CRISI CLIMATICA

Effetto serra - Il principio fisico

Ne avete sentito parlare a più riprese, nel vostro percorso scolastico, in televisione e in diversi documentari: sto parlando dell’EFFETTO SERRA, quel fenomeno a cui è inevitabilmente legato l’aumento della temperatura sul nostro pianeta e che ha conseguenze importanti per la crisi climatica che ci troviamo ad affrontare

Più che fornirvi delle nozioni sull’argomento, con questo modulo puntiamo a farvi discutere e ragionare. Ci concentreremo su: 

  • il principio fisico alla base dell’effetto serra

  • le sue implicazioni per il nostro pianeta

  • gli obiettivi e le soluzioni diplomatiche attuate per ridurre l’emissione di gas serra

 

Partiamo, speriamo vi piaccia. 

 

Definizione e Storia

L’effetto serra è il fenomeno che causa il riscaldamento dell’atmosfera dovuto alla radiazione proveniente dalla stella attorno a cui orbitiamo, il sole, riflessa dalla superficie terrestra e trattenuta dai cosiddetti gas serra. 

 

Siamo abituati a connettere il concetto di effetto serra alla sensibilità recente nei confronti delle problematiche ambientali, tuttavia l’effetto serra in sé, seppur non propriamente con questo appellativo, è un fenomeno, di per sé molto utile che si verifica i virtù delle proprietà di numerosi gas.

 

Quando è stato scoperto?

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Date 

  • Joseph Fourier Annales de chimie et de physique: è il primo a introdurre il fenomeno 1824

  • Claude Poillet 1827 rafforza le convinzioni di Fourier

  • John Tyndall, 1837, è il primo a misurare l’assorbimento infrarosso di molti gas e vapori

  • Proiezione dell’effetto della CO2 sull’aumento della temperatura terrestre: Svante Arrhenius 1896 

  • Primo riferimento al fenomeno con il nome “Effetto serra (Greenhouse effect) Nils Gustaf Ekholm 1901

 

Abbiamo dunque sfatato il mito che si tratti di una sensibilità recente, l’effetto serra è un fenomeno studiato già nel 19esimo secolo, tuttavia chiaramente l’aumento esponenziale di emissione di gas serra da parte delle attività produttive dell’uomo ha fatto aumentare la consapevolezza degli effetti che questo fenomeno può avere.

Attività: IL GLOSSARIO dell'effetto serra

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Trasferimento Radiativo

Per trasferimento radiativo si intende, in fisica dell’atmosfera, quell’insieme di processi che permette il trasferimento di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. Il sole, stella attorno a cui orbitiamo, emette radiazione elettromagnetica che interagisce con le particelle nella nostra atmosfera secondo i fenomeni di assorbimento e diffusione:

 

Per potere spiegare questi due fenomeni dobbiamo pensare la materia come composta da oscillatori. Poiché cioè la materia è composta da atomi, che a loro volta contengono elettroni, possiamo analizzare il comportamento di queste cariche, in accordo con la radiazione in arrivo. La materia si comporterà come composta da piccole cariche oscillanti in ragione della loro interazione con la radiazione elettromagnetica solare. 

 

Intensità del campo elettromagnetico

Per intensità della radiazione elettromagnetica, si intende l’energia imputabile al campo elettromagnetico per unità di area, nell’unità di tempo.

 

Frequenza

Con riferimento a un fenomeno periodico, indichiamo con frequenza il numero di eventi che si ripetono nell’unità di tempo.  

 

Assorbimento

Quando la radiazione elettromagnetica si propaga nell’atmosfera, essa viene parzialmente assorbita. Ciò vuole dire che la sua intensità “in uscita” da un certo volume di materia sarà inferiore rispetto alla sua intensità in ingresso. 

 

Da cosa dipende il fenomeno di assorbimento: 

  • dalla frequenza della radiazione incidente

  • dalla natura del materiale

 

Diffusione

Torniamo al concetto di materia come composta da cariche oscillanti. Quando la radiazione elettromagnetica si propaga nell’atmosfera, in dipendenza dalla sua frequenza e dalla frequenza propria della materia, se si verifica un fenomeno di risonanza, le cariche presenti nella materia iniziano ad oscillare. L’oscillazione delle cariche è all’origine dell’emissione di radiazione elettromagnetica. In poche parole, la radiazione incidente causa le cariche presenti nella materia a diventare sorgenti puntiformi di radiazione. Si parla per tale ragione di radiazione diffusa.

 

Corpo nero

Oggetto fisico ideale che assorbe tutta la radiazione incidente, senza rifletterla. Per la conservazione dell’energia, un corpo nero emette tanta radiazione quanta ne assorbe.

Esercizio aggiuntivo per le scuole medie - Costruire una definizione

Riordinare un paragrafo per capire il rapporto di causa-effetto che lega il concetto fisico più elementare

alla definizione finale, al concetto ultimo.

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Immaginate di avere delle cariche elettriche, identificabili cioè come delle particelle subatomiche dotate di carica, elettroni o protoni. Immaginate dunque che queste si muovano, otterrete una corrente elettrica. Immaginate dunque che la distribuzione di queste cariche nello spazio, piuttosto che l’entità di questa corrente, cambi nel tempo, questo causerà la nascita di un campo elettromagnetico. Il campo elettromagnetico si propaga nello spazio sotto forma di ONDE. Le onde sono perturbazioni che si originano da una sorgente e si propagano nello spazio e nel tempo, trasportando energia e quantità di moto. La descrizione ondulatoria delle perturbazioni del campo elettromagnetico spiega dunque la radiazione elettromagnetica. 

Cosa succede nell’effetto serra? 

 

La radiazione solare che arriva nell’atmosfera terrestre è soggetta ai fenomeni sopra descritti di diffusione e assorbimento. 

 

La radiazione solare incidente è tipicamente nello spettro del visibile, dell’ultravioletto e dell’infrarosso. In parte viene riflessa nello spazio da nuvole e atmosfera (26%), in parte viene assorbita da nuvole e atmosfera (19%), il resto raggiunge la superficie. 

 

La superficie terrestre è descrivibile secondo il modello ideale del corpo nero. A questo punto entra in gioco la legge di Wien.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La legge di Wien descrive l’emissione di radiazione da parte di un corpo nero, in funzione della sua temperatura. Senza entrare nello specifico matematico, quello che possiamo dire è che: poiché la superficie terrestre è ad una temperatura assai inferiore di quella del sole, questa irradia a lunghezze d’onda molto più lunghe della radiazione inizialmente assorbita.

 

Queste lunghezze d’onda sono a loro volta assorbite da alcuni gas, detti per l’appunto gas serra, presenti in atmosfera. Questo causa un accumulo di energia termica in prossimità della superficie e un conseguente aumento della temperatura, con tutti gli effetti causati da ciò:

  • scioglimento dei ghiacciai

  • innalzamento del livello dei mari

  • eventi climatici catastrofici

 

I principali gas serra responsabili per questo fenomeno sono emessi dalle attività produttive dell’uomo, soprattutto quando queste coinvolgono lo sfruttamento di combustibili fossili. Annoveriamo tra questi gas: 

 

  • anidride carbonica (CO2)

  • metano (CH4)

  • ossido di diazoto (N2O)

  • vapore acqueo

 

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IL GRAFICO DI CORPO NERO