Effetto serra: cambiamenti climatici, surriscaldamento globale

Cos’è l’effetto serra?

L’effetto serra è un fenomeno naturale che fa parte del sistema di regolazione dell’equilibrio termico di un corpo celeste dotato di atmosfera contenente alcuni gas detti appunto gas serra.

Questi risultano trasparenti alla radiazione solare entrante ad onda corta, mentre riflettono, diffondono oppure assorbono e riemettono la radiazione infrarossa ovvero risultano opachi alla radiazione ad onda lunga (circa 15 micron) riemessa dalla superficie terrestre in seguito al riscaldamento dovuto ai raggi solari; il fenomeno è riprodotto nelle serre per la coltivazione, dalle quali prende il nome (in questo caso vi è infatti anche un blocco della convezione atmosferica, che è un’altra modalità di trasferimento del calore).

I raggi solari a corta lunghezza d’onda penetrano facilmente nell’atmosfera raggiungendo in gran parte la superficie del pianeta, dove vengono in parte riflessi ed in parte assorbiti dalla superficie, riscaldandola.

Il calore viene dissipato verso lo spazio sotto forma di irraggiamento infrarosso, secondo le leggi dell’irradiazione elettromagnetica.
L’interferenza dei gas serra nella dissipazione della radiazione infrarossa terrestre comporta l’accumulo di energia termica e quindi l’innalzamento della temperatura della superficie fino al raggiungimento di un equilibrio termico-radiativo tra radiazione solare in arrivo e radiazione infrarossa in uscita.

Per dare un’idea dell’entità del fenomeno, in assenza di gas serra la temperatura superficiale media della Terra sarebbe di circa -18 °C mentre, grazie alla presenza di questi gas, il valore reale/effettivo è intorno ai +14 °C.

L’effetto serra si manifesta dunque come un’alterazione del bilancio termico-radiativo alla superficie. È importante rilevare che l’acqua, sotto forma di vapore acqueo, costituisce essa stessa il più potente gas serra atmosferico.

L’inquinamento atmosferico e l’aumento dell’effetto serra

L’inquinamento atmosferico dovuto alla continua e crescente combustione di fonti fossili a scopo energetico, alla deforestazione diffusa, all’agricoltura intensiva e all’estensione della zootecnia, determina un aumento dei gas serra in atmosfera, in particolare dell’anidride carbonica (CO2), del metano (CH4), del protossido di azoto (N2O) e dell’ozono (O3), sommando così all’effetto serra naturale una percentuale antropica molto rilevante.

Quanto agli effetti sul vapore acqueo essi sono indiretti (aumento dell’evaporazione dalla superficie oceanica in seguito a riscaldamento) e ancora poco compresi.

Nel sistema solare l’effetto serra regola le condizioni termiche non solosulla Terra, ma anche su Marte, Venere e Titano, mentre altri pianeti e satelliti rocciosi, privi di atmosfera e quindi di effetto serra, presentano escursioni termiche fortissime fra il giorno e la notte e fra le zone in ombra e quelle illuminate.

Possiamo dunque affermare, che l’effetto serra è la capacità dell’atmosfera di trattenere più o meno calore: non è un fenomeno unico ma raggruppa tutti le modificazioni di quegli equilibri che fanno variare il contenuto atmosferico di vapore acqueo, CO2 e metano.
Infatti, un’atmosfera 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 un contenuto minore di questi gas.

Quando si parla di aumento o diminuzione dell’effetto serra ci si riferisce proprio alla variazione, in un senso o nell’altro, della capacità di trattenere il calore da parte dell’atmosfera: è ovvio che se l’atmosfera riesce a trattenere più calore avremo un innalzamento della temperatura interna del pianeta, se, viceversa, l’atmosfera riesce a trattenerne meno,si assisterà ad una diminuzione delle temperature.

Non è detto però che un aumento o diminuzione della temperatura della Terra sia dovuta sempre alla variazione dell’effetto serra: ad esempio quando,nel corso delle Ere, il Sole 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.

Molti sono i fattori che contribuiscono a variare 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 di gas dovute ad attività vulcaniche).

In una situazione ideale tutti questi fattori partecipano insieme, chi apportando un’azione di aumento dell’effetto serra, chi una diminuzione, in maniera tale che le varie azioni si annullino 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. Peraltro, da un punto di vista globale, tutte queste alterazioni si annullano a vicenda facendo rimanere pressoché costante la capacità complessiva dell’atmosfera di trattenere calore al suo interno.

Quando si parla di aumento o diminuzione dell’effetto serra si parla della tendenza di tutti questi fattori, a trovare un equilibrio globale tra loro. L’effetto serra è elemento equilibratore del clima per eccellenza, viene alterato continuamente su aree più o meno estese e permette un bilanciamento a carattere 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 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, attività vulcanica) il sistema reagisce in maniera tale da riequilibrare la variazione che il clima subisce sia a livello locale (più velocemente) che a livello globale (più lentamente). 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 permettono un nuovo bilanciamento del clima (con l’aumento delle perturbazioni atmosferiche che rilasciano il vapore acqueo contenuto nell’atmosfera e con maggior sviluppo del mondo vegetale che consuma acqua e CO2).

I fattori che influenzano l’effetto serra

Sono molteplici e si comportano in maniera molto diversa tra loro. Alcuni sono fenomeni locali (piogge, evaporazione, venti, annuvolamenti) altri hanno comportamenti su scala più ampia (campi di alta o bassa pressione, spostamenti di masse d’aria, variazione del contenuto atmosferico globale, correnti oceaniche), alcuni provocano variazione di breve durata altri di lunga durata:

* L’ aumento di evaporazione provoca un effetto di riscaldamento: l’atmosfera diventa più umida e un’atmosfera più umida trattiene più calore;

* L’aumento delle piogge provoca un effetto di raffreddamento: l’atmosfera diventa meno umida (perde vapore acqueo) e trattiene meno calore;

* L’aumento di nuvolosità svolge un doppio effetto: principalmente ha un effetto di raffreddamento isolando la superficie terrestre dai raggi del sole (meno raggi arrivano dal sole alla superficie terrestre); in altri casi ha un effetto di riscaldamento bloccando la dispersione del calore già contenuto dall’atmosfera (come un tappo);

* I campi di alta e bassa pressione regolano lo spostamento “rapido” delle masse aria, intervenendo direttamente e rapidamente sulla capacità dell’atmosfera di trattenere più o meno calore;

* Spostamenti di masse d’aria, cicloni, sono legati a quanto già detto per le piogge, le nuvole, e i campi di alta o bassa pressione;

* Le correnti oceaniche riequilibrano il clima, svolgendo un ruolo simile a quello svolto dagli spostamenti di masse d’aria in atmosfera;

* La variazione globale nel contenuto atmosferico di vapore acqueo, CO2 e metano, provocano variazioni di lunga durata sulla temperatura e sono equilibrate dall’effetto serra perché fortemente connesse con alcune variazioni nei mari e nella biologia presente sulla Terra come, ad esempio:

1. il consumo di CO2 da parte delle specie vegetali: maggiore CO2 c’è in atmosfera, maggiore sarà la quantità che le piante saranno in grado di assorbire;

2. 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;

3. il passaggio di metano dalle terre all’atmosfera causato dall’attività di metanogenesibatterica: più è caldo maggior metano sale in atmosfera.

L’effetto serra è il fenomeno che regola i rapporti tra i due fattori principali che caratterizzano il sistema climatico, la ciclicità e la variabilità all’interno dei cicli stessi, rendendo il sistema clima un sistema attivo autoregolante e retroattivo. Ciò nondimeno esso, pur avendo una certa regolarità per lunghi periodi, non ha valori fissi e continui nel tempo ma varia continuamente anche durante le stagioni dell’anno: d’estate è minimo mentre d’inverno è massimo.

In estate, quando è massima l’insolazione, diminuisce l’effetto serra dell’atmosfera poiché diminuisce l’umidità dell’aria ed è minimo il contenuto di CO2. Al contrario in inverno il fenomeno è massimo, dal momento che è massima sia l’umidità dell’atmosfera sia il contenuto di CO2.

Un altro esempio comune di effetto serra è quello che interviene nei cicli giornalieri del clima, ossia l’alternanza giorno e della notte e le loro variazioni di temperatura.

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 che possono investire una zona e cambiarne il “tempo” per una o più giornate.

L’effetto serra, si manifesta attraverso le piogge (perdita di umidità da parte dell’atmosfera), l’evaporazione o il movimento di masse d’aria umida (l’arricchimento d’umidità dell’atmosfera) e la formazione e movimento di corpi nuvolosi (tentativo di isolare una zona e diminuire l’insolazione respingendo i raggi solari). Tutti questi fenomeni possono investire una zona in un momento della giornata o persistere per più tempo. Attraverso questi fenomeni, l’effetto serra interviene giornalmente regolando la capacità dell’atmosfera di trattenere energia, in maniera tale da mantenere regolare e costante il rapporto tra l’energia che,con il trascorrere dei giorni, arriva sulla Terra e quella che la Terra perde.

L’effetto serra dunque opera attraverso l’atmosfera ed ha come obbiettivo la mitigazione del clima eliminando gli eccessi di riscaldamento o di raffreddamento ai quali è soggetta la Terra a causa dei sui moti.

Affinché l’effetto serra torni ad essere un semplice meccanismo fisico proprio dell’atmosfera terrestre, è necessario che le attività antropiche cessino di influenzarlo od amplificarlo: per favorire ciò senza far involvere la civiltà umana, è possibile sfruttare le capacità proprie della canapa industriale.

Essa può facilitare questo processo in vari modi: innanzitutto con la sua semplice piantumazione (essendo una pianta assorbirebbe la CO2 e altri gas in eccesso), inoltre il poter essere utilizzata come alternativa alle plastiche o ai carburanti di origine petrolifera permetterebbe di interrompere l’uso di tali fonti esauribili, abbassando significativamente le emissioni tossiche nell’atmosfera terrestre.

A ciò si può anche aggiungere l’uso della canapa industriale come materiale da costruzione che limiterebbe molto le emissioni causati dalle necessità di riscaldare o raffreddare l’ambiente domestico, oltre alla lunga durabilità delle strutture stesse e alla loro facile gestione nel caso di smaltimento.