Effetto serra

Il primo scienziato che ipotizzò l’esistenza di un effetto serra non fu né un chimico né un fisico ma un matematico, Joseph Fourier (Francia,1768-1830). Fourier fece dei calcoli, confrontando il calore che il Sole fornisce alla Terra e il calore che la Terra emette verso lo spazio, e si rese conto che l’atmosfera terrestre doveva avere un effetto particolare: quello di mantenere al suo interno parte del calore riflesso della luce solare; altrimenti, disse, “la temperatura sul pianeta dovrebbe essere molto più bassa di quanto non sia”.  Il matematico non sapeva di cosa si trattasse, né quali fossero le sostanze responsabili di questo processo.

La luce e il calore che ci giungono dal Sole si propagano sotto forma di radiazione, cioè onde elettromagnetiche. Queste onde hanno proprietà diverse a seconda della frequenza di oscillazione.

Il Sole emette radiazione in un ampio spettro di frequenze, ma l’atmosfera lascia passare solo la radiazione in alcune specifiche bande di frequenza, tra cui ad esempio la luce visibile.

Quando la radiazione solare colpisce il suolo terrestre non viene riflessa così come è, ma viene prima assorbita e poi riemessa e la radiazione riemessa può avere frequenza diversa da quella incidente; in particolare la radiazione emessa è in gran parte sotto forma di radiazione infrarossa. L’atmosfera è solo parzialmente trasparente all’infrarosso e quindi parte di questa radiazione non prosegue verso lo spazio ma viene riflessa di nuovo verso il suolo.

La stessa cosa succede in una serra, per effetto del vetro che è trasparente alla luce visibile ma non all’infrarosso, da cui il nome di “effetto serra”.

Fu John Tyndall (Irlanda, 1820-1893), un chimico irlandese, che nel 1850 individuò i tre principali gas (o molecole) presenti nell’atmosfera che hanno questo effetto. In primo luogo, l’acqua il metano e la CO₂ di cui tanto si parla; in realtà di CO₂ si è cominciato a produrre in maniera massiccia e fuori dai cicli naturali all’inizio dell’Ottocento, con la rivoluzione industriale. Il CH₄ (metano) è, dopo la CO₂ (anidride carbonica), il principale responsabile del riscaldamento globale. Nonostante sia relativamente facile ridurne le emissioni, il miglioramento è lento e di entità ridotta. Il metano ha un tempo di permanenza nell’atmosfera molto inferiore a quello della CO₂, ma il suo effetto è circa 80 volte più forte.

L’effetto serra non è un fenomeno fisso e costante; è un fenomeno che varia per regolare il clima e le sue variazioni sono sia di carattere giornaliero, sia di carattere stagionale sia per cicli climatici molto più lunghi, come nel caso dell’alternarsi di periodi glaciali e interglaciali (cicli di migliaia di anni) o addirittura di ere glaciali e interglaciali (cicli di milioni di anni). Non tutti i gas che formano l’atmosfera hanno una “capacità serra” (cioè una capacità di trattenere calore) ed è ancora aperta la discussione sulla maggiore o minore influenza dei vari gas serra (cioè quelli che hanno più o meno capacità di trattenere calore). Tra questi, i più importanti sono:

Il vapore acqueo (rappresenta circa il 70% dell’effetto serra) ha la caratteristica di poter essere prodotto rapidamente (evaporazione di mari, fiumi e laghi) e altrettanto rapidamente può essere scartato dall’atmosfera (piogge) ed è quindi importante per i cicli giornalieri e stagionali. In generale, l’aumento di umidità dell’aria accresce l’effetto serra (ossia l’atmosfera più umida trattiene più calore), mentre la formazione di nuvole interviene per diminuirlo, contrastando l’insolazione diretta e facendo perdere umidità all’atmosfera attraverso le piogge.

L’anidride carbonica e il metano (rappresentano insieme il 25% dell’effetto serra) che al contrario rimangono molto più a lungo in atmosfera e sono quindi importanti per regolare i cicli stagionali e decennali. Questi gas riescono a trattenere calore sulla terra riflettendo determinate lunghezze d’onda e, come accade per il vapore acqueo, sono continuamente scambiati tra atmosfera, terra e mari (attraverso l’evaporazione, piogge, respirazione delle piante, eruzioni vulcaniche), dando luogo a variazioni sia giornaliere che stagionali nel contenuto in atmosfera. Ciò vale sia per la CO₂, sia per il metano.

L’immissione di CO₂ deriva per gran parte dalla combustione di combustibili fossili (benzina, diesel, metano, ecc..) e si stima che ogni anno ne vengano immesse circa 32 Gton (1Gton=1mld di tonnellate); l’immissione di CH₄ nasce dalle perdite che si verificano nei siti estrattivi di petrolio e anche, in parte minore, dai grandi allevamenti intensivi di bovini e suini; la stima di immissioni in atmosfera porta ad una cifra di circa 380 Mton/anno (1Mton=1mln di tonnellate)

Altri gas, tra cui: protossido d’azoto (N₂O), clorofluorocarburi (CFC), esafluoruro di zolfo (SF₆), che insieme rappresentano il restante 5% dell’effetto serra.