EFFETTO SERRA: COME SI PRODUCE, CAUSE, GAS, CONSEGUENZE - AMBIENTE - 2026

L' effetto serra è un processo naturale in cui l'atmosfera trattiene parte della radiazione infrarossa emessa dalla Terra e quindi la riscalda. Questa radiazione infrarossa proviene dal riscaldamento generato sulla superficie terrestre dalla radiazione solare.

Questo processo si verifica perché la Terra come un corpo opaco assorbe la radiazione solare ed emette calore. Allo stesso tempo, poiché c'è un'atmosfera, il calore non fuoriesce completamente nello spazio.

Schema effetto serra. Fonte: Robert A. Rohde (Volo dei draghi su Wikipedia in inglese), traduzione in spagnolo felix, layout di adattamento Basquetteur

Parte del calore viene assorbito e riemesso in tutte le direzioni dai gas che compongono l'atmosfera. La Terra mantiene così un certo equilibrio termico che stabilisce una temperatura media di 15 ºC, garantendo un range variabile in cui può svilupparsi la vita

Il termine "effetto serra" è una similitudine con le serre per la coltivazione di piante in climi in cui la temperatura ambiente è inferiore a quella richiesta. In queste grow house, il tetto in plastica o vetro consente il passaggio della luce solare ma impedisce l'uscita del calore.

In questo modo si mantiene un microclima caldo favorevole allo sviluppo delle piante, indipendentemente dalla temperatura esterna più bassa.

I gas più rilevanti nell'effetto serra sono il vapore acqueo, l'anidride carbonica (CO2) e il metano. Quindi, a causa dell'inquinamento generato dall'uomo, vengono incorporati altri gas e aumentano i livelli di CO2.

Gas CO2, vapore acqueo e metano nell'atmosfera

Questi gas includono ossidi di azoto, idrofluorocarburi, idrocarburi perfluorurati, esafluoruro di zolfo e clorofluorocarburi.

L'effetto serra è buono o cattivo?

L'effetto serra è fondamentale per la vita sulla Terra in quanto garantisce il range di temperatura adeguato alla sua esistenza. La maggior parte dei processi biochimici richiede temperature comprese tra -18ºC e 50ºC.

Nel passato geologico ci sono state fluttuazioni della temperatura media terrestre, sia in aumento che in diminuzione. Negli ultimi due secoli c'è stato un processo di aumento sostenuto della temperatura globale.

La differenza è che attualmente il tasso di crescita è particolarmente alto e sembra essere associato all'attività umana. Queste attività generano gas serra che accentuano il fenomeno.

Qual è il problema, allora?

Gli esseri umani hanno aggiunto costantemente sostanze inquinanti all'ambiente dalla metà del XVIII secolo, a seguito dell'industrializzazione. Tra questi inquinanti c'è l'emissione di gas che contribuiscono all'effetto serra, perché assorbono calore o danneggiano lo strato di ozono.

Lo strato di ozono si trova nella parte superiore della stratosfera e filtra la radiazione solare ultravioletta (energia più elevata). Maggiore è la radiazione ultravioletta, maggiore è il calore e inoltre possono essere generati effetti mutageni.

D'altra parte, i gas che trattengono il calore come CO2 e metano riducono la perdita di calore da emissione dalla Terra. Mentre tra i gas che danneggiano lo strato di ozono ci sono tutti i composti del fluoro e del cloro.

Le conseguenze dell'aumento dell'effetto serra è un aumento della temperatura terrestre. Ciò a sua volta provoca una serie di cambiamenti climatici, incluso lo scioglimento del ghiaccio polare e glaciale.

Come si produce l'effetto serra?

- Atmosfera terrestre

Strati dell'atmosfera

La comprensione degli elementi di base della composizione chimica e della struttura dell'atmosfera è fondamentale per comprendere l'effetto serra.

Composizione chimica dell'atmosfera terrestre

L'azoto (N) predomina nella composizione dell'atmosfera terrestre, 79% e ossigeno (O2) 20%. Il restante 1% è costituito da vari gas, di cui i più abbondanti sono Argon (Ar = 0,9%) e CO2 (0,03%).

Questi gas non possono assorbire la luce solare, cioè l'energia a onde corte emessa dal Sole (spettro visibile e ultravioletto).

Strati dell'atmosfera

La più alta proporzione di gas atmosferici è concentrata nella fascia che va dalla superficie terrestre fino a 50 km di altezza. Ciò è dovuto all'attrazione che la forza gravitazionale esercita sui gas che compongono l'atmosfera.

In questi primi 50 km di atmosfera si riconoscono due strati, il primo da 0 a 10 km di altezza e il secondo da 10 a 50 km di altezza. La prima è chiamata troposfera e concentra circa il 75% della massa gassosa dell'atmosfera.

La seconda è la stratosfera che concentra il 24% della massa gassosa atmosferica e nella sua parte superiore è lo strato di ozono. Lo strato di ozono è la chiave per comprendere l'effetto serra, poiché è responsabile della fissazione dei raggi ultravioletti del sole.

Sebbene altri tre strati si estendano sopra questi strati dell'atmosfera, i due più bassi sono i fattori determinanti per l'effetto serra.

- L'effetto serra

Gli elementi principali del processo mediante il quale si produce l'effetto serra sono il Sole, la Terra e i gas atmosferici. Il Sole è la fonte di energia, la Terra la ricevente di questa energia ed emittente di calore e gas svolgono ruoli diversi a seconda delle loro proprietà.

Energia solare

Il Sole emette fondamentalmente radiazioni ad alta energia, cioè corrispondenti alle lunghezze d'onda visibile e ultravioletta dello spettro elettromagnetico. La temperatura di emissione di questa energia raggiunge i 6.000 ° C, ma la maggior parte si dissipa lungo il percorso.

Del 100% dell'energia solare che raggiunge l'atmosfera, circa il 30% viene riflesso nello spazio (effetto albedo). Il 20% viene assorbito dall'atmosfera, principalmente dalle particelle sospese e dallo strato di ozono, e il restante 50% riscalda la superficie terrestre. Questo video riflette questo processo:

La terra

Come ogni corpo, la Terra emette radiazioni, che in questo caso sono radiazioni a onde lunghe (infrarossi). La radiazione infrarossa emessa dalla Terra proviene dal suo centro incandescente (energia geotermica), ma la temperatura di emissione è bassa (quasi 0 ºC).

Tuttavia, la Terra riceve energia solare che la riscalda ed emette radiazioni infrarosse aggiuntive.

D'altra parte, la Terra riflette una parte importante della radiazione solare a causa del suo albedo (tono chiaro o bianco). Questo albedo è dovuto principalmente a nuvole, specchi d'acqua e ghiaccio.

Prendendo in considerazione l'albedo e la distanza dal pianeta al Sole, la temperatura della Terra dovrebbe essere di -18 ºC (temperatura effettiva). La temperatura effettiva si riferisce a ciò che un corpo dovrebbe avere considerando solo l'albedo e la distanza.

Tuttavia, la temperatura media reale della Terra è di circa 15ºC con una differenza di 33ºC con la temperatura effettiva. In questa marcata differenza tra temperatura effettiva ed effettiva, l'atmosfera gioca un ruolo fondamentale.

L'atmosfera

La chiave per la temperatura della Terra è la sua atmosfera, se non esistesse il pianeta sarebbe permanentemente congelato. L'atmosfera è trasparente a gran parte della radiazione a onde corte, ma non a gran parte della radiazione a onde lunghe (infrarossi).

Lasciando passare la radiazione solare, la Terra si riscalda ed emette radiazioni infrarosse (calore), ma l'atmosfera assorbe parte di quel calore. In questo modo, gli strati dell'atmosfera e le nuvole si surriscaldano ed emettono calore in tutte le direzioni.

Effetto serra

Il processo di riscaldamento globale dovuto alla ritenzione atmosferica della radiazione infrarossa è ciò che è noto come effetto serra.

Serra a Kew Gardens (Inghilterra). Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kew_gardens_greenhouse.JPG

Il nome deriva dalle serre agricole, dove vengono coltivate specie che richiedono una temperatura più elevata di quella esistente nella zona di produzione. Per questo queste grow house hanno un tetto che permette il passaggio della luce solare ma trattiene il calore emesso.

In questo modo è possibile creare un microclima caldo per quelle specie che lo richiedono nella loro crescita.

Le cause

Sebbene l'effetto serra sia un processo naturale, viene alterato dall'azione umana (azione antropica). Pertanto, è necessario differenziare le cause naturali del fenomeno e le alterazioni antropiche.

- Cause naturali

Energia solare

La radiazione elettromagnetica a onde corte (alta energia) del Sole è ciò che riscalda la superficie terrestre. Questo riscaldamento provoca l'emissione di radiazioni a onde lunghe (infrarossi), cioè calore, nell'atmosfera.

Energia geotermica

Il centro del pianeta è incandescente e genera calore aggiuntivo rispetto a quello causato dall'energia solare. Questo calore viene trasmesso attraverso la crosta terrestre principalmente attraverso vulcani, fumarole, geyser e altre sorgenti calde.

Composizione atmosferica

Le proprietà dei gas che compongono l'atmosfera determinano che la radiazione solare raggiunge la Terra e che la radiazione infrarossa viene parzialmente trattenuta. Alcuni gas come il vapore acqueo, CO2 e metano sono particolarmente efficienti nel trattenere il calore atmosferico.

Contributi naturali dei gas serra

Quei gas che trattengono la radiazione infrarossa dal riscaldamento della superficie terrestre sono chiamati gas serra. Questi gas sono prodotti naturalmente sotto forma di CO2 che è fornita dalla respirazione degli esseri viventi.

Gli oceani scambiano anche grandi quantità di CO2 con l'atmosfera e anche gli incendi naturali contribuiscono con CO2. Gli oceani sono una fonte naturale di altri gas serra come l'ossido di azoto (NOx).

D'altra parte, l'attività microbica nel suolo è anche una fonte di CO2 e NOx. Inoltre, i processi digestivi degli animali apportano grandi quantità di metano all'atmosfera.

- Cause antropiche

Generazione di calore

Le attività umane non solo contribuiscono ai gas che aumentano l'effetto serra, ma forniscono anche calore aggiuntivo. Una parte del calore fornito proviene dalla combustione di combustibili fossili e un'altra dalla diminuzione dell'effetto albedo.

Distribuzione della temperatura sulla superficie terrestre. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

Quest'ultimo è dovuto al maggior assorbimento di energia solare da parte di superfici artificiali scure come l'asfalto. Diverse indagini hanno dimostrato che le grandi città generano un apporto termico netto compreso tra 1,5 e 3 ºC.

Attività industriali

L'industria in generale emette calore aggiuntivo nell'atmosfera e vari gas che influenzano l'effetto serra. Questi gas possono assorbire ed emettere calore (es: CO2) o distruggere lo strato di ozono (es: NOx, CFC e altri).

Traffico automobilistico

Grandi concentrazioni di veicoli nelle città sono responsabili della maggior parte della CO2 aggiunta all'atmosfera. Il traffico automobilistico contribuisce per circa il 20% alla CO2 totale generata dalla combustione di combustibili fossili.

Produzione di energia elettrica e riscaldamento

La combustione di carbone, gas e derivati ​​del petrolio per la produzione di elettricità e riscaldamento contribuisce per quasi il 50% alla CO2.

Industria manifatturiera e delle costruzioni

Insieme, queste attività industriali contribuiscono per quasi il 20% alla CO2 prodotta bruciando combustibili fossili.

incendi boschivi

Gli incendi boschivi sono causati anche dalle attività umane e ogni anno rilascia nell'atmosfera milioni di tonnellate di gas serra.

Discariche di rifiuti

L'accumulo di rifiuti ed i processi fermentativi che avvengono, nonché la combustione di tali rifiuti, sono fonte di gas serra.

agricoltura

L'attività agricola contribuisce annualmente all'atmosfera con oltre 3 milioni di tonnellate di gas metano. Tra le colture che contribuiscono maggiormente in questo senso c'è il riso.

Nel caso del riso, l'apporto di metano proviene dall'ecosistema generato dal suo sistema di coltivazione. Questo perché il riso viene piantato in uno specchio d'acqua, creando così una palude artificiale.

Nelle paludi, i batteri abbattono la materia organica in condizioni anaerobiche producendo metano. Questa coltura può contribuire fino al 20% del metano immesso nell'atmosfera.

Un'altra coltura la cui gestione genera gas a effetto serra è la canna da zucchero, poiché viene bruciata prima del raccolto e produce una grande quantità di CO2.

Bestiame ruminante

I ruminanti come le mucche consumano erba fibrosa attraverso processi di fermentazione effettuati dai batteri nei loro sistemi digestivi. Detta fermentazione rilascia nell'atmosfera da 3 a 4 litri di gas metano al giorno per ogni animale.

Considerando solo i bovini, si stima un contributo pari al 5% dei gas serra.

- Reazione a catena

L'aumento della temperatura globale che provoca l'aumento dei gas serra, induce una reazione a catena. All'aumentare della temperatura degli oceani, aumenta il rilascio di CO2 nell'atmosfera.

Allo stesso modo, lo scioglimento dei poli e del permafrost rilascia CO2 che è rimasta intrappolata lì. Anche a temperature ambiente più elevate, si verifica una maggiore incidenza di incendi boschivi e viene rilasciata più CO2.

Gas serra

Alcuni gas come il vapore acqueo e la CO2 agiscono nel processo naturale dell'effetto serra. Da parte sua, il processo antropico coinvolge altri gas oltre alla CO2.

Curve di tendenza globali di accumulo di diversi gas serra. Fonte: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivative work: Ortisa (talk) derivative work: Ortisa

Il Protocollo di Kyoto contempla le emissioni di sei gas serra, tra cui anidride carbonica (CO2) e metano (CH4). Inoltre, protossido di azoto (N2O), idrofluorocarburo (HFC), idrocarburo perfluorurato (PFC) ed esafluoruro di zolfo (SF6).

Vapore d'acqua

Il vapore acqueo è uno dei gas serra più importanti per la sua capacità di assorbire calore. Tuttavia, l'equilibrio viene generato perché l'acqua allo stato liquido e solido riflette l'energia solare e raffredda la Terra.

Anidride carbonica (CO2)

L'anidride carbonica è il principale gas serra a lunga durata nell'atmosfera. Questo gas è responsabile dell'82% dell'aumento dell'effetto serra che si è verificato negli ultimi decenni.

Nel 2017 l'Organizzazione meteorologica mondiale ha riportato una concentrazione globale di CO2 di 405,5 ppm. Ciò rappresenta un aumento del 146% rispetto ai livelli stimati prima del 1750 (era preindustriale).

Metano (CH

Il metano è il secondo gas serra più importante e contribuisce per circa il 17% al riscaldamento. Il 40% del metano è prodotto da fonti naturali, principalmente zone umide, mentre il restante 60% è generato dalle attività umane.

Tra queste attività vi sono l'allevamento dei ruminanti, la coltivazione del riso, lo sfruttamento dei combustibili fossili e la combustione della biomassa. Nel 2017 il CH4 atmosferico ha raggiunto una concentrazione di 1.859 ppm, superiore del 257% rispetto al livello preindustriale.

Ossidi di azoto (NOx)

Gli NOx contribuiscono alla distruzione dell'ozono stratosferico, aumentando la quantità di radiazione ultravioletta che penetra nella Terra. Questi gas provengono dalla produzione industriale di acido nitrico e acido adipico nonché dall'utilizzo di fertilizzanti.

Entro il 2017, questi gas hanno raggiunto una concentrazione atmosferica di 329,9 ppm, equivalente al 122% del livello stimato per l'era preindustriale.

Idrofluorocarburi (HFC)

Questi gas sono utilizzati in varie applicazioni industriali per sostituire i CFC. Tuttavia, gli HFC influenzano anche lo strato di ozono e hanno un'elevata permanenza attiva nell'atmosfera.

Idrocarburo perfluorurato (PFC)

I PFC vengono prodotti negli impianti di incenerimento per il processo di fusione dell'alluminio. Come gli HFC, hanno un'elevata permanenza nell'atmosfera e influenzano l'integrità dello strato di ozono stratosferico.

Esafluoruro di zolfo (SF6)

Questo gas ha anche un effetto negativo sullo strato di ozono e un'elevata persistenza nell'atmosfera. Viene utilizzato nelle apparecchiature ad alta tensione e nella produzione di magnesio.

Clorofluorocarburi (CFC)

Il CFC è un potente gas serra che danneggia l'ozono stratosferico ed è regolamentato dal Protocollo di Montreal. Tuttavia, in alcuni paesi come la Cina è ancora utilizzato in vari processi industriali.

Qual è l'effetto serra per gli esseri viventi?

- Condizioni al contorno

La vita come la conosciamo non è possibile al di sopra di determinati livelli di temperatura. Solo alcuni batteri termofili sono in grado di abitare ambienti con temperature superiori a 100ºC.

Temperatura vitale

In generale, l'ampiezza della variazione di temperatura che consente la maggior parte della vita attiva varia da -18 ºC a 50 ºC. Allo stesso modo, le forme di vita possono esistere in uno stato latente a temperature di -200ºC e 110ºC.

La maggior parte delle specie di animali e piante ha intervalli di tolleranza ancora più ristretti alla temperatura ambiente.

- L'equilibrio dinamico della temperatura

L'effetto serra è un processo naturale positivo per la vita sul pianeta, poiché garantisce quel range vitale di temperatura. Ma questo è così fintanto che viene mantenuto il giusto equilibrio tra input di energia solare e output di radiazione infrarossa.

L'equilibrio

L'equilibrio è garantito perché la natura produce quasi tanti gas serra quanti ne immobilizza. L'oceano produce circa 300 gigatonnellate di CO2, ma ne assorbe leggermente di più.

Allo stesso modo, la vegetazione produce circa 440 gigatonnellate di CO2, mentre allo stesso tempo ne produce circa 450.

Conseguenze dell'effetto serra dovuto all'inquinamento

L'inquinamento antropico apporta quantità extra di gas serra, rompendo l'equilibrio dinamico naturale. Sebbene queste quantità siano molto inferiori a quelle generate dalla natura, sono sufficienti per rompere questo equilibrio.

Ciò ha gravi conseguenze per l'equilibrio termico planetario e, a sua volta, per la vita sulla Terra.

Riscaldamento globale

L'aumento della concentrazione di gas serra genera un aumento della temperatura media globale. Si stima infatti che la temperatura media globale sia aumentata di 1,1 ° C dall'era preindustriale.

D'altra parte, è stato indicato che il periodo dal 2015 al 2019 è stato il più caldo mai registrato finora.

Scioglimento del ghiaccio

L'aumento della temperatura porta allo scioglimento del ghiaccio polare e dei ghiacciai in tutto il mondo. Ciò implica un aumento del livello del mare e l'alterazione delle correnti marine.

Cambiamento climatico

Sebbene non vi sia un pieno accordo sul processo di cambiamento climatico derivante dal riscaldamento globale, la realtà è che il clima del pianeta sta cambiando. Ciò è evidenziato dall'alterazione delle correnti marine, dei modelli di vento e delle precipitazioni, tra gli altri aspetti.

Squilibri di popolazione

L'alterazione degli habitat dovuta all'aumento della temperatura influisce sulla popolazione e sul comportamento biologico della specie. In alcuni casi, ci sono specie che aumentano le loro popolazioni e ampliano il loro raggio di distribuzione.

Tuttavia, quelle specie che hanno intervalli di temperatura molto stretti per la crescita e la riproduzione possono ridurre notevolmente le loro popolazioni.

Diminuzione della produzione alimentare

Molte aree agricole e zootecniche vedono la produzione ridotta perché le specie risentono dell'aumento della temperatura. D'altra parte, le alterazioni ecologiche provocano la proliferazione di parassiti agricoli.

Salute pubblica

Malattie trasmesse da vettori

All'aumentare della temperatura media planetaria, alcuni animali vettori di malattie espandono il loro raggio d'azione geografico. Pertanto, i casi di malattie tropicali si verificano oltre la loro portata naturale.

Shock

L'aumento della temperatura può produrre il cosiddetto shock termico o colpo di calore, che implica un'estrema disidratazione. Questa situazione può causare gravi insufficienze d'organo, soprattutto nei bambini e negli anziani.

Prevenzione e soluzioni

Per prevenire l'aumento dell'effetto serra, è necessario ridurre le emissioni dei gas che lo provocano. Ciò richiede misure che vanno dalla sensibilizzazione del pubblico, attraverso la legislazione nazionale e internazionale, ai cambiamenti tecnologici.

Tuttavia, secondo l'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), non è sufficiente ridurre le emissioni. Inoltre, è necessario ridurre l'attuale concentrazione di gas serra nell'atmosfera per fermare il riscaldamento globale.

In questo senso, una soluzione è aumentare la copertura vegetale per fissare la CO2 atmosferica. Un altro è implementare sistemi tecnologici di filtraggio dell'aria per estrarre la CO2 e fissarla nei prodotti industriali.

Finora, gli sforzi per raggiungere accordi internazionali come il protocollo di Kyoto non hanno raggiunto i loro obiettivi. D'altra parte, gli sviluppi tecnologici per estrarre la CO2 atmosferica sono solo a livello di prototipo.

Prevenzione

Per prevenire un aumento dell'effetto serra, è necessario ridurre la produzione di gas serra. Ciò implica una serie di azioni che includono lo sviluppo della coscienza dei cittadini, misure legislative, cambiamenti tecnologici.

Consapevolezza

Fondamentale è una cittadinanza consapevole del problema del riscaldamento globale generato dall'aumento dell'effetto serra. In questo modo, viene fornita la necessaria pressione sociale affinché i governi e le potenze economiche adottino le misure richieste.

Quadro giuridico

Il principale accordo internazionale per affrontare il problema della produzione di gas serra è il Protocollo di Kyoto. Tuttavia, finora questo strumento giuridico non è stato efficace nel ridurre il tasso di emissioni di gas serra.

Alcuni dei principali paesi industrializzati con tassi di emissione più elevati non hanno firmato l'estensione del protocollo per il suo secondo mandato. Pertanto, un quadro giuridico nazionale e internazionale più rigoroso è necessario se si vuole ottenere un effetto reale.

Cambiamenti tecnologici

La riprogettazione dei processi industriali è necessaria per ridurre le emissioni di gas serra. Allo stesso modo, è necessario promuovere l'uso di energie rinnovabili e ridurre l'uso di combustibili fossili.

D'altra parte, è essenziale ridurre la produzione di rifiuti inquinanti in generale.

soluzioni

Secondo gli esperti, non basta ridurre le emissioni di gas serra, è anche necessario ridurre le attuali concentrazioni in atmosfera. Per questo sono state proposte varie alternative che possono utilizzare tecnologie molto semplici o sofisticate.

Dissipatori di carbonio

Per questo, si consiglia di aumentare la copertura di foreste e giungle, nonché di attuare strategie come i tetti verdi. Le piante fissano la CO2 atmosferica nelle loro strutture vegetali, estraendola dall'atmosfera.

Pompe di estrazione del carbonio

Fino ad ora l'estrazione di CO2 dall'atmosfera è costosa dal punto di vista energetico e ha un costo economico elevato. Tuttavia, la ricerca è in corso per trovare modi efficienti per filtrare l'aria e rimuovere la CO2.

Una di queste proposte è già in fase di impianto pilota ed è in fase di sviluppo presso le Università di Calgary e Carnegie Mellon. Questa pianta utilizza una soluzione di idrossido di potassio come trappola d'acqua e calcio caustico, attraverso il quale viene filtrata l'aria.

In questo processo, la CO2 contenuta nell'aria viene trattenuta, formando carbonato di calcio (CaCO3). Successivamente, il carbonato di calcio viene riscaldato e la CO2 viene rilasciata, applicando la CO2 purificata risultante per usi industriali.

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