La Fisica Quotidiana: L’effetto serra

In considerazione delle alterazioni climatiche che hanno interessato e interessano il globo terrestre un po’ ovunque, esaminiamo con qualche dettaglio il meccanismo dell’effetto serra causato principalmente dalle emissioni di anidride carbonica (CO2) provenienti dall’uso eccessivo di combustibili di origine fossile quali petrolio, gas e carbone.

Si ha l’effetto serra quando un contenitore è capace di intrappolare radiazione infrarossa al suo interno.
Questo accade quando le pareti del contenitore fanno passare radiazione visibile e ultravioletta ma bloccano la radiazione infrarossa. Materiali che hanno questa proprietà sono il vetro, la plastica, l’acqua e alcuni gas tra i quali l’anidride carbonica, il nemico dichiarato della civiltà dei grandi consumi di energia ricavata dai combustibili fossili.

Esempi tipici di questi contenitori sono le serre agricole (Fig.1) e un automobile sotto il sole con i finestrini chiusi (Fig. 2).

Cosa accade quando la luce solare (frecce bianche in Fig.1) entra nella serra? La luce solare, provenendo da una sorgente ad alta temperatura (circa 6000 °C), è prevalentemente composta da radiazione ad alta energia, ovvero luce visibile e ultravioletto, mentre è povera di radiazione a bassa energia, ovvero radiazione infrarossa. Seguiamo quello che accade alla luce solare che penetra nella serra. Gli oggetti in essa contenuti in parte la riflettono verso l’esterno, in parte la assorbono riscaldandosi un poco e diventando a loro volta emettitori di radiazione, ma essendo bassa la loro temperatura essi emettono radiazione a bassa energia, cioè infrarosso, ovvero radiazione termica (si pensi al termosifone). Questa radiazione non riesce ad uscire verso l’esterno (per la proprietà sopra detta del contenitore), viene riflessa verso l’interno riscaldando così l’ambiente ad una temperatura superiore a quella esterna alla serra. In breve, se esce meno energia di quella che è entrata la differenza rimasta nella serra dovrà trasformarsi in qualcosa (per il principio di conservazione dell’energia) e, nella fattispecie, in energia termica, cioè calore.

La Terra è una grande serra

Il Sistema Terra più Atmosfera si comporta come una serra, dove la parete che blocca l’uscita dell’infrarosso è una calotta nella parte alta dell’atmosfera costituita da vari gas (cosiddetti gas serra) tra i quali prevale l’anidride carbonica. E’ opportuno precisare che l’effetto serra, nella misura adeguata, è utile a dare alla Terra quella temperatura media che garantisce la vita vegetale e animale: se non ci fosse l’atmosfera la radiazione infrarossa si disperderebbe nello spazio e le temperature minime e massime sarebbero totalmente incompatibili con la vita terrestre (si pensi alla escursione termica sulla superficie lunare che va da -150 °C a +150 °C !).
Il problema si pone quando si addensano nella calotta quantità in eccesso di CO2.
Dato che la CO2 è impermeabile alla radiazione infrarossa, questa è riflessa in quantità in eccesso verso l’interno causando un aumento della temperatura media della Terra con conseguente evaporazione in eccesso dei mari (con aggravamento dell’effetto serra perché il vapore acqueo si comporta come l’anidride carbonica), scioglimento di ghiacciai montani e polari ed altro ancora con importanti conseguenze climatiche.
Quanto detto è riassunto nella Fig. 3.

Nella Fig. 4 è riportato l’andamento delle variazioni della temperatura terrestre rispetto alla media su un arco di 140 anni. C’è chi ritiene che tale curva non abbia a che fare con il riscaldamento globale ma sia piuttosto legata a fenomeni di lungo termine compatibili con la fisica terrestre ma quello che desta preoccupazione è l’impennata della curva a partire dal 1980, proprio in corrispondenza dell’abuso dei consumi energetici degli ultimi decenni.

Alcune possibili conseguenze…

A conti fatti, dal 1994 al 2017, sono stati persi 28.000 miliardi di tonnellate di ghiaccio, l’equivalente di una calotta spessa 100 metri ed estesa quanto l’Italia!

Nell’Antartide occidentale (Polo Sud), osservazioni satellitari e dirette mostrano come l’acqua calda stia “mangiando” le piattaforme di ghiaccio, portandole al crollo (Fig. 5)

Se ciò dovesse accadere, l’innalzamento del livello del mare accelererà e non si fermerà per secoli; il ghiaccio sciolto nell’Antartide occidentale potrebbe sollevare i mari di oltre 3 metri. Non solo: anche i ghiacciai terrestri in Alaska, nell’Himalaya e altrove sono i principali fattori di innalzamento del livello del mare e stanno tutti scomparendo a una velocità allarmante.

Sappiamo bene che i ghiacciai delle Alpi negli ultimi anni vanno continuamente ritirandosi come per esempio il ghiacciaio dei Forni nel Parco Nazionale dello Stelvio (Fig. 6).

Lo stesso panorama ripreso nel 1890, nel 1941, nel 1997 e nel 2007

Si attribuisce all’effetto serra l’accentuazione del fenomeno noto come “el niño” che si presenta come un riscaldamento delle correnti oceaniche che risalgono dalla zona equatoriale del Pacifico fino ad alterare il clima di tutta la costa occidentale del Nord America.

In tempi recenti ci sono state nuove alterazioni climatiche, dall’aumento del numero e dell’intensità degli uragani del centro America, alle più frequenti alluvioni in Cina. E nella stessa Europa ci sono stati eventi climatici eccezionali.

C’è chi ritiene ottimisticamente che tutto questo non abbia a che fare con l’effetto serra ma non è assolutamente il caso di sottovalutare il problema. La questione fortunatamente è ormai all’ordine del giorno dei programmi governativi dei principali paesi “inquinatori”. Si parla di Transizione Ecologica tutta incentrata sulla graduale sostituzione di fonti energetiche non rinnovabili (petrolio, gas, carbone) con fonti rinnovabili (solare, eolico, biomasse) per ridurre le emissioni di CO2 e l’Europa in particolare si è posta l’obbiettivo di azzerarle entro il 2050.

(Riferimento  bibliografico: LA FISICA SOTTO IL NASO – Andrea Frova. Edizioni bestBUR)

Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.

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