L'effetto coperta (già effetto serra)

Venere: il miglior esempio che abbiamo dell'effetto riscaldante della CO2. Si può calcolare che, se non ci fosse CO2 nell'atmosfera e se l'albedo di Venere fosse lo stesso dell'attuale, la temperatura di Venere alla superficie sarebbe poco diversa da quella della Terra. Invece, con un'atmosfera quasi completamente formata da CO2, la temperatura media osservata è di circa 480 gradi centigradi.

Quando si va a parlare di riscaldamento globale e di effetto serra, è abbastanza facile fare errori clamorosi. C'è cascato anche Freeman Dyson, che è un fisico di quelli "doc," e sono innumerevoli le fesserie che si leggono continuamente sui giornali e su internet. Un errore classico è quello di non capire come funziona l'effetto riscaldante dei gas serra, e in particolare del biossido di carbonio (CO2). Più di una volta si è potuto leggere che non importa se aggiungiamo altro CO2 all'atmosfera, tanto questa è già "satura". Vi passo un esempio di questa confusione in un messaggio anonimo che è apparso di recente sulla lista "energyresources"

Il fisico svedese Anders Jonas Angstrom (1814-1874) trovò che c'era abbastanza biossido di carbonio nell'atmosfera per ottenere il massimo effetto serra e che aggiungere ulteriore biossido di carbonio sarebbe stato equivalente a rendere più spesso il vetro di una serra (le molecole del vetro nel vetro di una serra bloccano il passaggio di una parte della radiazione. Il vetro potrebbe essere sottile come una molecola di vetro e avere comunque lo stesso effetto)

L'autore di questo testo (molto lungo nell'orginale) racconta di aver cercato di farselo pubblicare e, non essendoci riuscito, si sia lamentato di essere vittima del solito complotto della cricca di scienziati che si sono messi daccordo per spaventare il mondo. Andrebbe però detto a questo signore che se ti capita che molte persone ti dicono che sei un imbecille, può anche darsi che sia un complotto contro di te, ma dovresti considerare anche la possibilità che tu sia VERAMENTE un imbecille.

Questo testo ve l'ho scelto come esempio per i suoi errori marchiani, come parlare di "molecole di vetro". Ma è rappresentativo di una lunga serie di ragionamenti di gente che non ha capito come funziona l'effetto serra. E non avendolo capito, non riescono a capire (o fanno finta di non capire) quale sia la relazione fra la concentrazione di CO2 e il riscaldamente globale. Fra gli ultimi che si sono lanciati in questa direzione, c'è Jeanne Nova che, di recente, ha pubblicato un "manuale dello scettico". Presentato in modo accattivante il pessimo manualetto della Nova è tutto basato sul concetto che "non c'è prova" che il CO2 abbia un effetto sulla temperatura terrestre.

Se si vuol combattere questa forma di scetticismo bisogna avere ben chiara la fisica del riscaldamento globale. Altrimenti, si rischia di trovarsi in difficoltà con gente che, aggressivamente, ti domanda "Dov'è la prova?" In effetti, se il riscaldamento globale è il risultato di qualcosa che funziona come il vetro di una serra, cambia poco se il vetro è più o meno spesso. E allora?

La cosa vi lascia perplessi? Fate un altro test su voi stessi: provate a spiegare quantitativamente perché in cima alle montagne fa più freddo che in pianura. Non è facile e non dite che è perché "la terra irradia dal basso"; non è questa la ragione. L'ho chiesto ai miei studenti di dottorato e nessuno di loro me lo ha saputo spiegare chiaramente. Io stesso ci ci ho dovuto ragionare sopra un po' prima di capirlo bene.

Allora, se non avete avuto problemi con questo piccolo test del freddo che fa in montagna, non avete problemi a demolire gli argomenti degli scettici. Se però la cosa vi fa qualche grattacapo, vi consiglio di continuare a leggere. Vi spiego una volta per tutte come funziona l' "effetto serra" e perché sarebbe meglio chiamarlo "effetto coperta".

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L'effetto coperta: perché i gas serra scaldano la terra
Di Ugo Bardi

Vi è mai capitato di dormire all'aperto, in campeggio al mare per esempio? Se vi siete addormentati senza coperte addosso in una notte serena di Agosto, vi sarete sicuramente svegliati semi-congelati verso le due o le tre di notte. A me è successo, e mi ricordo benissimo di essermi domandato come mai ero così infreddolito quando, mi sembrava, l'aria non era poi così gelida.

La spiegazione sta nel fatto che non è solo la temperatura dell'aria a far si che uno senta o no freddo. I corpi fisici si riscaldano o si raffreddano a seconda del bilancio di emissioni e ricezioni di radiazioni. Quando uno dorme all'aperto, si trova a scambiare radiazioni infrarosse con un corpo molto freddo: il cielo stellato. Come sapete, lo spazio si trova a una temperatura che si misura come meno di 3 gradi Kelvin, ovvero circa 270 gradi centigradi sotto lo zero. Questo è molto più freddo di quasi qualsiasi cosa che vi potrebbe capitare di trovare su questo pianeta. Allora, mentre uno dorme sotto le stelle, il proprio corpo cerca di mettersi in equilibrio con il cielo irradiando infrarossi in quella direzione. Quello che può succedere in una sera d'estate che la temperatura dell'atmosfera si abbassa, l'umidità si condensa e - a questo punto - si apre una "finestra" di trasmissione nell'infrarosso che prima era bloccata dal vapore acqueo. A questo punto, il corpo della persona addormentata ha maggiori poissibilità di cercare di mettersi in equilibrio con i 3 K dello spazio profondo. Non che ci arrivi, ovviamente, ma non c'è da stupirsi per la sensazione di freddo che si prova.

Così, svegliatosi infreddolito, il campeggiatore si affretterà a infilarsi nel sacco a pelo, sentendosi subito molto meglio. L'effetto del sacco a pelo è di intercettare le radiazioni infrarosse emesse dal corpo del campeggiatore. In parte, queste radiazioni saranno riemesse all'indietro verso il campeggiatore; in parte verso l'esterno. Il punto è che la coperta non sarà mai alla stessa gelida temperatura dello spazio siderale. Dal punto di vista del campeggiatore, è molto più confortevole cercare di equilibrarsi con la coperta che ha addosso che con lo spazio profondo. A questo punto, sarà la coperta a irradiare verso lo spazio esterno, ma il campeggiatore sta molto più al caldo.

Può darsi che una coperta sottile non sia sufficiente. Due coperte sottili, o una più spessa, avranno più effetto. Più coperte si impilano una sull'altra, maggiore e l'effetto. Notate che la persona sotto le coperte interagisce direttamente soltanto con la coperta più vicina, mentre è soltanto la coperta più esterna che irradia verso l'esterno. La coperta più vicina ha "saturato" l'assorbimento di radiazioni, ma questo non vuol dire che aggiungendo altre coperte un non stia più al caldo.

Allora, trasferiamo questo concetto all'atmosfera della terra. L'effetto di uno strato di gas serra è molto simile a quello di una coperta. Una differenza sta che i gas serra assorbono soltanto in una specifica "finestra" di radiazioni, ma entro quella finestra assorbono le radiazioni emesse dalla superficie terrestre e le riemette sia verso l'esterno come verso la superficie stessa. Notate che uno strato sufficientemente spesso di gas serra assorbe tutta la radiazione emessa dal suolo, esattamente come fa una coperta per il corpo del campeggiatore (sempre ricordandoci che questo avviene solo in certe lunghezze d'onda).

In particolare, dobbiamo considerare la CO2 che è il gas più importante nell'effetto di riscaldamento globale causato dall'attività umana. E' vero che la bassa atmosfera è "satura" di CO2 in termini di assorbimento ottico nella sua finestra. Quello che cambia è negli strati dell'alta atmosfera, la zona "non satura", dove la CO2 può irradiare verso lo spazio esterno. Aumentando la concentrazione di CO2, la zona non satura si sposta verso l'alto. Ovvero, aumentando la concentrazione della CO2 è come aggiungere delle coperte alla terra. E' sempre l'ultimo strato, come l'ultima coperta, che fa il possibile per equilibrarsi con la bassa temperatura dell'universo. Ma dal punto di vista della superficie terrestre, l'effetto è un maggior riscaldamento per via del maggior spessore di "coperte".

La relazione fra la concentrazione di CO2 e l'effetto riscaldante non è lineare, è logaritmica. Ma, sulla Terra, siamo ancora ben lontani dalla saturazione dell'effetto della CO2; ovvero una condizione in cui aggiungere altra CO2 non cambia le cose. Se ci fossimo arrivati, saremmo nella condizione di Venere, con qualche centinaio di gradi di temperatura alla superficie del pianeta.

Da notare che spesso si sente la critica che la concentrazione di acqua nell'atmosfera è molto più alta di quella della CO2 e che l'acqua è un gas serra anche quello: allora perché dare tanta importanza alla CO2? La ragione sta nei tempi di residenza. La CO2 che emettiamo oggi rimarrà nell'atmosfera per parecchie decine di anni come minimo, forse ci rimarrà per millenni o milioni di anni. L'acqua, invece, è in equilibrio quasi immediato - tempi dell'ordine di qualche giorno, con gli oceani. Potremmo decuplicare la concentrazione di H2O nell'atmosfera, e in qualche giorno ritornerebbe al valore normale. Per questo si dice che la CO2 è una "forzante" climatica, mentre l'acqua non lo è.

Arrivati a questo punto, potete capire molte cosette interessanti. Per esempio, perché in montagna fa più freddo che in pianura? Questa è una cosa che non si spiega se non avete capito bene come funziona l'effetto serra (o effetto coperta). Ma, se lo avete capito, vi rendete conto subito del fatto che le montagne hanno meno "coperte" addosso di quante ne abbia la pianura. Ovvero, vedono uno strato di CO2 (e altri gas serra) meno spesso.

Mi affretto a dire a questo punto che le cose sono più complicate di come le si possono descrivere con un modello semplice come questo. L'atmosfera terrestre non ha una densità costante, c'è l'effetto della separazione fra troposfera e stratosfera, i vari "feedback" con gli altri gas serra come il vapore acqueo, gli effetti della convezione, insomma tante cose che si possono descrivere soltanto con modelli abbastanza complessi. Ma, perlomeno, possiamo capire qual'è la fisica che sta alla base di quello che chiamiamo "effetto serra" è che forse sarebbe meglio chiamare "effetto coperta". Alla fine dei conti, è fondamentale renderci conto del perché continuare a immettere CO2 nell'atmosfera è estremamente pericoloso. L'ignoranza, si sa, uccide.

Ma state sicuri che comunque ci sarà sempre qualche scettico che - per ignoranza o per partito preso - continuerà a dire che non è vero niente.



Una spiegazione più dettagliata del meccanismo di riscaldamento dovuto alla CO2 si trova su "Real Climate" (in inglese). Ringrazio Antonio Zecca per la sua consulenza su questo articolo.