Effetto serra: dinamiche, ruolo nei cambiamenti climatici e bilancio energetico

Effetto Serra: Fenomeno Naturale e Meccanismi di Regolazione

Effetto serra L'effetto serra è un fenomeno naturale che entra a far parte dei complessi meccanismi di regolazione dell'equilibrio termico di un pianeta o di un satellite grazie alla presenza di un'atmosfera contenente alcuni gas. Questi, per le proprie particolari proprietà molecolari, riflettono oppure assorbono e riemettono la radiazione infrarossa; il nome deriva dunque dalla similitudine con quanto avviene nelle serre per la coltivazione. 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. Radiazione solare riflessa 107 W/m2 Radiazione solare incidente 342 W/m2 235 (-3) Radiazione ad onde lunghe uscente 235 W/m2 107 (+4) riflessa dalle nubi e dalla atmosfera: 77 342 (-1 emessa dall'atmosfera 140 finestra atmosferica 165 30 (-5) atmosfera gas serra 67 (+9) calore latente (-3) 24 324 78 (-5 350 radiazione rientrante 168 (-13) 24 78 390(+4) radiazione dalla superficie assorbita dalla superficie convezione evapo- traspirazione 324(+5) radiazione riassorbita dati dahttp:/eosp so.g sft.nasa.gov/eos_ob serv/p dif/Nov-Dec0 6.pdf Scambio radiativo ed influenza dell'effetto serra atmosferico. In assenza di gas serra la temperatura superficiale media della Terra sarebbe di circa -18 ℃ mentre il valore effettivo è di circa +14 °℃, 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.

Impatto dell'Inquinamento e Gas Serra

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.

Effetto Serra nel Sistema Solare

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.

Funzionamento dell'Effetto Serra sulla Terra

Cosa è e come agisce l'effetto serra sulla Terra L'effetto serra è la capacità dell'atmosfera di trattenere più o meno calore: non è un fenomeno unico ma raggruppa tutti quei fenomeni (locali o globali, di breve o lunga durata) che fanno variare il contenuto atmosferico di vapore acqueo, CO2 e metano. Infatti, un' atmosfera più umida, cioè con maggior contenuto di vapore acqueo, trattiene più calore di un'atmosfera meno umida; un'atmosfera che contiene maggior CO2 o metano, ... trattiene più calore di un'atmosfera con minor contenuto di questi gas. Quando si parla di aumento o diminuzione dell'effetto serra ci si riferisce proprio all'aumento o alla diminuzione della capacità di trattenere calore da parte dell'atmosfera: è ovvio che se l'atmosfera riesce a trattenere più calore si avrà un innalzamento della temperatura, se l'atmosfera riesce a trattenere meno calore si avrà una diminuzione delle 11 (-5) assorbita dalla riflessa dalla superficie 30 (-1) 12 Effetto serra temperature.

Distinzione tra Effetto Serra e Variazioni di Temperatura

Tuttavia l'effetto serra non coincide e non deve essere confuso con il semplice aumento o diminuzione della temperatura. Non è detto che un aumento o diminuzione della temperatura della Terra sia dovuta alla variazione dell'effetto serra: ad esempio quando il Sole nel passato ha emesso maggior energia verso la Terra si è avuto un innalzamento delle temperature senza che però sia necessariamente variato l'effetto serra. In questo caso la capacità dell'atmosfera di trattenere calore non è variata e l'aumento di temperatura è dovuto solo al fatto che maggior energia dal Sole è entrata in gioco nel sistema climatico terrestre.

Fattori che Influenzano l'Effetto Serra

Molti sono i fattori che contribuiscono ad alzare o abbassare l'effetto serra: alcuni sono interni all'atmosfera (piogge, spostamenti masse d'aria umide, annuvolamenti, contenuto di vapore acqueo, CO2, metano, ... ) altri sono esterni (evaporazione dei mari, scambio CO2 tra mare e atmosfera, respirazione del mondo vegetale e animale, azione batterica nei terreni, emissioni vulcaniche, ... ).

Equilibrio Termico e Alterazioni Locali

In una situazione di equilibrio termico ideale (tanta energia viene assorbita e tanta ne viene riemessa ) tutti questi fattori partecipano insieme, chi apportando un'azione di aumento dell'effetto serra chi un'azione di diminuzione, in maniera tale che le varie azioni si annullano a vicenda facendo rimanere il sistema in equilibrio termico. Tuttavia il sistema clima vive di continuo in una situazione di maggiore o minore alterazione del suo equilibrio termico: piogge, annuvolamenti più o meno locali, campi di alta e bassa pressione, evaporazione, ... sono tutti fenomeni che alterano di continuo l'effetto serra di una zona più o meno ampia. Tuttavia da un punto di vista globale tutte queste alterazioni si annullano a vicenda facendo rimanere pressoché costante la capacità globale dell'atmosfera di trattenere calore al suo interno.

Equilibrio Globale e Retroazione Negativa

Quando si parla di aumento o diminuzione dell'effetto serra si parla della tendenza di TUTTI questi fattori, nessuno escluso, a trovare un equilibrio globale tra loro verso una situazione di più alta o più bassa temperatura. L'effetto serra è elemento riequilibratore del clima, agisce a carattere locale, viene alterato continuamente su aree più o meno estese ma dona un equilibrio a carattere globale. Proprio l'equilibrio termico globale fa si che si possano riequilibrare le alterazioni a carattere locale e proprio grazie alla compensazione delle alterazioni locali (alcune positive altre negative) si può mantenere un determinato equilibrio globale. L'effetto serra agisce realizzando effetti di retroazione negativa evitando che il sistema Terra entri in uno stato di squilibrio termico. Quando un fattore tende a fare alzare l'effetto serra il sistema clima reagisce con effetti di raffreddamento, quando l'effetto serra tende ad abbassarsi si avranno effetti di riscaldamento: alterando un parametro che squilibra il sistema climatico (insolazione, evaporazione, piogge, annuvolamento, attività vegetale, animale o batterica, attività vulcanica, contenuto gas serra, ... ) il sistema reagisce in maniera tale da riequilibrare la variazione che il clima subisce sia a livello locale (più velocemente) che a livello globale (in maniera più lenta). Se un fattore fa aumentare l'effetto serra (maggior contenuto di vapore acqueo o di CO2, ... ) allora il sistema subirà una variazione che sviluppa quegli elementi che riequilibrano il clima (aumento delle perturbazioni atmosferiche che rilasciano il vapore acqueo contenuto nell'atmosfera, maggior sviluppo del mondo vegetale che consuma acqua e CO2, ... ).

Fattori e Fenomeni che Influenzano l'Effetto Serra

I fattori che influenzano l'effetto serra sono molti (alcuni ancora non ben conosciuti) e si comportano in maniera diversa tra loro. Alcuni sono fenomeni locali (piogge, evaporazione, venti, annuvolamenti, ... ) altri hanno comportamenti più globali (campi di alta o bassa pressione, spostamenti di masse d'aria, variazione del contenuto atmosferico globale di vapore acqueo, CO2 o metano, correnti oceaniche, ... ), alcuni provocano variazione di breve durata (ore , giorni, settimane) altri di lunga durata (anni, decenni, secoli, ... ):

• 1) L'aumento di evaporazione provoca un effetto di riscaldamento: l'atmosfera diventa più umida (sale il contenuto di vapore acqueo) e l'atmosfera che diventa più umida trattiene più calore;
• 2) l'aumento delle piogge provoca un effetto di raffreddamento: l'atmosfera diventa meno umida (perde vapore acqueo) e trattiene meno calore.
• 3) L'aumento di nuvolosità svolge un doppio effetto: principalmente hanno un effetto di raffreddamento isolando la superficie terrestre dai raggi del sole (e quindi meno raggi arrivano dal sole alla superficie terrestre meno calore entra in gioco); in altri casi ha un effetto di riscaldamento bloccando la dispersione del calore già contenuto3 Effetto serra dall'atmosfera (come un tappo).
• 4) i campi di alta e bassa pressione regolano lo spostamento "rapido" di aria più calda o più fredda, più o meno umida, intervenendo direttamente e rapidamente sulla capacità dell'atmosfera di trattenere più o meno calore.
• 5) Spostamenti di masse d'aria, cicloni, ... sono fortemente connessi a quanto già detto per le piogge, le nuvole, e i campi di alta o bassa pressione.
• 6) Le correnti oceaniche sembrano svolgere un ruolo importantissimo e fondamentale per riequilibrare il clima, simile a quello degli spostamenti di masse d'aria in atmosfera.
• 7) Le variazione globale nel contenuto atmosferico di vapore acqueo, CO2 e metano, provocano variazioni di più lunga durata sulla temperatura e sono equilibrate dall'effetto serra perché fortemente connesse con alcune variazioni nei mari e nella biologia presente sulla Terra, tipo:
  • a) il consumo di CO2 da parte delle piante (maggiore CO2 c'è in atmosfera maggiore sarà il consumo da parte delle piante)
  • b) il passaggio di vapore acqueo o CO2 dai mari all'atmosfera (più è caldo più vapore e CO2 passano in atmosfera ma più vapore c'è in atmosfera e più nuvolosità e piogge si avranno)
  • c) il passaggio di metano dalle terre all'atmosfera causato dai batteri (più è caldo maggior metano viene immesso in atmosfera).

Ruolo dell'Effetto Serra nei Cambiamenti Climatici

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 ad 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, ... ).

Effetto Serra come Regolatore Climatico

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.

Esempi di Effetto Serra: Stagioni e Ciclo Giorno-Notte

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 (ossia il contenuto di vapore acqueo) ed è minimo il contenuto di CO2 (grazie al consumo di CO, 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 di notte in inverno: 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 giorno-notte e la variazioni di temperatura ad essa 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