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Effetto serra e cambiamenti climatici

Un articolo lungo e ben documentato di louis Cousin, magari un po’ pesante, ma utilissimo per documentarsi sull’effetto serra e sui cambiamenti climatici.

EFFETTO SERRA: CAUSE, SITUAZIONE ATTUALE E PROSPETTIVE
di Luis Cosin

1. Un po’ di fisica

I corpi caldi emettono parte della loro energia sotto forma di radiazione elettromagnetica (la luce, per esempio, è una radiazione elettromagnetica).
La lunghezza d’onda dipende dalla temperatura. Maggiore è la temperatura, minore è la lunghezza d’onda (e maggiore l’energia).

A basse temperature, i corpi emettono onde radio (grande lunghezza d’onda) e nella misura in cui si riscaldano, la lunghezza d’onda diminuisce, passando a microonde, infrarossi e arrivando a quantità apprezzabili di luce visibile al di sopra dei 1.300°C  (circa 1.600°K o gradi Kelvin).
Per questo, diciamo che un corpo diventa “rosso vivo” quando raggiunge questa temperatura (comincia ad emettere quantità importanti di luce rossa).
Il Sole ha una temperatura superficiale di circa 5.000 °K e per questo lo vediamo giallo chiaro in un giorno limpido.

Nella gamma di temperature della superficie terrestre (da -50 a +50), la lunghezza d’onda associata va da 2 a 30 micron (nell’infrarosso vicino).

Casualmente, molte piccole molecole gassose presenti nell’atmosfera in quantità apprezzabili, come il vapore acqueo (H2O) e il biossido di carbonio (CO2) captano il calore proprio a queste frequenze e le trasformano in calore (vale a dire, in agitazione molecolare).
In questo modo, captano il calore che emette la superficie e impediscono che questo ritorni nello spazio. Siccome la radiazione solare si mantiene più o meno costante, l’equilibrio energetico risultante fa sì che la temperatura della superficie aumenti. Ciò è conosciuto come effetto serra.

Non tutte le molecole assorbono con la stessa efficacia né con la stessa frequenza. Per questo si parla di Potenziale di Riscaldamento Globale (PRG), che è una misura utilizzata per la capacità che hanno i diversi gas ad effetto serra nella ritenzione del calore nell’atmosfera. Il biossido di carbonio (CO2) si usa come base per tutti i calcoli e il suo potenziale di riscaldamento globale viene preso come 1.

I principali gas ad effetto serra, secondo questo calcolo, sono:

  • Il vapore acqueo (H2O)
  • Il biossido di carbonio (CO2)
  • Metano (CH4) con un PRG fra 23 e 60.
  • Ossidi di Azoto con un PRG attorno a 270.
  • I clorofluorocarburi, con un PRG fra 9.000 e 11.000.

Di questi, i primi tre si trovano naturalmente nell’atmosfera (anche se la loro concentrazione sale a causa dell’attività umana) e gli ultimi due sono essenzialmente il prodotto dell’attività umana. Gli ossidi di azoto provenienti dai combustibili fossili hanno un peso significativo caldo che c’è nelle città.

L’effetto serra è essenziale per la vita: senza la presenza dei gas ad effetto serra, la temperatura superficiale del nostro pianeta sarebbe di circa 33°C inferiore, attorno a -18°C, incompatibile con la vita.

All’estremo opposto il pianeta Venere, con un’atmosfera densa dal grande contenuto di metano e altri gas ad ES, ha una temperatura superficiale di circa 400°C.

2. I cambiamenti antropogenici

La CO2 e il metano sono i cavalli di battaglia perché immettono la maggior parte delle emissioni

La C02 attualmente è presente in quantità di 400 ppm (parti per milione) nell’atmosfera. Recentemente abbiamo raggiunto un picco. Nell’era pre-industriale, circa 250 anni fa, si stima che la sua concentrazione fosse di 250 ppm.

Da quando gli esseri umani hanno iniziato ad usare i combustibili fossili, la concentrazione di CO2 ed altri gas ad ES è raddoppiata.

In questo senso è preoccupante l’incremento nell’uso del carbone, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Il carbone (Carbonio puro) è il maggiore emettitore di CO2 per unità di energia generata, con una grande differenza rispetto al resto dei combustibili fossili (che contengono una maggior percentuale di Idrogeno e, pertanto, generano più acqua e meno CO2).

Il problema nello stimare le conseguenze di questo fenomeno su grande scala è che ci mancano dati sufficienti che permetterebbero di collegare la concentrazione di Gas ad Effetto Serra (GES) e la temperatura. Ci sono registrazioni meteorologiche affidabili solo da 100-150 anni, che è un periodo geologicamente insignificante.

Tuttavia, siamo sicuri che dietro l’incremento dei GES c’è l’attività umana e possiamo arrischiarci, con modelli più o meno precisi, le conseguenze che avrà questo aumento a medio termine.

3. Cosa ci aspetta

Una delle particolarità dell’effetto serra è che si autoalimenta, i modi principali sono quattro:

  • Diminuendo la superficie coperta di ghiaccio riflettente  (che provoca l’effetto contrario: “Effetto albedo”), la superficie della terra assorbirà più radiazioni e, pertanto, più calore dal Sole.
  • All’aumentare la temperatura media dell’acqua degli oceani, aumenta proporzionalmente l’evaporazione. Sappiamo che il vapore acqueo è un gas a effetto serra e pertanto maggiore è la presenza di umidità nell’aria, più il riscaldamento accelera.
  • Inoltre, alcuni suoli coperti dal permafrost tengono immagazzinate, sotto una spesso strato di ghiaccio, quantità importanti di metano proveniente dalla decomposizione di materia organica. Se questo permafrost si fonde, il metano uscirà nell’atmosfera ed aumenterà la ritenzione del calore.
  • In terzo luogo, esistono alcune formazioni geologiche chiamate “clatrati” o “idrati di metano” che sono “gabbie” di ghiaccio che contiene metano al suo interno. Si pensa che ne esistano in grandi quantità nel letto dell’oceano (si crede che ci sia 3.000 volte più metano in queste formazioni di quello presente in atmosfera). Queste formazioni sono stabili solo a grandi pressioni e basse temperature. Se la temperatura dell’acqua aumenta a sufficienza, possono destabilizzarsi e liberare grandi quantità di metano in un breve lasso di tempo (quella che si conosce come “ipotesi di fusione dei clatrati”). L’ultima volta che ciò è accaduto, si pensa si stato 251 milioni di anni fa, in un periodo denominato Permiano e che coincise con l’estinzione di massa di molte specie, che probabilmente non riuscirono ad adattarsi ad un cambiamento del clima troppo intenso e troppo rapido.



Nella misura in cui diminuisce la disponibilità di combustibili fossili a bassa impronta di CO2 (gas naturale e petrolio leggero, principalmente), molti paesi in via di sviluppo, molto popolosi come Cina e India, stanno tornando al carbone e questi aumenta il proprio peso nella produzione di energia primaria.

La Cina apre una nuova centrale termica ogni settimana.

Entrambi i paesi dispongono di importanti riserve di carbone ancora da estrarre (le più grandi dopo Stati Uniti e Canada).

Riserve mondiali di carbone (nel 2002):

Produzione di carbone nel 2006:

Possiamo presumere che, con grande probabilità, molti paesi sviluppati seguiranno questa strada in futuro.

Oltre a questo c’è l’inquinamento diretto, che si traduce in una cappa di “smog” sulle grandi aree urbane, come Pechino e Dehli, con nubi dense visibili dal satellite e che ricordano il grande smog di Londra nel 1952 (uno dei fattori scatenanti della costruzione di centrali nucleari nel Regno Unito).

Ciò che fa questa cappa di carbonio è accelerare il processo di riscaldamento.

Che conseguenze avrà su di noi?

  • In primo luogo, e a breve termine, una maggiore temperatura media presupporrà cambiamenti nel regime e nella quantità di piogge: ci sarà più vapore acqueo atmosferico, il che provocherà più piogge e più intense in modo globale. Tuttavia, i cambiamenti nelle correnti marine ed atmosferiche faranno si che lo schema ed il regime di dette piogge siano diversi da quelli attuali. Forse troppo diversi perché le coltivazioni tradizionali si possano continuare a fare nelle zone che sono attualmente adatte ad esse. La prima conseguenza, pertanto, è un’interruzione importante dell’agricoltura e dell’allevamento. Quanto più rapido e brusco sarà il cambiamento, quanto più gravi saranno le conseguenze e minore il tempo di adattamento.
  • A breve e medio termine, assisteremo ad una migrazione di ecosistemi verso zone climaticamente favorevoli. Di conseguenza, molte malattie endemiche potrebbero cambiare area di influenza per i cambiamenti migratori e di abitudine dei loro vettori di trasmissione (zanzare, topi, bestiame, ecc.).
  • In terzo luogo, e a medio termine, nella misura in cui l’acqua dell’oceano si scalda, aumenterà di volume (per la dilatazione e per l’aggiunta di acqua proveniente dallo scioglimento). La stima attuale più accettata dà cifre fra i 40 e gli 80 cm di aumento verso il 2100. Si stima che l’Antartide, completamente fusa, porterebbe un aumento del livello del mare di 60 metri e la Groenlandia contribuirebbe per più di 7 metri. Nell’ipotesi che si fondesse tutto il ghiaccio delle calotte polari (compresa la Groenlandia, che ha uno strato di ghiaccio di quasi 3 chilometri di spessore) il livello medio dei mari potrebbe salire fra i 50 e i 70 m (in alcuni luoghi sarà di più, in altri meno, per effetto della gravità e dei movimenti di livellamento che la redistribuzione del peso dello strato di acqua oceanica causerà nella crosta terrestre). Ciò potrebbe far scomparire quasi 1/6 del territorio abitabile attuale. Le misurazioni satellitari confermano l’aumento medio del livello del mare:
4. Cosa si può fare
 
A rischio di cadere nel pessimismo, è poco probabile che i processi che contribuiscono al cambiamento climatico si arrestino, e possiamo dare come praticamente per certo che tutte le riserve economicamente praticabili  di carbone ed altri combustibili fossili verranno bruciate nei prossimi anni.
Pertanto, bisogna solo agire sulla velocità con la quale si produce il cambiamento.
Nelle parole di Pollard (seconda legge della complessità):
“Le coso sono come sono per una ragion. Se vuoi cambiare qualcosa, conoscere la ragione aiuta. Se quella ragione è complessa, il successo del cambiamento è improbabile ed adattarsi a come sono le cose probabilmente è una strategia migliore”.
Dovremmo essere capaci di diminuire la velocità fino ad arrivare ad un ritmo che ci permetta di adattarci ai cambiamenti nella misura in cui questi si cominciano a produrre. Cambiamenti nell’agricoltura e nell’allevamento (che non si improvvisano e necessitano anni per essere attuati), nella distribuzione delle risorse necessarie come l’acqua potabile, l’apparizione di nuove regioni con clima abitabile, ecc.
Qui, ancora una volta, ci scontriamo con l’inerzia del nostro comportamento. Secondo la legge di Pollard del comportamento umano:
“Facciamo ciò che dobbiamo (il nostro imperativo personale ed inevitabile del momento), poi facciamo ciò che è semplice e poi facciamo ciò che ci diverte. Non rimane mai tempo per cose che sono semplicemente importanti”.
Saremo capaci di farlo?
Riferimenti:
 
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