I gas a effetto serra sono gas che assorbono ed emettono radiazioni nella regione ad infrarossi (IR). Alcuni gas atmosferici in traccia lo fanno. Il più abbondante di questi è il vapore acqueo (H2O); a seguire abbiamo anidride carbonica (CO2), metano (CH4) e ozono (O3). La teoria dell’effetto serra, base della teoria del riscaldamento globale artificale, ipotizza che le temperature atmosferiche siano fortemente influenzate dalle concentrazioni e dai comportamenti dei gas serra.
Il primo a studiare i gas serra fu John Tyndall nel 1859 per misurare come le frequenze delle radiazioni elettromagnetiche vengono influenzate da alcuni gas atmosferici. Tyndall scoprì che alcuni gas, in particolare il vapore acqueo, interferiscono con la trasmissione della radiazione infrarossa dalla superficie allo spazio impedendo al suolo di raffreddarsi troppo durante la notte. Questo il motivo principale per cui la Terra rimane sufficientemente calda da sostenere una vita diversificata e complessa.
L’atmosfera terrestre è idealmente un grosso motore che trasforma il calore del Sole (combustibile) in lavoro destinato a sviluppare venti, intemperie e dinamiche oceaniche. I gas serra sono idealmente un vero e proprio scambiatore che permette al motore (ovvero alla stessa atmosfera) di scaricare il calore di scarto nello spazio esterno. I gas serra evitano quindi il surriscaldamento dell’atmosfera e del suolo terrestre.
INTEGRAZIONE 12/01/2024 => I gas serra sono prodotti sostanzialmente da due grandi meccanismi dominanti: A) il riscaldamento solare degli oceani e da B) ciclo del carbonio. A grandi linee il sole fornisce mediamente 340 W/m2 alla Terra; il valore 340 si riduce a 240 W/m2 tenendo conto dell’albedo o riflettività terrestre. Affinchè il sistema terra risulti in equilibrio energetico questi 240 W/m2 alla fine devono essere irradiati nuovamente nello spazio provenendo dalla superficie e ripassando per un certo livello di atmosfera. Se l’atmosfera non contenesse gas serra la superficie terrestre irradierebbe nuovamente questi 240 W/m2 e la stessa temperatura media della superficie si attesterebbe intorno a -18°C. Ma con i gas serra, e con l’aumento dei gas serra, questa irradiazione di ritorno verso lo spazio risulta limitata o compromessa. Ciò riscalda la superficie e contestualmente aumenta le emissioni dalla stessa in quanto una superficie più calda emette più radiazioni. Per rispettare il bilancio energetico nessun sistema può emettere più di quanto riceve e quindi l’altezza media di reimmissione nello spazio deve aumentare nell’atmosfera fino ad una quota baricentrica in cui 240 W/m2 vengono nuovamente irradiati nello spazio. Questo processo si è sviluppato sulla Terra fino alla configurazione attuale. La superficie è ora mediamente a +15°C e irradia a circa 390 W/m2; poichè l’atmosfera si raffredda man mano che si sale troviamo un punto in cui la corrispondente media teorica della temperatura è -18°C e l’irragiamento verso lo spazio si attesta sui sopracitati 240 W/m2. Il sistema terrestre è in tal modo di nuovo in equilibrio. Questa corrispondente altezza ideale è indicata come altezza di emissione e attualmente si attesta a circa 5.000 m di altezza (in realtà risulta più alta ai tropici e più bassa ai poli).
I gas serra sono quindi responsabili del riscaldamento di 33°C (15°C meno -18°C) osservato sulla superficie terrestre. Questo effetto serra è attualmente costituito per circa il 20% da CO2 e altri gas serra minori e per l’80% da vapore acqueo (WV) e nubi. Il contributo dell’80% dei gas serra del WV e delle nuvole è quasi totalmente causato dai 240 W/M 2 del sole . I 3,7 W/M 2 aggiunti dal raddoppio della CO2 fanno pochissima differenza sul WV dell’atmosfera e sul contenuto delle nuvole, per ovvie ragioni.
La CO2 ha anche un problema di efficacia quando si parla di riscaldamento degli oceani. L’acqua è opaca alle lunghezze d’onda riemesse dalla CO2 mentre l’energia solare viene assorbita in modo efficiente. È del tutto possibile che ciò riduca ulteriormente l’effetto della CO2 sul WV, sebbene ciò sia difficile da quantificare poiché l’energia della CO2 viene restituita immediatamente all’atmosfera sia sotto forma di radiazione che di calore latente.
Vedi rif. 2 per un riepilogo delle varie stime del feedback WV.
Non sorprende quindi che negli ultimi anni non sia stato rilevato alcun aumento del contenuto di WV atmosferico, nonostante le concentrazioni di CO2 siano passate da 280 ppm a 410 ppm a causa in gran parte dell’attività umana.
