2 fattori principali:

  • La 'ciclicità (cicli giornalieri , stagionali, annuali, decennali, millenari,…) legati principalmente ai movimenti della Terra (rotazione, rivoluzione, effetto dell'inclinazione dell’asse,...) o altre cause cicliche (fasi solari, macchie solari,…);
  • La variabilità all’interno dei cicli dovute a cause non cicliche principalmente interne al pianeta (movimenti delle masse d’aria, eruzioni vulcaniche, correnti oceaniche,…) ma anche esterne (meteoriti, interazione con altre stelle o pianeti,…).

In questo contesto l’effetto serra si presenta come il fenomeno che regola i rapporti tra ciclicità e variabilità climatica rendendo il sistema clima un sistema attivo autoregolante e retroattivo: infatti cambiando un parametro climatico (insolazione, umidità dell’aria,…) l’effetto serra reagisce in maniera tale da far tornare regolari e costanti le condizioni energetiche totali del sistema Terra. Più in particolare per effetto serra si intendono tutti quei fenomeni attraverso i quali la natura interviene a regolare la capacità dell’atmosfera di trattenere o meno l’energia proveniente dal Sole.

Ad esempio d’estate quando è massima l’insolazione (l’energia solare che arriva sulla Terra) diminuisce il potenziale serra dell’atmosfera poiché diminuisce l’umidità dell’aria ed è minimo il contenuto di CO2 (grazie al consumo di CO2 delle piante in estate) e quindi l’atmosfera trattiene minor calore al suo interno. Al contrario d’inverno, quando l’insolazione è minima (cioè è minima l’energia che proviene dal sole), è massimo il potenziale serra dell’atmosfera: infatti è massima sia l’umidità dell’atmosfera sia il contenuto di CO2 ( le piante in inverno ne consumano molto meno) e quindi l’atmosfera riesce a trattenere maggiore energia al suo interno. Questa caratteristica è facilmente osservabile in inverno di notte: è noto che, quando osserviamo un cielo invernale pieno di stelle, ci dobbiamo aspettare una notte fredda, con possibili gelate notturne, mentre una serata con cielo nuvoloso è di sicuro più calda.

Un altro esempio comune di effetto serra è quello che interviene nei cicli giornalieri del clima ossia l’alternanza tra giorno e notte e la variazioni di temperatura associata: la ciclicità in questo caso riguarda le temperature che a causa dell’insolazione sono massime intorno alle ore 12-15 del pomeriggio e minime intorno alle 3-5 di notte; la variabilità è data dalle piogge e dagli spostamenti di masse d’aria (più o meno calde e umide) che possono investire una zona e cambiare il clima di uno o più giornate. L’effetto serra, si mostra attraverso le piogge (ossia la perdita di umidità da parte dell’atmosfera), l'evaporazione o il movimento di masse d’aria umida (ossia l’arricchimento d’umidità dell’atmosfera) e il movimento o la formazione di corpi nuvolosi (cioè il tentativo di isolare una zona e diminuire l’insolazione respingendo i raggi solari). Tutti questi sono fenomeni che possono investire una zona in un momento della giornata o persistere per più giornate. Attraverso le piogge, l'evaporazione e i movimenti d’aria e nuvole, l’effetto serra, regolando la capacità dell’atmosfera di trattenere energia, interviene giornalmente (e in modo diverso da zona a zona) in maniera tale da mantenere regolare e costante il rapporto tra l’energia che nel trascorrere dei giorni arriva sulla Terra e l’energia che la Terra perde. In pratica l’effetto serra opera attraverso l’atmosfera (regolando la concentrazione in atmosfera di vapore acqueo, anidride carbonica, metano,…) ed ha come obbiettivo la mitigazione del clima eliminando gli eccessi di riscaldamento o gli eccessi di raffreddamento ai quali è soggetta la Terra a causa dei sui moti.

Quindi si può dire che l’effetto serra non è un fenomeno fisso e sempre costante ma è un fenomeno che varia per regolare il clima e le sue variazioni sono sia di carattere giornaliero, sia di carattere stagionale ma varia anche per cicli climatici molto più lunghi come nel caso dell’alternarsi di periodi glaciali e interglaciali (cicli di migliaia di anni) o addirittura di era glaciale e interglaciale (cicli di milioni di anni).

Una conseguenza importante dello scioglimento dei ghiacci è la variazione del livello dei mari.

I gas più importanti per l’effetto serra sono:

-il vapore acqueo (rappresenta il 65% dell’effetto serra) che ha la caratteristica di poter essere trovato rapidamente (evaporazione di mari, fiumi e laghi) e altrettanto rapidamente può essere scartato dall’atmosfera (piogge) ed è quindi importante per i cicli giornalieri e stagionali;

-l’anidride carbonica e metano (rappresentano insieme il 27% dell’effetto serra) che al contrario rimangono molto più a lungo in atmosfera e sono quindi importanti per regolare i cicli stagionali e decennali.

[modifica] Dinamica del fenomeno sulla Terra

Interazione tra la radiazione solare e il sistema Terra-atmosfera. Il bilancio energetico viene descritto con valori percentuali nella prima immagine e in W/m² nella seconda immagine: l'energia totale deriva dal Sole ma il 66% del calore che assorbe la Terra proviene dall’atmosfera (grazie all’effetto serra) ed il restante 34% per assorbimento diretto dei raggi del Sole.[senza fonte]

Il Sole emette in tutte le direzioni dello spazio un flusso di energia di circa 64 milioni watt per metro quadrato. La Terra è investita da una frazione di tutta questa energia che al di sopra dell'atmosfera è stimata come valore medio in 1366 Watt per metro quadrato; questo valore è denominato costante solare. Di conseguenza, tenuto conto della superficie sferica del nostro pianeta, la potenza solare che viene indirizzata sulla Terra ha un valore di circa di 174 × 1015 watt, ossia di 174 milioni di gigawatt. In altri termini, l'energia luminosa arriva sulla Terra al ritmo di 174 milioni di gigajoule al secondo. Si tratta di una quantità di energia di gran lunga superiore a quella complessivamente generata dall'uomo. I 1366 watt per metro quadrato sarebbero il flusso di energia che investirebbero la Terra se questa fosse ferma, piatta e se i raggi giungessero perpendicolarmente ad essa ma tenendo conto della sfericità della Terra (e quindi del fatto che i raggi investono perpendicolarmente solo la zona equatoriale) e dei suoi movimenti, la quantità media di energia che arriva sopra l’atmosfera è 342 watt per metro quadrato.

Vediamo il bilancio energetico Sole-Terra. In condizioni di equilibrio la quantità di radiazione ricevuta (il Sole a 6000°K emette fondamentalmente raggi a 0,5 μm, che sono lasciati passare dall'atmosfera) è bilanciata da una eguale quantità riemessa in due modi:

  • riflessione (circa il 30% del totale, prevalentemente dalle nubi e dalle superfici ghiacciate),
  • riemissione come radiazione di corpo nero (il restante 70%).

La radiazione non riflessa viene assorbita dall'atmosfera (17%), dalle nubi (8%) e dalla superficie terrestre e dai mari (45%), dove si trasforma in calore.

La Terra, riscaldata come visto dai raggi solari, riemette una radiazione elettromagnetica la cui lunghezza d'onda è legata alla temperatura dalla legge di Wien (come qualunque corpo caldo). Alla temperatura della superficie terrestre, circa 287 K, l'emissione è nel campo dei raggi infrarossi cioè con lunghezza d'onda di circa 10-15 micrometri.
L'atmosfera terrestre, che è trasparente alla luce visibile e all'infrarosso vicino, non lo è alla lunghezza d'onda di 10-15 micrometri, per cui solamente il 12% della radiazione riemessa (corrispondente al 9% rispetto alla radiazione solare entrante) riesce a sfuggire nel cosmo. Il resto viene assorbito dall'atmosfera stessa e la riscalda; a sua volta l'atmosfera riemette energia che in parte viene persa nello spazio.
La temperatura al suolo aumenta così fino a quando la quantità di radiazione che riesce a sfuggire compensa quella ricevuta dal Sole e nel corso di milioni di anni si è stabilizzata su valori che hanno permesso la vita: la temperatura media terrestre globale è di circa 15 °C, mentre, senza tale meccanismo, sarebbe di -20 °C.

[modifica] Riscaldamento globale

Per approfondire, vedi la voce Riscaldamento globale.

L'attività umana ha intensificato l'effetto serra a partire dalla rivoluzione neolitica, per via della diminuzione della biomassa degli ecosistemi artificiali agricoli e dei loro suoli.
Una maggiore impennata nella concentrazione di gas serra si è avuta tuttavia con l'utilizzo di combustibili fossili, che ha intaccato le riserve geologiche di carbonio alterandone il ciclo, e con la maggior produzione di metano dovuta ad un'esplosione dell'allevamento di bestiame (suini e bovini) e delle colture a sommersione (per esempio il riso).
Anche prodotti di sintesi, quali i clorofluorocarburi (CFC) ed i perfluorocarburi, contribuiscono - oltre al noto problema del buco dell'ozono - all'intensificazione dell'effetto serra [1].

Una possibile importante fonte di rilascio del gas serra metano nell'atmosfera è il fondale oceanico quando è sottoposto al riscaldamento globale stesso.

I Paesi che emettono la maggior parte dei gas serra sono i Paesi industrializzati, ma anche paesi in via di sviluppo stanno svolgendo un ruolo significativo: al primo posto per quantitativi di gas serra ci sono gli Stati Uniti d'America (~30%) mentre la Cina è già al secondo posto.

Un primo tentativo di limitare l'alterazione climatica indotta dall'uomo è il Trattato delle Nazioni Unite sul clima (UNFCCC) che vede nel Protocollo di Kyōto il primo strumento operativo di attuazione. Alcuni Paesi come gli Stati Uniti, pur avendo sottoscritto il Trattato hanno deciso di non aderire al Protocollo, inizialmente citando studi in cui si metteva in dubbio la responsabilità delle attività antropiche, poi, nel 2005, sostenendo che l'economia americana non sarebbe pronta ad effettuare la transizione verso un minore impatto ambientale. La sede dell'UNFCCC si trova a Bonn.

[modifica] Voci correlate

[modifica] Note

  1. ^ Annex A del Protocollo di Kyoto

[modifica] Collegamenti esterni

Estratto da "http://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_serra"
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