I gas ad effetto serra
Da: http://it.wikipedia.org/wiki/Gas_serra
Sono chiamati gas serra quei gas presenti in atmosfera, che sono trasparenti alla
radiazione solare in entrata sulla Terra ma riescono a trattenere, in maniera consistente, la
radiazione infrarossa emessa dalla superficie terrestre, dall'atmosfera e dalle nuvole. I gas
serra possono essere di origine sia naturale che antropica, e assorbono ed emettono a
specifiche lunghezze d'onda nello spettro della radiazione infrarossa. Questa loro
proprietà causa il fenomeno noto come effetto serra.
Il vapore acqueo (H2O), il biossido di carbonio (CO2), l'ossido di diazoto (N2O) e il metano
(CH4) sono i gas serra principali nell'atmosfera terrestre.
Oltre a questi gas di origine sia naturale che antropica, esiste un'ampia gamma di gas
serra rilasciati in atmosfera di origine esclusivamente antropica, come gli alocarburi, tra i
quali i più conosciuti sono i clorofluorocarburi (CFC), e molte altre molecole contenenti
cloro e fluoro le cui emissioni sono regolamentate dal Protocollo di Montreal.
I gas alogenati sono emessi in quantità molto inferiori rispetto a CO 2, CH4 e N2O ed hanno
bassissime concentrazioni in atmosfera ma possono avere un tempo di vita molto lungo e
un forte effetto come forzante radiativo, da 3 000 a 13 000 volte superiore a quella del
biossido di carbonio. L'importanza di un gas per la varizione dell'effetto serra si ottiene
proprio considerando sia la forzante radiativa del gas, sia la sua concentrazione
atmosferica, sia la permanemza del gas in atmosfera.
In particolare il Global Warming Potential (GWP, potenziale di riscaldamento globale), che
rappresenta l'effetto combinato del tempo di permanenza in atmosfera di ogni gas e la
relativa efficacia specifica nell'assorbimento della radiazione infrarossa emessa dalla
Terra, è una misura di quanto un dato gas serra contribuisca al riscaldamento globale
rispetto al CO2. I GWP sono calcolati dall'Intergovernmental Panel on Climate Change e
sono utilizzati come fattori di conversione per calcolare le emissioni di tutti i gas serra in
emissioni di CO2 equivalente.
Il Protocollo di Kyōto regolamenta le emissioni di CO2, N2O, CH4, esafluoruro di zolfo
(SF6), idrofluorocarburi (HFCs) e perfluorocarburi (PFCs).
I vari gas che formano l’atmosfera non contribuiscono tutti allo stesso modo per l’effetto
serra: infatti molecole come quella di azoto (N2) o ossigeno (O2) che costituiscono il 98%
della nostra atmosfera, non sono capaci di assorbire molta radiazione.
I gas migliori per l'effetto serra sono quelli che hanno una struttura molecolare
asimmetrica: in generale quindi tutti i gas biatomici che si trovano nell’atmosfera non sono
buoni gas serra (proprio perché hanno una struttura sicuramente lineare) mentre il metano
(CH4), l’ozono (O3), il vapore acqueo (H2O), l’ossido nitroso (N2O), i gas fluorurati
(idrofluorocarburi HFC, esafluoro di zolfo SF6,perfluorocarburi PFC,clorofluorocarburi
CFC) sono buoni gas serra proprio perché hanno una struttura asimmetrica.
Caso particolare è l’anidride carbonica (CO2) che pur avendo una struttura lineare (con i
tre atomi in fila O-C-O) e quindi non avendo un elevato “potenziale serra”, è tuttavia molto
più abbondante in atmosfera rispetto ad altri gas a maggior potenziale serra ed è per
questo considerato uno dei maggiori responsabili dell’effetto serra.
Vapore acqueo
Il principale gas a effetto serra è il vapore acqueo (H2O), responsabile per circa due terzi
dell’effetto serra naturale anche se non mancano opinioni secondo cui il vapore acqueo
sarebbe responsabile fino al 98% dell'effetto serra. Nell’atmosfera, le molecole di acqua
catturano il calore irradiato dalla Terra diramandolo in tutte le direzioni, riscaldando così la
superficie della Terra prima di essere irradiato nuovamente nello spazio.
Il vapore acqueo atmosferico è parte del ciclo idrologico, un sistema chiuso di circolazione
dell’acqua – una risorsa non infinita – dagli oceani e dai continenti verso l’atmosfera in un
ciclo continuo di evaporazione, traspirazione, condensazione e precipitazione. Tuttavia
l’aria calda può assorbire molta più umidità e di conseguenza le temperature in aumento
intensificano ulteriormente l’aumento di vapore acqueo in atmosfera e quindi il
cambiamento climatico.
Esso rappresenta il 70% dei gas a effetto serra che svolgono una vera e propria attività di
riflettere di nuovo i raggi sulla Terra
Anidride carbonica (CO2)
L’anidride carbonica è responsabile per il 5% / 20% (la teoria più accreditata è il 15 %)
dell’effetto serra naturale ed interagisce con l’atmosfera per cause naturali e antropiche:
I serbatoi naturali della CO2 sono gli oceani (che contengono il 78% della CO2), i
sedimenti fossili (22%), la biosfera terrestre(6%), l’atmosfera (1%). Gran parte dell’anidride
carbonica degli ecosistemi viene immessa nell’atmosfera. Un certo numero di organismi
hanno la capacità di assimilare la CO2 atmosferica. Il carbonio, così, grazie alla fotosintesi
delle piante, che combina l’anidride carbonica e l’acqua in presenza dell’energia solare,
entra nei composti organici e quindi nella catena alimentare, ritornando infine all’atmosfera
attraverso la respirazione.
Si possono individuare delle variazioni annuali della concentrazione di CO2 atmosferica.
Durante l’inverno si verifica un aumento della concentrazione dovuto al fatto che nelle
piante a foglia caduca prevale la respirazione; mentre durante l’estate la concentrazione di
CO2 atmosferica diminuisce per l’aumento totale della fotosintesi.
Gli oceani hanno un ruolo fondamentale nel bilancio del carbonio, costituiscono una vera e
propria riserva di carbonio sotto forma di ione bicarbonato e contengono quantità enormi di
CO2, fino al 79% di quella naturale: gli oceani possono rilasciare o assorbire CO2 in
quanto è solubile in acqua. L’incremento di temperatura dell’acqua diminuisce la solubilità
del biossido di carbonio, pertanto l’aumento della temperatura degli oceani sposta CO2 dal
mare all’atmosfera, mentre una diminuzione fa avvenire il contrario. Gli oceani
assorbendo, così la CO2 atmosferica mantengono bassa la sua concentrazione; se la
concentrazione tendesse ad abbassarsi, gli oceani possono liberare anidride carbonica
svolgendo un ruolo di equilibratori. Questo bilancio naturale, in assenza di attività
antropica, in prima approssimazione, è sempre in pareggio. Esso coinvolge valori di
emissioni e assorbimenti maggiori alle emissioni antropiche. Tuttavia, per quanto piccole
rispetto al totale, le emissioni antropiche sono sufficienti a squilibrare l’intero sistema.
L’anidride carbonica si va così accumulando nell’atmosfera, in quanto i processi di
assorbimento da parte dello strato rimescolato dell’oceano non riescono a compensare del
tutto il flusso entrante di carbonio.
Le emissioni legate all’attività umana sono dovute all’uso di energia fossile, ossia petrolio,
carbone e gas naturale; e la restante parte dovuta a fenomeni di deforestazione e
cambiamenti d’uso delle superfici agricole. Il contributo della deforestazione è peraltro
molto incerto, ed oggi al centro di molti dibattiti: le stime indicano valori compresi tra un
massimo di 2 ad un minimo di 0.6 GtC/anno.
L’ammontare equivalente di CO2 si ottiene moltiplicando per 44/12. Per quanto concerne
la persistenza media in anni della CO2 in atmosfera, l’IPCC considera un intervallo
compreso tra i 50 e i 200 anni che, dipende sostanzialmente dal mezzo di assorbimento.
Metano (CH4)
Il metano (CH4) è considerato responsabile per circa 8%. Il metano è il prodotto della
degradazione di materiale organico in ambiente anaerobico. La sua capacità nel trattenere
il calore è 30 volte maggiore a quella dell’anidride carbonica.
La sua concentrazione atmosferica media sta aumentando con un tasso medio annuo
valutato tra l’1.1% e l’1.4%. Le principali fonti di metano sono i terreni paludosi (25-170 Tg
annui; 1 Tg o teragrammo = 1 · 1012 grammi), le risaie (40-179 Tg), la fermentazione del
concime organico (40-110 Tg), la combustione della biomassa (30-110 Tg), la produzione
e la distribuzione di gas naturale (20-50 Tg), l’estrazione del carbone (10-40 Tg) e le
termiti (5-45 Tg), per un incremento dello 0.6% annuo.
E´da rilevare il forte aumento delle emissioni di metano da parte delle discariche; inoltre si
è avuto un aumento delle emissioni provenienti dal settore energetico, e una diminuzione
di quelle del settore agricolo.
Alocarburi
Tra
questi
gas
i
più
conosciuti
sono
i
idroclorofluorocarburi(HCFC), e gli idrofluorocarburi(HFC).
clorofluorocarburi(CFC),
gli
La concentrazione di questi gas in atmosfera è molto bassa, ma il loro potenziale di
riscaldamento è da 3.000 a 13.000 volte superiore della CO2. Gli alocarburi non derivano
da processi naturali; la loro presenza in atmosfera è attribuibile per la maggior parte alle
attività umane. Fino alla metà degli anni '70 i CFC erano largamente impiegati come
propellenti per le bombolette spray, nei solventi e in alcuni collanti.
Nel 1987, siglando il Protocollo di Montreal, le nazioni del mondo hanno stretto un accordo
per ridurre drasticamente l'uso di questi gas perché considerati lesivi dell'ozono
atmosferico. I CFC sono stati in gran parte sostituiti dagli HCFC, meno dannosi per l'ozono
ma comunque nocivi per l'effetto serra poiché contribuiscono al riscaldamento globale.
Così mentre la concentrazione di CFC diminuisce, quella degli altri gas aumenta. Oltre ad
essere molto potenti, questi gas permangono in aria per periodi molto lunghi, fino a 400
anni.
Protossido di azoto
Il protossido di azoto costituisce una piccolissima parte dell'atmosfera, ed è mille volte
meno presente della CO2 ma quasi 300 volte più potente nel trattenere il calore.
La concentrazione del protossido di azoto è cresciuta moltissimo negli ultimi decenni,
passando da 275 ppb del periodo pre-industriale ai 312 ppb del 1994. La maggior parte
del protossido di azoto in atmosfera deriva da processi microbiologici. Nei terreni e nelle
acque, le maggiori fonti di emissione di N2O sono i processi di nitrificazione e
denitrificazione, quest'ultimo è il principale responsabile delle emissioni di N2O in ambienti
sotterranei. Si sono osservati anche fenomeni di assorbimento del protossido di azoto da
parte degli oceani, ma ad oggi la conoscenza su come il suolo e i sistemi marini fungano
da sink per questo gas è troppo ridotta per considerare la loro importanza su scala
globale.
Ozono
L'ozono è contenuto in minima parte nell'atmosfera ed è concentrato in prevalenza intorno
ai 45 km di altezza dove viene formato dalla reazione tra raggi solari UVA e l'ossigeno
atmosferico. L'ozono stratosferico funge da filtro verso le radiazioni ultraviolette provenienti
dal Sole, ma nella troposfera si comporta da gas serra sebbene il suo contributo sia
minimo.
È un componente essenziale dell'atmosfera, ma se negli strati più alti è utile perché
capace di filtrare la radiazione ultravioletta del sole verso la terra, negli strati più bassi,
nella troposfera, è da considerasi un inquinante (anche se il suo potenziale come gas
serra rispetto alla CO2 non è ancora stato calcolato).
L'ozono è naturalmente creato e distrutto dalle radiazioni ultraviolette: quelle più potenti lo
creano a partire dall'ossigeno, mentre le più deboli lo distruggono. Parte dell'ozono è
anche prodotta nei processi di inquinamento atmosferico. L'ozono è coinvolto nella
formazione delle piogge acide e la sua concentrazione può provocare patologie
respiratorie.
Voci correlate
Effetto serra
Protocollo di Kyōto
Inventario delle emissioni
Riscaldamento globale
Mobilità sostenibile
Global Warming Potential
Emissions trading
Effetto serra
Da: http://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_serra
L'effetto serra è un fenomeno atmosferico-climatico che indica la capacità di un pianeta di
trattenere nella propria atmosfera parte dell'energia solare proveniente dal Sole. L'effetto
serra fa parte dei complessi meccanismi di regolazione dell'equilibrio termico di un pianeta
(o satellite) e agisce attraverso la presenza in atmosfera di alcuni gas, detti appunto gas
serra, che hanno come effetto globale quello di mitigare la temperatura dell'atmosfera
terrestre isolandola parzialmente dai grandi sbalzi o escursioni termiche cui sarebbe
soggetta la Terra in loro assenza. L'effetto serra terrestre è creato da una serie di
fenomeni che interagendo tra di loro regolano il contenuto di gas serra in atmosfera.
Questi gas, per le proprie particolari proprietà molecolari-spettroscopiche, risultano infatti
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 del pianeta riscaldata
dai raggi solari diretti; il termine deriva dunque dall'analogia (non pienamente corretta) con
quanto avviene nelle serre per la coltivazione (in questo caso vi è infatti anche un blocco
della convezione atmosferica che è un'altra modalità di trasferimento del calore). Proprio
grazie all'effetto serra terrestre è possibile lo sviluppo della vita sulla Terra in quanto si
evitano le eccessive escursioni termiche dei corpi celesti privi di atmosfera.
Descrizione
I raggi solari a corta lunghezza d'onda penetrano facilmente nell'atmosfera raggiungendo
in buona parte la superficie del pianeta terra, 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 le leggi fondamentali dell'irradiazione
elettromagnetica (legge del corpo nero di Planck, la legge di Stefan-Boltzmann e la legge
di Wien). L'interferenza dei gas serra (sotto forma di assorbimento o opacità) alla
dissipazione della radiazione infrarossa terrestre comporta l'accumulo di energia termica in
atmosfera e quindi l'innalzamento della temperatura superficiale fino al raggiungimento di
un punto di 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, dall'equazione di
equilibrio tra radiazione entrante e quella uscente si trova che la temperatura superficiale
media della Terra sarebbe di circa -18 °C mentre, grazie alla presenza dei gas serra in
primis e del resto dell'atmosfera, il valore reale/effettivo è di circa +14 °C, ovvero molto al
di sopra del punto di congelamento dell'acqua consentendo così la vita come la
conosciamo. L'effetto serra si manifesta dunque come un'alterazione del bilancio termicoradiativo alla superficie. È importante rilevare che l'acqua, sotto forma di vapore,
costituisce essa stessa il più potente gas serra atmosferico (massimo peso
nell'assorbimento totale).
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, determina 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) innalzando così l'effetto serra naturale di una
componente antropica dando origine ai cambiamenti climatici attuali sotto forma di
riscaldamento globale. 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, 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.
