La temperatura dell’atmosfera dipende dall’effetto serra, effetto naturale dato dalla presenza di alcuni gas che trattengono le radiazioni infrarosse. Oggi però i gas accumulati nella troposfera sono in gran quantità, per cui l’effetto serra è maggiore e la temperatura sale.

Da cosa dipende la temperatura dell’atmosfera

La temperatura dell’atmosfera dipende dalla attività solare, posizione della Terra rispetto al Sole, latitudine, altitudine, effetto serra.

1) La temperatura dell’atmosfera dipende dall’attività solare e sembra correlata al numero di macchie solari. Quando le macchie solari scompaiono, la terra si raffredda. L’effetto dell’attività solare è importante nel lungo periodo: secoli.

evoluzione dell'atmosfera



2) Dipende dalla posizione della Terra nella sua orbita attorno al Sole: perielio e afelio. 

latitudine e insolazione


3) Dipende dalla latitudine: all’equatore la temperatura è massima, perchè i raggi colpiscono perpendicolarmente la terra, mentre ai poli è minima perchè i raggi sono paralleli alla superficie terrestre. 


4) La temperatura della troposfera diminuisce con l’altitudine: mediamente 6,5 ° ogni km. La troposfera comprende i primi 10 km di atmosfera partendo dal suolo, 8-18 km in funzione della latitudine e della stagione), la sua temperatura è determinata essenzialmente dall’energia che riceve dal suolo. Il confine superiore della troposfera si chiama tropopausa.
 

5) Oltre la tropopausa siamo nella stratosfera (10-50 km), la temperatura riprende a salire per l’assorbimento dei raggi ultravioletti solari. Il confine superiore si chiama stratopausa (50 km), entriamo nella mesosfera e la temperatura riprende a scendere. A 80 km siamo in mesopausa, entriamo nella termosfera e la temperatura riprende a salire per l’assorbimento dei raggi ultravioletti solari da parte delle molecole di O2 e N2.

6) La temperatura dipende dall’effetto serra. L’effetto serra è un fenomeno normale

L’effetto serra è la capacità dell’atmosfera di trattenere il calore. Senza l’effetto serra naturale la terra sarebbe un pianeta ostile, invece della temperatura media al suolo media di 15 °C, raggiungerebbe i meno 18 gradi. Il vapore acqueo è responsabile del 40% dell’effetto serra, l’anidride carbonica e il metano del 25%, il restante 5% si deve al protossido d’azoto e cloro fluoro carburi e esafluoruro di zolfo. Ma se l’effetto serra aumenta, la temperatura sale e per forza cambiano gli equilibri delicati della vita sulla Terra.

evoluzione dell'atmosfera
gas responsabili dell’effetto serra negli ultimi 150 anni

Il Comportamento del Calore che raggiunge l’atmosfera terrestre

Se i raggi del sole fossero perpendicolari alla superficie della terra, questa riceverebbe potenza radiante pari a 174.000 terawatt TW. Invece il fabbisogno mondiale di potenza è di circa 17 terawatt TW. Significa che riceviamo 10.000 volte di più di quello che consumiamo, quindi ha scarsa incidenza l’energia che produciamo sulla terra. Diventa molto importante il meccanismo che regola la dispersione del calore, cioè che regola il cosidetto effetto serra.

evoluzione dell'atmosfera

Il calore trasportato dalle radiazioni solari quando entra nell’atmosfera terrestre si comporta secondo le seguenti percentuali:

dato 100 il calore che raggiunge l’atmosfera terrestre: il 23% viene riflesso nuovamente nell’Universo dalle nubi e dall’atmosfera, il 20% viene assorbito dall’atmosfera, l’8% viene riflesso dalla superficie terrestre e il 49% viene assorbito dalla Terra.

Dove va il Calore assorbito dalla Terra

evoluzione dell'atmosfera

Il 49% che arriva a scaldare la terra poi ritorna da dove era arrivato secondo le seguenti percentuali:

 il 7% del 100 iniziale si ne va per convenzione: l’area scaldata dalla terra sale verso l’alto e quella fredda scende verso il basso: è quello che succede il pomeriggio e di notte.
Il 23% per evapotraspirazione: 
l’acqua riscaldata evapora diventando gas, nell’ evaporazione evapora l’acqua del terreno nella traspirazione evapora l’acqua delle foglie. Il restante 19% se ne va per radiazione con gli infrarossi. In realtà il comportamento degli infrarossi è un pochino più complicato.

Il comportamento della radiazione infrarossa

evoluzione dell'atmosfera


Del 100 di energia arrivata dal Sole, il 69% se ne ritorna nello spazio attraverso le radiazioni delle onde lunghe degli infrarossi a bassa energia.

All’energia in uscita dalla Terra si deve aggiungere quella presente nell’atmosfera.

La crisi dell’effetto serra

Quando l’energia in uscita è inferiore al 69%, il sistema va in crisi e la temperatura sale.
La temperatura globale è cresciuta di 0,8 ° Celsius dal 1880 ad oggi, ma 0,5 ° C dal 1975 ad oggi. 
La NASA stima che la temperatura salga di 0,15 0,20 gradi Celsius ogni decennio. La gravità attuale non sta nell’innalzamento assoluto delle temperature, ma nel fatto che l’evoluzione dell’atmosfera sta avvenendo in tempi brevissimi.

Cause della crisi dell’effetto serra

Nell’atmosfera ci sono dei gas che trattengono l’energia che come radiazioni infrarosse vorrebbe ritornarne nell’atmosfera.

Il 70% dell’effetto serra è dovuto al vapor acqueo.

L’atmosfera è composta per lo 0,04 % da CO2.

I gas ad effetto serra

Ogni gas serra ha una sua capacità particolare di trattenere il calore: se una molecola di anidride carbonica CO2 trattiene 1, una molecola di metano CH4 trattiene 30, una di protossido di azoto N2O 290, una di alocarburi  HFC e PFC da 3.000 a 13.000 volte. 

  

effetto serra


Le conseguenze del riscaldamento globale

La prima conseguenza del riscaldamento è lo scioglimento dei ghiacci, da cui innalzamento dei livelli dei mari e l’acidificazione degli oceani per la maggiore anidride carbonica disciolta nelle acque. 
Prima dell’era industriale il clima era nettamente più freddo tanto che si parla di piccola Era Glaciale dalla metà del quattordicesimo secolo alla metà del diciannovesimo secolo. L’Inverno del 1709 fù il più freddo degli ultimi 500 anni per l’Europa.

Cosa si farà in futuro per contrastare l’effetto serra

L’anidride carbonica è uno dei gas più importanti che generano l’effetto serra. L’anidride carbonica deriva dalla combustione degli idrocarburi. Gli idrocarburi derivano dalla fossilizzazione del carbonio, infatti il carbone deriva dalla decomposizione delle foreste di felci 300 milioni fa (paleozoico) e il petrolio deriva dalla decomposizione del plancton oceanico di 100 milioni fa. Quindi ci vogliono milioni di anni per rifossilizzare la CO2 che quotidianamente  rilasciamo in atmosfera. La soluzione è l’interruzione istantanea della combustione degli idrocarburi fossili, il che è impossibile, almeno che non si operasse la fotosintesi artificiale.

La fotosintesi artificiale

La fotosintesi artificiale riproduce la fotosintesi naturale in grande scala.

Lo scopo è di utilizzare la anidride atmosferica per produrre idrocarburi come il metano e altri materiali. Si parte dalle radiazioni solari raccolte dai pannelli fotovoltaici che oggi hanno una resa del 20%. Non vogliamo parlare dei pannelli del Fraunhofer institute of tecnology di Friburgo che hanno una resa del 46% ma hanno costi proibitivi, per cui sono usati solo per i voli spaziali dei satelliti.

L’energia elettrica del fotovoltaico tradizionale opera la fotolisi dell’acqua, cioè la rottura della molecola d’acqua che produce idrogeno ed ossigeno. L’ossigeno è in questo caso un materiale di scarto che sul mercato costa 200 € alla tonnellata, mentre l’idrogeno è la materia prima che ci interessa per la riduzione della anidride carbonica e costa 1000 €/ton.

L’idrogeno viene fatto reagire con la anidride carbonica e si ottiene metano e altre sostanze.

Il metano può essere convogliato nelle rete del gas che esiste in modo diffuso su tutto il territorio e può essere usato per la autotrazione e per produrre energia dove serve.

In questo modo ci muoviamo, ci scaldiamo e facciamo funzionare l’industria senza immettere nuova CO2, ma facendo solo circolare quella già emessa.

fotosintesi artificiale contrasta il riscaldamento globale