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L'Atmosfera | La radiazione solare | L'effetto serra
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# ATMOSFERA TERRESTRE
La Terra è circondata, o meglio protetta, da un guscio gassoso composto per il 78% da azoto , per il 21 % da ossigeno e per il restante 1% da argon, anidride carbonica ed altri gas. L'atmosfera è suddivisa in strati concentrici, disomogenei per temperatura e densità (decrescente verso l'alto), che a partire dal basso sono:
Troposfera è compresa fra la superficie ed i 12 km di altezza, è lo strato dove avvengono tutti quei fenomeni di carattere meteorologico, causati dalla circolazione delle masse d'aria e che danno vita ai venti, alle nuvole ed alle precipitazioni atmosferiche. In essa la temperatura diminuisce in medi di circa 0,6°C ogni 100 metri:questo valore rappresenta il gradiente termico verticale della troposfera.. Stratosfera è compresa dai 12 km sino ai 50 Km di altezza,le componenti gassose rimangono fra loro in proporzioni costanti. Qui appaiono nubi sottili e iridescenti (nubi madreperlacee)Fra i 20 km e i 50 km è presente uno strato di ozono, un gas che ci protegge dalle radiazioni ultraviolette. Nell' ozonosfera la temperatura cresce aumenta di 1-3 °C ogni 1 km in questa zona c'è una concentrazione di ozono(O 3 ) formatosi dalla scissione di molecole biatomiche di ossigeno. Mesosfera è compresa fra i 50 km e 80 km di altezza. Essa è caratterizzata da una accentuata rarefazione degli elementi gassosi. Qui la temperatura giunge ai - 80 °C. A questa quota si osservano le nubi nottilucenti costituite da cristalli di ghiaccio. Termosfera o Ionosfera - arriva fino ai 120 km di altezza, ed è una zona ricca di particelle ionizzate che si lascia attraversare solo dalla luce visibile e dalle onde radio. Esosfera - l'ultimo strato, oltre il quale ormai siamo già nello spazio esterno. Le particelle di gas che la costituiscono sono molto rarefatte e hanno velocità enormi, questo perché la temperatura arriva ai 2000 °C (temperatura cinetica).
# LA RADIAZIONE SOLARE E IL BILANCIO TERMICO DEL SISTEMA
100 % Radiazione solare (5,2 x 10^24 kilocalorie al minuto). - 31% riflessa verso lo spazio dall' atmosfera (nubi e pulviscolo, particelle di vapore). - 18% assorbita dall'atmosfera. giunge al limite dell'atmosfera il 51% (radiazione globale). - 4% causa riflessione media dovuta al globo terracqueo (oceani, laghi, nevai, ghiacciai, rocce, vegetazione). 47% radiazione effettiva di cui : il 23% circa è utilizzato per l'evaporazione e passa nell'atmosfera come calore latente. il 10% speso nei moti convettivi e turbolenti dell'aria. il 14% forma la radiazione notturna. albedo o potere riflettente 35% rapporto fra quantità di energia che viene riflessa nello spazio e energia totale in arrivo .
Quasi tutta l'energia che l'uomo ha a disposizione deriva, direttamente o indirettamente dal Sole; la quantità di calore proveniente da altri corpi celesti, dall'interno della Terra e da processi di ossidazione in superficie è trascurabile al confronto con quella trasmessa dai raggi solari. Come un'immensa fornace atomica, il Sole emette continuamente una radiazione intensissima, valutabile in 5,2 x 10^24 kilocalorie al minuto ; di questa radiazione solare inviata nello spazio, la Terra, inclusa la sua atmosfera, riceve soltanto una porzione estremamente modesta, pari a quasi mezzo miliardesimo del totale. Ciò equivale a dire che al limite superiore dell'atmosfera su ogni centimetro quadrato di superficie, orientata perpendicolarmente alla radiazione, arrivano circa 2 piccole calorie al minuto, ossia - per usare il termine generalmente adottato dalla scienza meteorologica moderna - circa 2 langley al minuto (1 langley = 1 cal/cm^2) : questa quantità è detta costante solare , anche se in realtà essa presenta delle lievi oscillazioni intorno al suo valore medio, legate alla variazione della distanza Terra-Sole ed al numero delle macchie solari. L'energia solare ci giunge sotto forma di radiazione ossia di onde elettromagnetiche ; la quasi totalità di queste radiazioni ha lunghezze d'onda relativamente piccole, comprese fra 0,17 e 4 µ (1 µ o micrometro = 10^-3 mm), che in Meteorologia vengono considerate come «onde corte». In sostanza, il sistema Terra-atmosfera guadagna e perde energia: la differenza fra la radiazione solare che entra e la radiazione terrestre che esce forma il bilancio termico (o meglio bilancio radiativo) del nostro pianeta.La radiazione solare che giunge al limite dell'atmosfera è soltanto il 51 % riesce ad arrivare fino alla superficie terrestre, dopo aver attraversato l'involucro aeriforme: questa quantità costituisce la radiazione globale ; ma ad essa va sottratto ancora il 4 % circa, a causa della riflessione media dovuta al globo terracqueo (oceani, laghi, nevai e ghiacciai, rocce, vegetazione ecc.), riducendosi così la radiazione effettiva al 47%. Quest'ultima parte si trasforma in energia che viene emessa dalla Terra, sotto forma di radiazioni ad onde lunghe, nel seguente modo: il 23% circa è utilizzato per l'evaporazione e passa nell'atmosfera come calore latente, che viene liberato quando ha luogo la condensazione del vapore acqueo; il 10 % è speso nei moti convettivi e turbolenti dell'aria; il 14% forma la cosiddetta «radiazione notturna» , che in buona parte riesce ad attraversare l'atmosfera. Nel complesso, il rapporto fra la quantità di energia che viene riflessa immediatamente nello spazio e l'energia totale in arrivo ( potere riflettente o albedo ) del sistema Terra-atmosfera si può valutare intorno al 35%. Le nubi, il pulviscolo e le particelle di vapore sono senz'altro responsabili delle perdite più elevate (complessivamente il 31%): in particolare le nubi, che si comportano come eccellenti riflettori e, quando il cielo è coperto, riescono a riflettere fino all'80% delle radiazioni luminose. Ma anche la superficie delle terre e degli oceani contribuisce a far perdere una parte dell'energia solare (il 4%).
L'atmosfera si comporta, dunque, come i vetri di una serra : come questi, essa lascia passare senza perdite sensibili le radiazioni luminose solari, ma intercetta le radiazioni termiche terrestri e così può mantenersi calda. Tale comportamento, dovuto principalmente alla presenza del vapore acqueo e dell'anidride carbonica, è noto sin dalla fine del XIX secolo e viene indicato come effetto serra; di esso si discute molto in questi anni poiché sembra che il suo meccanismo si stia intensificando per cause antropiche. Tuttavia, se si prendono in considerazione lunghi intervalli di tempo, si può constatare che la temperatura media dell'aria non va continuamente aumentando; ciò significa che a lungo andare il sistema Terra-atmosfera restituisce allo spazio la stessa quantità di energia che riceve dal Sole. Questo equilibrio termico si verifica però nel corso di un intero anno e per il globo terrestre nel suo complesso, non certo infrazioni limitate di tempo o per singole regioni, per le quali anzi il bilancio può essere positivo o negativo.
# COS' E' L'EFFETTO SERRA
L'effetto serra è un fenomeno naturale che è stato di vitale importanza per lo sviluppo della vita sulla Terra: è stato calcolato che, se nell'atmosfera non ci fossero gas in grado di trattenere il calore irraggiato dalla superficie terrestre riscaldata dal sole, la temperatura media sul nostro pianeta sarebbe di circa 19 gradi sotto lo zero , ovvero ben 33° C più bassa della temperatura media effettiva. Alcuni dei gas presenti nell'aria, detti "gas serra", hanno la capacità di assorbire il calore di quella quota di radiazioni solari che una volta "rimbalzate" sulla superficie terrestre sfuggirebbero poi verso lo spazio: più cresce la loro concentrazione, e più aumenta la quantità di calore intrappolata nell'atmosfera e dunque, tendenzialmente, la temperatura sul nostro pianeta. Sono "gas serra' l'anidride carbonica (C02), i clorofluorocarburi (CFC), il metano (CH4), l'ossido di azoto (N20), l'ozono troposferico (03). La concentrazione dei 'gas serra" nell'atmosfera cresce sia per l'aumento delle emissioni sia, nel caso dell'anidride carbonica , per la sistematica distruzione di milioni di ettari di foresta : gli alberi, infatti, agiscono da veri e propri "accumulatori" di carbonio, e per ogni ettaro di foresta bruciato cresce quindi di un po' la quantità di anidride carbonica liberata nell'aria, e con essa l'effetto serra.
A partire dalla rivoluzione industriale, la concentrazione dei "gas serra" nell'atmosfera è progressivamente aumentata: era di 280 parti per milione alla metà dell'Ottocento, è oggi di 370 parti per milione. Parallelamente, si è verificato anche un graduale aumento della temperatura media, che negli ultimi anni ha subìto un'accelerazione: gli anni '90 sono stati il decennio più caldo a memoria d'uomo, e al '98 è toccato il record di anno più caldo mai registrato.
| ## LE CAUSE A provocare l'effetto serra sono l'anidride carbonica, i clorofluorocarburi, il metano, l'ossido di azoto, l'ozono troposferico: gas la cui concentrazione aumenta sempre di più per una serie di cause tutte legate ad attività umane. Gran parte della responsabilità per il progressivo riscaldamento del nostro pianeta va addebitata al modello energetico dominante: l'80% delle emissioni di anidride carbonica, il principale "gas serra", proviene dalla combustione del carbone, del petrolio e del metano, dunque dall'attività delle centrali termoelettriche, dai fumi delle industrie, dagli scarichi delle automobili. Ma sotto accusa ci sono anche i fertilizzanti azotati usati in agricoltura, che oltre ad alimentare il fenomeno dell'eutrofizzazione che sta uccidendo decine di laghi e mari, tra cui l'Adriatico, sono anche responsabili di buona parte delle emissioni di ossido di azoto. Infine altri due "imputati" di primo piano sono i clorofluorocarburi responsabili della distruzione della fascia di ozono, la cui produzione per fortuna è in rapida diminuzione, e la deforestazione, che nelle foreste tropicali procede al ritmo di un campo di calcio al secondo.
## GLI EFFETTI Se le emissioni dei "gas di serra" in atmosfera proseguiranno ai ritmi attuali, dovremo attenderci nei prossimi decenni un riscaldamento globale del pianeta compreso tra 1 e 3,5 gradi centigradi. Le conseguenze di questo aumento della temperatura sarebbero catastrofiche a vari livelli.
INNALZAMENTO DEL LIVELLO DEI MARI Il riscaldamento provocherebbe il parziale scioglimento dei ghiacci e un'espansione termica degli oceani, con un innalzamento prevedibile del livello dei mari di 15-95 centimetri. Regioni come la Florida, la Louisiana, la zona costiera giapponese o il Delta del Po, Paesi come il Bangladesh o l'Egitto, arcipelaghi come le Isole Marshall, città come Atene, Boston, Tokyo, Nuova Delhi, Amsterdam, Londra, Leningrado, Venezia o Trieste potrebbero venire parzialmente sommerse.
ALTERAZIONI CLIMATICHE I periodi di siccità, che già in questi anni si sono estesi dalle latitudini equatoriali a molte regioni temperate in Europa e negli Stati Uniti, si moltiplicherebbero, e vaste aree intensamente coltivate che oggi forniscono grano e cibo a tutto il mondo, come le grandi pianure nordamericane ma anche in parte la Pianura Padana, potrebbero diventare zone aride non adatte all'agricoltura. Al tempo stesso, l'aumento della temperatura produrrebbe un'intensificazione e una maggiore estensione di eventi meteorologici estremi come alluvioni, inondazioni, cicloni tropicali. DISTRUZIONE DELLE SPECIE ANIMALI La febbre del pianeta accelererebbe l'estinzione di migliaia di specie animali e vegetali, non più in grado di sopravvivere nelle mutate condizioni climatiche. Lo scioglimento dei ghiacci potrebbe compromettere irrimediabilmente interi ecosistemi. Tra le specie più a rischio orsi polari e pinguini, salmoni e trichechi, foche e tigri, e poi ambienti già oggi fortemente minacciati come le barriere coralline. Infine, si assisterebbe alla crescente tropicalizzazione di mari "temperati" come il Mediterraneo, dove la fauna e la flora autoctone verrebbero progressivamente soppiantate da specie provenienti dai mari del sud.