L'effetto serra
L'effetto serra è il fenomeno naturale che riscalda il pianeta per effetto di alcuni gas presenti nell'atmosfera terrestre. Detti gas serra. Questi gas trattengono il calore delle radiazioni solari impedendogli di tornare nello spazio. Grazie all'effetto serra la temperatura media della Terra è 15°C. Se non ci fosse sarebbe -18°C.
Quali sono i gas serra? I principali gas serra sono l'anidride carbonica (CO2), il metano (CH4), il protossido d’azoto, vapore acqueo (H2O) e altri. Si chiamano gas "serra" perché svolgono una funzione simile alle serre usate in agricoltura. In questa pagina provo a spiegarlo nel modo più semplice possibile.
Tuttavia, l'effetto serra è anche un problema ambientale.
Negli ultimi anni l'effetto serra si è intensificato a causa delle emissioni di gas serra delle attività umane ( industria, deforestazione, fonti di energia fossile, ecc. ) provocando un rapido aumento della temperatura media globale.
Quest'ultimo fenomeno è detto riscaldamento globale ( global warming ).
Cos'è l'effetto serra?
Per spiegare l'effetto serra bisogna partire dal funzionamento delle serre.
I raggi solari possono passare attraverso il vetro.
Questo fenomeno è sfruttato in agricoltura con la coltivazione in serra.
Le piante sono coltivate dentro strutture di vetro e sono riscaldate dei raggi solari anche di inverno, senza essere a contatto con il clima più rigido e freddo presente all'esterno
Dentro la serra l'ambiente interno si riscalda ed emette calore ( infrarosso ).
A differenza dei raggi solari ultravioletti e della luce, i raggi infrarossi ( il calore ) non possono oltrepassare il vetro.
Pertanto, il calore resta intrappolato dentro la serra creando un clima più mite per la coltivazione.
Un fenomeno simile accade sulla Terra
Il nostro pianeta è come una gigantesca serra con un tetto di gas serra (CO2, metano, ecc.).
I gas serra svolgono la stessa funzione del vetro, lasciano passare i raggi solari ma ostacolano il passaggio dei raggi infrarossi ( calore ).
Spiegazione. Le radiazioni solari colpiscono l'atmosfera terrestre con una potenza pari a 342 W/m2. Una parte dei raggi solari è riflessa dall'atmosfera e dalle nubi (-77) mentre un'altra parte viene assorbita (-67) o riflessa dalla Terra (-30) tramite l'effetto albedo. Quindi, la superficie terrestre è irraggiata da 168 W/m2. I raggi solari riscaldano il pianeta che irraggia calore (infrarosso) verso l'alto, circa 390 W/m2. Al calore emesso dalla Terra si aggiunge quello generato dall'atmosfera. Complessivamente, i gas serra riflettono di nuovo verso il basso una quantità di raggi infrarossi pari a 324 W/m2. E così via.
Quando i raggi solari raggiungono la superficie del nostro pianeta, riscaldano il mare e la terra che restituiscono calore verso l'alto sotto forma di raggi infrarossi.
Oltre che dalla superficie del pianeta, le radiazioni infrarosse provengono anche dalla bassa atmosfera ( calore riemesso ).
Tuttavia, i raggi infrarossi provenienti dalla Terra o dall'atmosfera ( radiazione uscente ) non si disperdono del tutto nello spazio.
In parte, i raggi infrarossi rimbalzano verso il basso quando colpiscono le molecole dei gas serra presenti nell'atmosfera ( radiazione rientrante ).
Perché i gas serra assorbono calore? Quando la radiazione elettromagnetica ha una frequenza simile alla frequenza di vibrazione degli atomi, le molecole del gas acquisiscono energia cinetica. Il movimento delle molecole genera il calore e il gas si riscalda, ossia assorbe energia termica.
Questo contribuisce all'innalzamento e alla regolazione della temperatura media della Terra.
Grazie a questo fenomeno la temperatura media del nostro pianeta è circa 15°C.
Nota. Se non ci fosse l'effetto serra sarebbe -18°C e il nostro pianeta sarebbe perennemente ghiacciato. La vita sarebbe quasi impossibile.
Quello che ho appena descritto è l'effetto serra naturale del pianeta.
La differenza tra effetto serra naturale e antropico
Oltre all'effetto serra naturale che permette la vita sulla Terra, c'è anche un altro tipo di effetto serra prodotto dall'uomo.
Con la combustione delle risorse fossili (carbone, petrolio, gas) l'uomo sta immettendo nell'atmosfera una quantità aggiuntiva di gas serra.
Esempio. In un anno un'automobile può emettere 10 tonnellate di CO2 nell'atmosfera. Considerando tutte le attività umane (riscaldamento, consumo, spostamenti, ecc. ) ogni persona causa circa 40-50 tonnellate di CO2 ogni anno.
Il surplus di gas serra sta potenziando l'effetto serra, aumentando la temperatura media del pianeta. Nell'ultimo secolo è crescita di +0,76°C.
Questo fenomeno è detto effetto serra antropico ( o antropogenico ).
Prima della rivoluzione industriale le emissioni antropogeniche erano minime.
L'incremento della temperatura del pianeta è conosciuto come global warming ( surriscaldamento globale ).
E' uno dei principali problemi ambientali del nostro pianeta.
Nota. L'incremento della temperatura globale nel tempoi viene rilevata del Comitato Intergovernativo sui Cambiamenti Climatici (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) che si occupa anche di studiare le cause del fenomeno.
Anche analizzando i dati del NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) l'incremento è evidente sia sulle terre emerse che sugli oceani.
Negli ultimi anni le temperature calde anomale sono decisamente più alte rispetto al passato.
Attualmente la concentrazone di anidride carbonica nell'atmosfera terrestre è circa lo 0,044% corrispondenti a 380 ppm (parti per milioni).
Negli ultimi anni è cresciuta in media di +1,6 ppm ogni anno.
Nota. All'inizio del '900 la concentrazione di CO2 nell'atmosfera era di soli 280 ppm.
La deforestazione
L'effetto serra sta aumentando anche a causa della deforestazione. Molte foreste sono distrutte dall'uomo per espandere le terre coltivabili o le aree urbane.
Gli alberi e le piante svolgono un'importante funzione frenante del global warming, perché assorbono l'anidride carbonica presente nell'aria e la trasformano in ossigeno tramite la fotosintesi clorofilliana.
Quindi, meno foreste riducono la capacità naturale di assorbimento dei gas serra del nostro pianeta.
Le conseguenze dell'effetto serra
Secondo le previsioni degli scienziati, nel XXI secolo la temperatura media del pianeta potrebbe crescere di +2°C.
Ci sono anche altri scenari più catastrofici che prevedono una crescita fino a +5°C.
Nota. La crescita della temperatura non è uguale ovunque. E' maggiore nelle zone densamente popolate, nelle aree urbane e nelle città ( cd "isole di calore" ). Inoltre l'accelerazione delle temperature media è circa il doppio delle temperature massime.
La crescita di due soli gradi centigradi potrebbe sembrare minima.
In realtà causerebbe gravi sconvolgimenti climatici.
- lo scioglimento dei ghiacciai
- l'innalzamento degli oceani di circa un metro e mezzo
- l'espansione della desertificazione
- i fenomeni meteorologici più frequenti e intensi (uragani, tornado, ecc. )
Gli sconvolgimenti climatici avrebbero un impatto drammatico sulla biosfera, su ogni ecosistema e sulla stessa vita umana.
Esempio. Nel nostro pianeta la popolazione mondiale sta rapidamente crescendo soprattutto nelle aree equatoriali e tropicali, quelle che saranno più colpite dal global warming. Quindi, miliardi di persone potrebbero essere costrette a migrare verso l'emisfero nord del pianeta. Potrebbe non esserci più cibo e acqua potabile per tutti. Sono tutti scenari già previsti dal Club di Roma nel lontano 1972 con la pubblicazione del Rapporto Meadows ( o Rapporto sui limiti dello sviluppo ). Purtroppo, in quasi cinquant'anni secondo me l'uomo ha fatto poco o nulla per scongiurare questi drammatici scenari.
Le conseguenze di lungo periodo sono imprevedibili
Il clima è un sistema dinamico complesso e caotico.
Chi conosce la teoria matematica del caos sa bene che gli effetti di una variazione iniziale anche piccola si cumulano nel corso del tempo, manifestandosi improvvisamente con il verificarsi di shock estremi.
Ecco un esempio di funzione caotica.
Effetto farfalla. Questo effetto è noto come effetto farfalla. Nel 1972 il matematico Edward Lorenz spiegò il funzionamento di un sistema caotico con una metafora divenuta famosa: "può il batter d'ali di una farfalla in Brasile, provocare un tornado in Texas?". Un piccolo cambiamento nelle condizioni iniziali può causare importanti variazioni sul risultato finale. Lo stesso concetto era stato anticipato anche da Alan Turing qualche decennio prima ma questa è un'altra storia.
Ad esempio, il riscaldamento globale aumenterà l'evaporazione dell'acqua.
Quindi, aumenterà il vapore acqueo nell'atmosfera e l'effetto serra si intensificherà più velocemente.
In un sistema complesso ogni variabile è strettamente collegata alle altre.
Pertanto, nessuno può prevedere con certezza cosa accadrà nel XXII secolo a causa del global warming.
Noi non ci saremo più, ma ci saranno i nostri figli e nipoti. E non sarà una bella eredità.
