Categoria: Aiuti

  • PUNTO DI RUGIADA

    Il punto di rugiada (in inglese dew point) è un preciso stato di temperatura e pressione nel quale una miscela liquido-vapore diviene satura di vapore (cioè non ne può contenere di più). Sopra il punto di rugiada (cioè a temperatura maggiore e/o a pressione minore) si ha la presenza solo di vapore, mentre sotto il punto di rugiada (cioè a temperatura minore e/o a pressione maggiore) il sistema costituito da un liquido è in equilibrio con il suo vapore (sistema bifase). Se il punto di rugiada avviene ad una temperatura sotto zero abbiamo il punto di brina (congelamento).

    In climatologia la temperatura di rugiada  è quella temperatura, a pressione costante, alla quale la miscela aria-vapore diventa satura di vapore acqueo. Quindi la temperatura di rugiada è la temperatura a cui deve essere portata l’aria affinchè condensi (ad es. in rugiada) il vapore d’acqua in essa presente, senza alcun cambiamento di pressione. In queste condizioni qualsiasi eccedenza di vapore acqueo passerà allo stato liquido. In modo diverso possiamo scrivere che il punto di rugiada è quella temperatura a cui una massa d’aria deve essere raffreddata, a pressione costante, affinché diventi satura. Quando la percentuale di vapore raggiunge il 100% della quantità possibile nell’aria a quella temperatura comincia a condensare (perdendo calore) portando alla formazione di brina o rugiada o nebbia a causa della presenza di minuscole goccioline di acqua in sospensione.

    Per data pressione, e indipendentemente dalla temperatura, il punto di rugiada indica l’umidità specifica dell’aria. Se la pressione dell’aria aumenta senza cambiare l’umidità specifica aumenterà anche il punto di rugiada. Una riduzione di umidità specifica causa il ritorno del punto di rugiada allo stato iniziale. Uno stesso punto di rugiada in pianura e in montagna sottintende che in montagna (pressione più bassa) c’è più vapore acqueo che in pianura (pressione più alta). Di converso per data temperatura, e indipendentemente dalla pressione, il valore del punto di rugiada indica l’umidità assoluta dell’aria. In questo caso se aumenta la temperatura l’umidità assoluta aumenterà anche il punto di rugiada e una riduzione di umidità assoluta farà regredire il punto di rugiada al suo valore iniziale. Nello stesso modo incrementare l’umidità assoluta dopo un calo della temperatura porta il punto di rugiada al livello iniziale. Lo stesso punto di rugiada in pianura (temperatura normalmente maggiore) e in montagna (temperatura normalmente inferiore) sottintende che in un metro cubo di aria il peso del vapore è lo stesso.

    La quantità di vapore acqueo che può essere contenuta in aria dipende da temperatura e pressione. Se aumenta la temperatura l’aria contiene più vapore acqueo, se diminuisce la temperatura si riduce il quantitativo sino a raggiungere il punto di rugiada in quanto il punto di rugiada rappresenta la condizione alla quale il vapore si condensa e si separa sotto forma di acqua. Come già scritto il punto di rugiada è associato all’umidità relativa;  umidità relativa molto alta  indica una temperatura prossima al punto di rugiada; al 100% di umidità relativa il punto di rugiada coincide con la temperatura. Partendo da un punto di rugiada costante un successivo incremento della temperatura non può che portare ad una diminuzione dell’umidità relativa (per questo un clima equatoriale può essere percepito come molto umido anche se a bassa umidità relativa).

    Di notte a seguito irragiamento termico la temperatura può diminuire fino a raggiungere il punto di rugiada; a questo punto la temperatura tende sempre più a decellerare nell’abbassamento in conseguenza della liberazione del calore latente di condensazione (sopra lo zero termico) o del calore latente di sbrinamento (al di sotto dello zero termico). Questi “calori” vengono comunque dissipati, ma più lentamente, sempre per irragiamento. Ma tanto più basso è tale valore di saturazione tanto meno vapore è presente in atmosfera, tanto meno vapore sarà disponibile alla condensazione/brinamento e minore sarà la liberazione del calore latente da dissipare per irragiamento. In tal caso la temperatura continuerà a scendere a un tasso più basso (anche in modo costante nel caso di bassissime temperature). Allo stesso modo tanto più alto è tale valore tanto più il tasso di riduzione si smorzerà fino al caso limite della stazionarietà.

    Punto di rugiada e l’umidità relativa sono quindi strettamente correlati: quando la temperatura si avvicina al punto di rugiada l’umidità relativa aumenta (ad esempio nelle ore notturne); viceversa quando la temperatura si allontana dal punto di rugiada l’umidità relativa non può che diminuire (ad esempio nelle ore diurne).

    Il punto di rugiada del resto non è altro che una misura della presenza di acqua nell’aria essendo il punto di rugiada una misura della pressione parziale del vapore acqueo. Quando le temperature notturne scendono al punto di rugiada si forma la rugiada e c’è un rallentamento della caduta di temperatura. L’umidità relativa è la pressione parziale ambientale dell’acqua divisa per la pressione del vapore di saturazione dell’acqua per la temperatura ambiente. In genere a differenze di 15-20°C fra temperatura dell’aria e il punto di rugiada corrisponde una umidità relativa intorno al 50%.

    In condizioni desertificate l’umidità relativa sarà generalmente molto inferiore al 100% (se non nel momento in cui i venti trasportano vapore acqueo da altra parte). Se l’aria in aree desertificate viene riscaldata (ad es. al sorgere del sole) aumenta di temperatura ma essendo caratterizzata da bassa umidità relativa avrà anche maggior capacità di trattenere più molecole di acqua senza arrivare a condensare.

  • Convezione

    La convezione è un tipo di trasporto di materia e di energia causato da un gradiente di pressione e dalla forza di gravità. La convezione è caratterizzabile da moti di circolazione interni ad un fluido.

    Se il moto convettivo è associato ad uno scambio di calore si parla di convezione termica. La convezione termica è di fatto uno dei 3 modi in cui si trasmette il calore (convezione, conduzione e irragiamento). Il calore che un dato sistema può cedere (ad altri sistemi, al suo interno o all’ambiente circostante) non può che essere uguale a quello che l’altro sistema riceve e per il secondo principio della termodinamica spontaneamente il calore viene ceduto dal sistema a maggior temperatura verso quello a minore temperatura. Il fenomeno della convezione termica si ottiene quando un fluido (può essere l’acqua o l’aria) entra in contatto con un corpo la cui temperatura è maggiore di quella del fluido stesso. Aumentando di temperatura per conduzione, il fluido a contatto con l’oggetto si espande e diminuisce di densità e a causa della spinta di Archimede sale essendo meno denso del del fluido che lo circonda che è più freddo (generando moti convettivi in cui il fluido caldo sale verso l’alto e quello freddo scende verso il basso).

    In atmosfera una temperatura più elevata determina maggiore convezione. La Terra ospita contemporaneamente qualche centinaio di tempeste tropicali. La fenomenologia di queste tempeste dipende sostanzialmente dal contenuto di vapore acqueo e dalla temperatura). Queste tempeste possono trasferire enormi quantità di energia dalla superficie allo spazio. Senza questo trasferimento di energia la superficie terrestre sarebbe significativamente più calda.  La convezione mantiene ai tropici una temperatura realtivamente stabile, anche con l’aumento in atto delle temperature medie causato dai cambiamenti climatici; infatti un maggior riscaldamento aumenta di intensità la convezione al punto da compensare l’aumento delle stesse temperature connesse all’aumento della concentrazione di CO2.

  • Temperatura

    La temperatura di un corpo è la misura dello stato di agitazione delle entità molecolari dalle quali è costituito il corpo stesso. In meteorologia la temperatura dell’aria è la temperatura che caratterizza l’atmosfera terrestre.

    La temperatura può essere utilizzata per prevedere la direzione verso la quale avviene lo scambio termico fra due corpi. La differenza di temperatura tra due corpi in contatto termico determina un flusso di calore in direzione del corpo meno caldo finché il sistema dei due corpi non raggiunge uno stato di equilibrio termico.

    Esistono i termometri di misurazione della temperatura dell’aria in atmosfera nelle capannine meteorologiche con circolazione naturale dell’aria. Si tratta normalmente di termometri a liquido o a resistenza destinati a descrivere la temperatura dell’aria in atmosfera. In realtà i termometri a liquido evidenziano la temperatura che lo stesso liquido ha acquisito mentre i termometri a resistenza mostrano la temperatura che la stessa resistenza ha acquisito. In senso stretto non quantificano quindi la temperatura dell’aria. Inoltre l’incidenza della radiazione infrarossa delle pareti che costituiscono una capannina meteorologica è difficilmente valutabile e il trasferimento del calore nell’ambito del volume della capannina, correlato al movimento naturale circolatorio dell’aria, è più lento rispetto al calore trasmesso dalle radiazioni infrarosse.

    La curva della temperatura è un segnale a forma sinusoidale correlato principalmente all’andamento a forma sinusoidale della irradiazione solare. La curva della temperatura diurna normalmente procede con decadimento esponenziale al progredire della notte in conseguenza soprattutto dalla emissione di calore dalla superficie secondo la legge di Planck. La radiazione termica proveniente dalla superficie aumenta durante il giorno man mano che il Sole riscalda ma quando l’apporto del Sole inizia a diminuire l’attività di radiazione dalla superficie diventa dominante.

    La misurazione della temperatura a fini meteorologici e climatici dovrebbe tener conto di valori integrati caratteristici della curva della temperatura giornaliera (grado-giorno). Utilizzare il valore di grado-giorno eliminerebbe anche la ricerca di un valore mediano della temperatura. Ancora adesso prevale il calcolo “temperatura massima” più “temperatura minima” diviso per 2; ma tale calcolo non è una media. E’ un valore mediano non di grande utilità per descrivere, pur se riassuntivamente, la distribuzione delle temperature.

    In realtà la temperatura dell’aria è comunque un indicatore distorto del contenuto di calore che qualifica maggiormente il clima. Sarebbe meglio stimare l’entalpia al posto della temperatura ovvero tener conto contemporaneamente sia di temperatura che di umidità dell’aria. La sola temperatura mediana, o anche media, può avere lo stesso valore per climi molto diversi ma permane un indicatore inadeguato (pensiamo ai climi “diversi” fra zone con “calore secco” e zone con “calore umido” pur avendo analoghi valori di temperatura mediana o media). L’entalpia sarebbe una misura del contenuto di calore e la semplice somma dei corrispondenti valori porterebbe a risultanze omogenee in termini di tendenza climatica.

  • Sensibilità Climatica

    La sensibilità climatica è un metro per quantificare gli effetti dei cambiamenti climatici. Si esprime normalmente come incremento della temperatura media globale al raddoppio della concentrazione di anidride carbonica. Il valore della sensibilità climatica non è noto e varia soprattutto a seconda dello studio preso in considerazione (valori correnti variano da 1,5 a 6°C di aumento in presenza di una concentrazione di anidride carbonica doppia rispetto a quella dei secoli passati).  La variabilità dipende dalla varietà di modelli climatici, dalla capacità del modello di valutare l’effetto serra e soprattutto dal fatto che si tenga conto o non si tenga conto dei vari fattori climatici (vapore acqueo, nuvole, concentrazioni di gas serra, ecc…)

  • Mauna Loa

    Mauna Loa è una stazione di rilevamento di dati meteo-climatici localizzata presso il vulcano di Mauna Loa nelle isole Hawaii. La stazione in particolare monitorizza e registra la concentrazione di anidride carbonica. L’anidride carbonica è uno dei principali gas serra. La stazione di Mauna Loa ha cominciato le sue rilevazioni nel 1958. All’epoca la prima misurazione mostrò una concentrazione di anidride carbonica di 315 parti per milione in volume (ppmv). La misura parti per milione in volume significa che, per ogni milione di molecole d’aria, 315 sono di anidride carbonica. Dal 1958 la concentrazione di anidride carbonica è aumentata in maniera costante secondo la curva di Keeling.

  • Invarianza termoclimatica

    Con invarianza termoclimatica si intende l’attuazione di modalità costruttive fra una situazione edilizio-urbanistica precedente ed una successiva finalizzate ad azzerare gli squilibri indotti dagli apporti energetici integrativi di natura antropica e gli squilibri energetici indotti dall’aumento del locale tasso di impermeabilizzazione.

    Vedi qui per visionare alcuni esempi applicativi.

  • Rapporto di Bowen

    Indicato normalmente con β. Il rapporto di Bowen è il rapporto fra  calore sensibile QE e il calore latente QL. Quindi

    β=QE/QL .

    Dopo Stull (1988) abbiamo i seguenti valori tipici del rapporto di Bowen in funzione del tipo di copertura del terreno:

    regioni semi-aride: 5

    terreni erbosi: 0,5

    foreste: 0,5

    terreni erbosi irrigati: 0,2

    mare: 0,1

    I massimi giornalieri tipici del rapporto di Bowen in città secondo Piringer e altri (2002) sono:

    aree residenziali: 1,2-2 ,

    aree industriali: circa 4,4 ,

    aree centro città: circa 9,8 .

    Il rapporto di Bowen è in ogni caso molto variabile e dipende in particolare dalle precipitazioni.

    Nelle aree urbane è più alto rispetto alle aree rurali. Infatti l’impermeabilità delle superfici nelle città riduce nel suolo l’umidità disponibile per l’evaporazione a discapito del flusso di calore latente QL; perciò dopo qualche giorno senza pioggia β arriva a valori piuttosto elevati.

    Tuttavia, se l’atmosfera è satura QL non può aumentare ulteriormente e β raggiunge un valore limite: il rapporto di Bowen di equilibrio βE (sopra i mari e gli oceani l’evaporazione è limitata dall’umidità dell’aria).  βE  diminuisce esponenzialmente con la temperatura quindi l’importanza di QL è maggiore sopra gli oceani equatoriali che nei mari polari.

  • Densità apparente

    E’ la massa per unità di volume.

    Torba: vale 800 kg*m-3

    Sabbia compatta: vale 1.800 kg*m-3

  • Calore specifico

    In termini di peso quantità di energia da fornire ad un corpo per innalzare di 1 grado 1 kg di sostanza (J*kg-1*K-1).

    Normalmente si indica con Cs.

    Valore per suolo argilloso con poca acqua: 840 J*kg-1*K-1

    Calore specifico a pressione costante dell’aria secca: 1.005 J*kg-1*K-1 .

    In termini di volume quantità di energia da fornire ad un corpo per innalzare di 1 grado 1 volume unitario di sostanza (J*m-3*K-1).

    Normalmente si indica con Cv.

  • Capacità Termica

    Quantità di energia da fornire ad un corpo per innalzare di 1 grado la sua temperatura (J*K-1)

  • Unità di misura

    Forza: Newton (1N=1kg*m*s-2)

    Pressione: Pascal (1Pa=1N/m2)

    Energia: Joule (1J=1 N * m)

    Flusso di energia: F=1J/s=1 W

    Densità di flusso: D=1J*s-1*m-2=1W*m-2

  • Inerzia termica

    L’inerzia termica (o ammettenza termica), usualmente indicata con μ, è la misura della risposta termica di una superficie ad un flusso di calore (combina conduttività e capacità termica). Essa dipende dai materiali che compongono le superfici, ma nelle città un fattore determinante è anche la struttura cava degli edifici. La struttura cava degli edifici riduce i valori μ (Oke, 1981).

    L’inerzia termica è leggermente più alta nelle aree urbane rispetto alle aree rurali: 1800 J/(m2s1/2K) contro 1500 J/(m2s1/2K) secondo Baklanov et al. (2004).

    A seguire valori tipici di inerzia termica per alcune superfici rurali e urbane (Oke, 1981).

    Materiale / ammettenza termica (J*m-2*s-1/2*K-1)

    suolo torboso / 300 – 1300

    suolo limoso / 600 – 1500

    suolo sabbioso / 620 – 2550

    suolo argilloso / 600 – 2210

    neve  / 240

    acqua (a 20°C) / 1580

    roccia  / 1700 – 3400

    legno  / 200 – 540

    mattoni / 1070

    vetro  / 1110

    calcestruzzo / 150 – 2370

    asfalto / 1230 – 1680

    pietra / 2220

    campagna / 1000 – 2000

    terreno misto (bosco, palude, coltivato) / 1600 – 3000

    aree suburbane / 800 – 1700

    canyon urbano   / 1730

    aree urbane  / 1200 – 2100

  • Aerosol

    AEROSOL

    Le maggiori concentrazioni di aerosol nelle aree urbane riducono leggermente la radiazione solare entrante, ma aumentano leggermente la radiazione infrarossa entrante.

    D’altra parte l’albedo delle aree urbane è generalmente leggermente più bassa (per effetto delle superfici più scure e delle riflessioni multiple all’interno dei canyon urbani) e questo riduce la radiazione solare uscente .

    Al contrario, sebbene l’emissività delle aree urbane sia leggermente più bassa di quella delle aree rurali (0.85-0.95 contro 0.98), la temperatura più elevata (a causa delle isole di calore) aumenta la radiazione infrarossa uscente.

    Queste variazioni delle quattro componenti del bilancio radiativo tendono a compensarsi fra loro, e alla fine la radiazione netta non varia significativamente.

  • Watt

    Il watt (W) è una unità di potenza e misura la velocità con cui l’energia viene utilizzata.

    Un watt è definito come un joule di energia al secondo.

    Quindi 1 kWh equivale al consumo di 1000 joule ogni secondo per  1 ora. Essendo composta 1 ora da 3600 secondi vale 1 kWh = 1000 x 3600 joule o 3,6 milioni di joule o 3,6 megajoule (3,6 MJ).

    Volendo ragionare sul consumo di varie forme di energia per un periodo di un giorno intero si dovrà utilizzare unità di kWh/giorno.

    Volendo ragionare sui valori energetici afferenti una superficie unitaria di 1 metro quadrato i valori energetici saranno in unità di kWh/(giorno*m2) o MJ/(giorno*m2).

  • Radiazione netta RN

    La Radiazione netta (usualmente indicata con RN o Q*) indica l’energia disponibile in superficie (in genere ripartita fra Calore sensibile QE, Calore latente QL, Calore del suolo QS e processi metabolici).

  • Calore latente QL

    Calore conseguente a evaporazione dell’acqua o alla condensazione del vapore d’acqua.

    E’ normalmente indicato con QL (ma anche con LE o λE).

    Il flusso di calore latente QL è correlato al cambiamento di stato; non c’è aumento di temperatura ma una trasformazione dello stato fisico della materia.

    Correlato al flusso di calore latente QL abbiamo i fenomeni di traspirazione delle piante, di evaporazione d’acqua dal suolo e l’eventuale condensazione sulle superfici interne di un volume coperto.

    In ambito urbano la mancanza di vegetazione e la copertura del terreno con edifici e asfalti impedisce all’energia solare di indurre evaporazione o, più in particolare, evapotraspirazione nelle piante. In particolare con l’evapotraspirazione il calore latente QL viene “esportato” dal terreno riducendo la temperatura. Se manca “vegetazione” o anche solo “terreno scoperto” la parte di energia solare dedicata al processo evaporativo o evapotraspirativo passa invece ad alzare la temperatura delle superfici e quindi dell’aria.

    Il calore latente di vaporizzazione varia con la temperatura secondo la relazione (Harrison, 1963)

    λE=2,501-(2,361*10-5)*T dove

    T e’ la temperatura in °C mentre

    λE è il calore latente espresso in MJ/Kg .

    Volendo conoscere la quantita’ di energia utilizzata per far evaporare una certa quantita’ di acqua è sufficiente moltiplicare quest’ultima quantità per λE.

    Negli ambiti antropizzati tipici delle città americane i massimi giornalieri tipici di calore latente QL variano da 10 a 235 W/m2 (Piringer e altri, 2002).

    Il calore latente QL è quindi il calore richiesto nella vaporizzazione dell’acqua. In ambito rurale il processo è chiamato “evapotraspirazione” perché è la combinazione di due processi: 1) l’evaporazione diretta dell’acqua e 2) la traspirazione ovvero il movimento dell’acqua dal suolo, attraverso le piante, verso l’atmosfera. L’energia da fornire necessaria per entrambi i processi è la medesima. Poiché l’energia viene utilizzata per evaporare l’acqua da una superficie, il calore viene “ritirato” con il vapore acqueo e la superficie si raffredda. Il fenomeno si può constatare osservando il raffreddamento del corpo umano quando evapora il sudore e allo stesso modo è constatabile per la Terra quando il vapore acqueo si forma e viene trasportato verso l’atmosfera.

    Il calore latente di vaporizzazione dell’acqua a temperatura ambiente è circa 2,46 milioni di joule per kg di acqua. Essendo 1 kWh è pari a 3,6 milioni di joule 1 kWh di energia evaporerà 3,6 diviso per 2,46 ovvero 1,46 kg di acqua.

    Consideriamo 1 kWh/(m2*giorno). Distribuito su 1 metro quadrato 1,46 kg di acqua (che 1 kWh di energia è in grado di far evaporare) avrebbe una profondità di 0,146 cm. Se in una superficie permeabile vengono spesi 2 kWh/(m2*giorno) di energia per far evaporare l’acqua, verrano quindi “eliminati” l’equivalente di 0,292 cm di acqua al giorno. In 365 giorni (1 anno) ciò equivarrebbe a circa 107 cm di acqua. 107 cm di acqua sono essenzialmente pari a circa un decimo circa delle precipitazioni annuali che normalmente accadono in gran parte del territorio della pianura veneta. Su una superfice permeabile la perdita di calore latente QL comporta una evapotraspirazione annuale pari a circa la metà della precipitazione annuale e QL è stimabile in 1 kWh/(m2*giorno). Infatti  se 1 kWh comporta l’evaporazione di 0,146 cm di acqua al giorno ne consegue che in un anno con 1 kWh/(m2*giorno) di calore vengono “eliminati” 0,146*365=53,29 cm di acqua. In una superficie completamente impermeabilizzata l’acqua di pioggia viene fatta defluire al sistema fognario e non è più disponibile per l’evaporazione.

    Il calore latente di vaporizzazione dell’aria umida (espresso in J/kg) dipende dalla temperatura T secondo la relazione seguente: λE = 2.50 *106 – 2250 * (T – 273,15).

    Il calore latente quindi “porta via” dalla superficie una certa aliquota di energia termica. Il calore latente viene trasferito dalla superficie all’atmosfera superiore quando l’acqua viene vaporizzata in superficie per semplice evaporazione o per traspirazione attraverso le piante. Una superficie completamente impermeabile non può far evaporare l’acqua e un terreno privo di alberi e altre piante non può traspirare. In genere aumentare il numero e la densità di alberi e piante promuove una maggiore evapotraspirazione aumentando di conseguenza l’energia termica latente QL persa dalla superficie; a seguire la temperatura della superficie diminuisce. Di converso se di calore latente diminuisce la superficie tende ad immagazzinare energia sotto forma di calore e la temperatura aumenta. L’aria in movimento (vento) aumenta generalmente la quantità di produzione di energia latente, abbassando l’accumulo di calore e abbassando la temperatura.

    Gli input energetici di energia radiante e calore antropogenico sono bilanciati da termini energetici quali calore latente, calore sensibile e accumulo di calore nel terreno e altri materiali.

  • Calore accumulato QS

    Con calore accumulato QS si intende l’energia assorbita dai materiali in superficie: edifici, pavimentazione, suolo, ecc…

    Durante il giorno il sole riscalda a diversi gradi. Notoriamente stare seduti sotto un albero è notevolmente più fresco rispetto a stare seduti in pieno sole; l’ambiente esposto al sole assorbe più calore di accumulo.

    Il calore di accumulo QS in parte viene trasferito all’atmosfera (ad es. la superficie sotto l’albero si raffredderà la sera dopo il tramonto) e in parte rimane negli oggetti anche per diversi giorni per essere completamente rilasciato al verificarsi di una giornata più fresca.

    In genere l’apporto di energia solare inizia a diminuire durante il normale ciclo annuale circa un mese prima che la temperatura media mensile di una data zona inizi effettivamente a scendere. Questo “ritardo” nel cambiamento di temperatura indica che il calore viene immagazzinato mentre la città si riscalda e poi viene rilasciato lentamente in seguito, arrivando a riscaldare l’atmosfera anche se il contestuale apporto di energia è in diminuzione. L’accumulo termico nelle masse edilizie comporta un effetto di sfasamento temporale, in quanto gli edifici accumulano calore di giorno e lo restituiscono durante la notte. Quindi di notte l’aria continua ad essere riscaldata dalle pareti degli edifici.

    Il calore G nel terreno può essere stimato dalla relazione

    G=KRN

    essendo

    K una costante compresa fra 0,1 e 0,4 e

    RN la radiazione netta pervenuta al suolo.

    La relazione precedente non vale di notte (volendo tener conto anche del periodo notturno si pone normalmente K=0,5).

    Per quanto riguarda l’ambiente non antropizzato il calore accumulato QS è normalmente trascurato quando si trattano situazioni caratterizzate da suoli non coperti da alberi; QS diventa invece in qualche modo significativo in presenza di vegetazione ad alto fusto, specialmente attorno all’alba ed al tramonto, quando tale termine risulta essere dello stesso ordine di grandezza della radiazione netta in arrivo. Quando la superficie è interessata da neve o ghiaccio il termine diventa inoltre più importante in quanto include l’energia utilizzata per la fusione.

    Secondo Piringer a altri (2002) i massimi giornalieri tipici di flusso di calore QS immagazzinato in città variano fra 150 a 280 W/m2.

    In genere nelle aree non antropizzate QS non compare nel bilancio energetico in quanto assume valori relativamente trascurabili. Nelle aree antropizzate QS dipende dai materiali, dalla geometria della struttura urbana e dalla densità degli edifici.

  • Calore sensibile QE

    In riferimento all’atmosfera a quota terreno con calore sensibile, qui indicato con QE, si indica il riscaldamento o il raffreddamento dell’aria (conduzione, convenzione, avvezione). I massimi giornalieri tipici di flusso di calore sensibile in città varia da 120 a 310 W/m2 (Piringer e altri, 2002).

    Il calore sensibile QE è quindi il calore percepibile. Il calore sensibile si riferisce al trasferimento di calore (avanti e indietro) tra atmosfera e varie superfici. È il calore trasferito per conduzione all’interno di vari materiali superficiali e per convezione (verticale) o avvezione (orizzontale) mentre l’aria si sposta da un luogo all’altro. Il valore QE di calore sensibile dipende da tantissime variabili.

    L’atmosfera a contatto con la superficie terrestre è generalmente più calda dell’aria sovrastante perché riceve calore dalla superficie calda; il movimento verticale dell’aria si verifica quando l’aria calda superficiale viene sollevata nell’atmosfera da un’aria più pesante e più fredda che scende.

    Il calore sensibile QE associato al trasferimento di vento orizzontale dipende dalla velocità, direzione, temperatura e umidità dell’aria in movimento. Gli edifici possono raffreddarsi leggermente a causa del trasferimento di calore. Questo è il modo in cui il calore immagazzinato in strutture come edifici riscaldare l’aria ambiente. Proprio come nel caso di un termosifone, dove l’aria riscaldata sale, si mescola e trasporta il calore dalla sorgente e lo diffonde nell’ambiente, l’aria sopra la città sposta il calore dalla sorgente degli edifici e del pavimento.

    Su QE in un dato ambiente incide il vento. L’aria in arrivo può diminuire o aumentare la temperatura di un dato territorio, in funzione anche del contenuto di umidità trasportata (una aria più umida inibisce l’evaporazione locale dell’acqua e riduce qualsiasi possibile raffreddamento a seguito di trasferimento di calore latente).

    Il flusso di QE viene anche perso nell’atmosfera superiore mediante trasferimento di calore sensibile verticale quando l’aria dello strato limite viene miscelata verticalmente. Il calore sensibile laterale è normalmente associato ai venti. I venti possono riscaldare o raffreddare una regione sostituendo l’aria nella regione con aria nuova proveniente da una regione più calda o più fredda. Maggiore è il calore sensibile, maggiore è il raffreddamento della superficie a causa della perdita di energia.

    In qualsiasi territorio gli input di energia radiante e calore antropogenico sono bilanciati da altri termini energetici quali calore latente, calore sensibile e accumulo di calore nel terreno e altri materiali. Secondo Piringer (2002) valori tipi di QE nelle citta americane variano fra 120 e 310 W/m2.

    Vediamo il calore nel suolo. Il riscaldamento o raffreddamento del suolo (inteso come strato di materia) è in genere indicato con G. La densità del flusso di calore nel suolo è determinato dal gradiente di temperatura e dalla conduttività termica K attraverso la relazione G=-K(dT/dz). K è la quantità di calore che passa nell’unità di tempo attraverso una sezione unitaria di suolo in risposta ad uno specifico gradiente di temperatura. K indica in tal modo l’attitudine del suolo a favorire la propagazione di calore.

    La quantità di flusso di calore scambiato per conduzione Qcond può calcolarsi con la relazione

    Qcond = (AC/AG)(TI–TE)h essendo

    AC = area copertura [m2] ,

    AG= area di impronta dell’edificio [m2] ,

    TI = temperatura aria interna [K] ,

    TE = temperatura aria esterna [K] ,

    h = coefficiente di scambio termico della copertura [W/m2K] .

  • Calore antropico QT

    Con calore antropico QT si indica il calore legato all’uso di fonti energetiche per il trasporto, il riscaldamento, la generazione di energia elettrica, ecc.

    In generale QT diminuisce all’aumentare della densità di popolazione.

    L’Uomo genera e consuma tantissima energia. Ad esempio consuma energia per avere l’aria condizionata o consumo energia per autotrazione.

    Il consumo medio pro-capite di energia di una persona può essere un buon indicatore  della quantità media pro-capite di energia aggiunta all’ambiente. Un valore possibile per una grande  città può essere circa 400 KWh/(giorno*persona). Volendo convertire questa unità in KWh/(giorno*m2) è necessario conoscere quante persone occupano un metro quadrato nella medesima città. Se ad esempio la densità di popolazione fosse 0,00115 persone/m2 e nel caso una persona producesse 400 KWh/(giorno*persona) un metro quadrato di persone produrrebbe 400×0,00115=0,46 KWh/(giorno*m2) ovvero 0,46×1000/24 = 19,17 W/m2.

    Su un bilancio energetico di un’area rurale non si tiene conto in genere di alcuna produzione di calore antropico QT in quanto la densità di persone in un ambiente rurale è così bassa che la produzione di energia di queste persone si può considerare trascurabile.

    Oke stabilisce per città a latitudini temperate una media annua di calore antropico QT variabile tra 15 e 50 W/m2. Deriva la seguente tabella dallo studio di Miller del 1971:

    riscaldamento ed illuminazione: 25 Kcal/(cm2*giorno)

    circolazione urbana: 0,9 Kcal/(cm2*giorno)

    industria: 0,8 Kcal/(cm2*giorno)

    metabolismo umano: 0,1 Kcal/(cm2*giorno)

    La produzione di calore antropica  è completamente controllata dall’attività umana e con la produzione di calore antropica l’Uomo influenza anche pesantemente il clima locale. La produzione di calore antropico (mediamente 0,4 kWh/m2*giorno) è difficile da stimare e varia nel corso dell’anno al variare del fabbisogno energetico. Varia anche da una parte all’altra della stessa città, con valori maggiori dove c’è un’alta densità di utenti energetici, come nel centro delle città (molti edifici che richiedono illuminazione, riscaldamento e aria condizionata). La produzione di calore antropico è allo stesso modo elevata nelle aree di industria pesante.

    Anche se ogni persona ha esigenze “energetiche” diverse, un consumo medio pro capite di energia è un modo valido per valutare la produzione di calore antropico in una città. La densità della popolazione è un fattore da considerare; si può presumere in una città il valore di consumo energetico medio pro capite nazionale (11,23 kW).

    In certe grandi città la produzione di calore antropico QT è paragonabile a quella del sole. Allo stesso in un territorio con bassissima densità di popolazione questo input energetico può considerarsi essenzialmente trascurabile.

    Il calore di produzione antropica è correlato al calore generato dagli impianti di riscaldamento e al consumo elettrico. Ricordiamo che a seguito del D.P.R. 412/1993 ogni Comune italiano rientra in una determinata zona climatica (A, B, C, D, E ed F). Nel 2010 in media, in relazione al consumo elettrico, abbiamo i seguenti valori (tra parentesi il dato relativo al consumo di gas, eventualmente da sommare):

    zona B:  378,4 (47,7) kWh/m2

    zona C:  277,9 (35,4) kWh/m2

    zona D:  290,6 (28) kWh/m2

    zona E:  341,6 (57,4) kWh/m2

    I valori precedenti, sempre suddivisi per zona climatica e relativamente alle sole attività che producono sia caldo che freddo con climatizzatori elettrici, diventano

    zona C:  331,8 kWh/m2

    zona D:  497,0 kWh/m2

    zona E:  392,9 kWh/m2

    Con riferimento al calore generato per produrre acqua sanitaria sono utilizzabili i seguenti valori

    Abitazione: 3 W/m2 ,

    Casa unifamiliare: 2 W/m2 ,

    Uffici: 1 W/m2 .

    Con riferimento a potenze preventivabili per ottenere il riscaldamento degli ambienti abbiamo i seguenti valori medi:

    edifici esistenti non isolati: 50-79 W/m2 ,

    edifici esistenti ben isolati; 40-50 W/m2 ,

    nuove unità immobiliari: 25-40 W/m2 ,

    edifici amministrativi: 60-80 W/m2 .

    I consumi di energia correlati all’illuminazione ambientale sono stimabili nel valore

    6 KWh/(m2*anno) .

    Una unità immobiliare con 3 residenti consuma annualmente l’equivalente di energia per 3.500 KWh/anno. Più in particolare possiamo avere i segunti valori indicativi:

    edificio direzionale/commerciale: 90 KWh/(m2*anno) ,

    edificio albergo/ristoro: 120 KWh/(m2*anno) ,

    edificio ricreativo/sportivo: 270 KWh/(m2*anno) ,

    edificio con attività sportiva e piscina: 380 KWh/(m2*anno) .

    Altri valori di potenza tipici per le attività terziarie (3 valori, crescenti a seconda della qualità) sono

    Scuole: 15/20/25 W/m2 ,

    Uffici: 15/20/25 W/m2 ,

    Ospedali: 15/25/35 W/m2 .

    In un bilancio energetivo QT è in definitiva un flusso di calore antropogenico, da considerare “sorgente” aggiuntiva di calore causata dalle attività umane e dai consumi energetici che esse comportano (quindi traffico, scarichi industriali, condizionamento degli edifici, produzione e consumo di energia elettrica, ecc…).

    Il valore QT varia considerevolmente all’interno di una area urbana e al variare della dimensione del nucleo urbano.

    In un centro finanziario di una grande area metropolitana americana QT può raggiungere anche valori di 1.500 W/m2 nel periodo invernale.

    Nei climi miti, in cui riscaldamento e impianto di condizionamento rappresentano una quota minoritaria del consumo di energia, QT può oscillare dai 5 W/m2 di un’area periurbana ai 25 W/m2 di una area urbana.

  • Radiazione a onde lunghe

    Sia l’energia che arriva dal Sole che l’energia che dalla Terra viene trasferita allo spazio è radiazione del corpo nero  (un corpo nero è un oggetto che emette la massima radiazione possibile compatibile con la propria temperatura). È una proprietà di tutta la materia emettere energia radiante.

    In generale, i corpi più caldi emettono più energia radiante a lunghezze d’onda più corte. Il sole è molto caldo, quindi non solo emette grandi quantità di energia radiante, ma emette anche gran parte di questa energia nella parte ultravioletta e visibile dello spettro energetico. Non solo ci riscaldiamo da questa energia, ma illumina anche il mondo per noi.

    Ma anche la Terra e tutto ciò che contiene emette energia radiante. Poiché la Terra è più fredda del Sole, la sua radiazione caratteristica non è visibile, ma si trova piuttosto nella porzione infrarossa a bassa energia dello spettro. Questa energia è indicata come radiazione a onde lunghe.

    Ogni sostanza emana energia radiante caratteristica della temperatura di quella sostanza.

    La radiazione verso l’alto a onde lunghe, da ambienti sia rurali che urbani, dipenderà dalla temperatura media effettiva delle rispettive superfici. Se la temperatura della superficie rurale vale ad una data ora di un dato mese vale 30°C con temperatura minima notturna relativamente fresca (es. di 22°C) le temperature superficiali in ambito urbano possono raggiungere valori ben oltre i 50°C con un raffreddamento notturno posizionato a valori maggiori (es. 24 ° C).

    La radiazione ROL ad onda lunga dipende dall’emissione del suolo (in particolare dipendendo dall’emissività e dello stesso suolo) e dalla radiazione verso il suolo dovuta all’atmosfera.

    Secondo Swinbank (1963) in assenza di nuvole

    ROL= sigma x To4 x (e – a3 x To2)

    essendo

    sigma = 5,6710-8 [Wm-2K-4],

    a3=0,9410-5 [K-2],

    To = temperatura al suolo dell’atmosfera,

    e = emissività.

    L’emissività e in genere varia fra 0,95 e 0,98 con valori prossimi a 0,9 per suolo sabbioso secco e neve vecchia.

  • Radiazione a onde corte

    Sia l’energia che arriva dal Sole sia l’energia che dalla Terra viene trasferita allo spazio è radiazione del corpo nero  (un corpo nero è un oggetto che emette la massima radiazione possibile compatibile con la propria temperatura).

    È una proprietà di tutta la materia emettere energia radiante. In generale, i corpi più caldi emettono più energia radiante a lunghezze d’onda più corte. Il sole è molto caldo, quindi non solo emette grandi quantità di energia radiante, ma emette anche gran parte di questa energia nella parte ultravioletta e visibile dello spettro energetico. Questa energia è indicata come radiazione a onde corte.

    La radiazione ad onda corta ROC (radiazione solare incidente meno quella riflessa) secondo VanUlden e Holtslag (1985) in assenza di copertura di nuvole si ottiene dalla relazione

    ROC=(1-a)(a1sinFi+a2)  (con ROC>=0)

    essendo

    a=albedo del suolo,

    Fi=altezza del sole sull’orizzonte,

    a1=990 W/m2,

    a2=-30 W/m2.

    Si può quindi scrivere

    ROC=[1-a][990(sinFi)-30] W/m2.

  • Idrogeno

    L’idrogeno a pressione atmosferica e temperatura ambiente (298°K) si trova sotto forma di gas biatomico con formula H2. E’ incolore, inodore, insapore e fortemente infiammabile. Più correttamente dovremo parlare di diidrogeno essendo le sue molecole costituite da due atomi di idrogeno. L’idrogeno forma circa il 75% della materia in termini di massa e più del 90% in base al numero di atomi. L’idrogeno è però raro in atmosfera (circa 1 ppm) e quasi assente sulla superficie e nel sottosuolo.

    Pensare di usare l’idrogeno come combustibile presenta alcuni vantaggi. Brucia all’aria con concentrazioni fra il 4 e il 75% del suo volume (nel gas naturale concentrazioni tra il 5,4 e il 15%). La combustione è spontanea a 585°C (per il gas naturale 540°C). Il gas naturale esplode a concentrazioni fra il 6,3 e il 14%, l’idrogeno a concentrazioni fra il 13 e il 64%.

    Ma la densità di energia dell’idrogeno liquido o gassoso (a valori di pressione correlati alla sua usufruibilità) è di molto inferiore rispetto ai tradizionali combustibili e quindi deve essere compresso a elevatissime pressioni per conseguire trasportabilità e stoccaggio. Inoltre l’idrogeno non è fonte primaria di energia come il petrolio in quanto deve essere prodotto artificialmente. Il ciclo di produzione è inefficiente poiché è sempre necessaria una energia maggiore di quella che poi si renderebbe disponibile attraverso la sua combustione. La produzione di idrogeno attraverso il metodo più semplice, ovvero l’elettrolisi dell’acqua, e il successivo utilizzo sotto forma di diidrogeno, nella reazione inversa con O2 nelle pile a combustibile, non porta ad alcun guadagno energetico (il guadagno netto energetico è negativo per le perdite legate alle dissipazioni in calore). Una maggior efficienza nella produzione potrebbe essere ricavare bioidrogeno a spese di alghe e batteri. In ogni caso l’idrogeno ottenuto da fonti solari, biologiche o elettriche, ha costi di produzione, in termini energetici, molto più elevati in rapporto alle rese ottenibili dalla sua combustione. L’idrogeno può essere ottenuto con un guadagno netto di energia, a partire da fonti fossili (es. metano), ma si tratta di fonti energetiche non rinnovabili cioè destinate comunque a esaurirsi nel tempo e in più con emissioni dirette di CO2.

    Altri problemi rilevanti sono lo stoccaggio e il trasporto dell’idrogeno. Il trasporto può avvenire in bombole di gas compresso, liquefatto, oppure attraverso reti dedicate (idrogenodotti). Si può acquisire lo stoccaggio sotto pressione in bombole da 200 bar a 700 bar e in forma liquida con temperatura di −253 °C ma in bombole perfettamente isolate. Un’altra forma possibile di stoccaggio consisterebbe nella reazione chimica reversibile con diverse sostanze formando idruri metallici, oppure allo stato liquido sotto forma di ammoniaca NH3 alla temperatura di −33,4°C.

    Il diidrogeno è pericoloso. Una semplice fuga di H2 a contatto con O2 può innescare una violenta esplosione oppure una fiamma invisibile e pericolosa che produce acqua in gas. All’aria il diidrogeno arde violentemente e le fiamme di ossigeno e diidrogeno puro sono invisibili all’occhio umano (è difficile identificare visivamente se una fuoriuscita di diidrogeno sta bruciando). Inoltre nei fuochi alimentati dal diidrogeno le fiamme tendono a salire rapidamente con il gas attraverso l’aria causando danni paradossalmente minori rispetto ai danni provocati da fuochi alimentati, ad esempio, da idrocarburi.

    L’idrogeno ha un potere calorifico di 142 MJ/kg (il metano 55 MJ/kg). Il potere calorifico volumetrico dell’idrogeno è 11,7 kJ/litro (il metano 36,5 kJ/litro). L’idrogeno può essere prodotto mediante elettrolisi dell’acqua con una efficienza del 75%; può essere prodotto anche mediante steam reforming del gas naturale, con un’efficienza del 90%. La produzione di 1 kg di idrogeno (energia specifica di 143 MJ/kg o circa 40 kWh/kg) richiede 50-55 kWh di elettricità. Per comprimere l’idrogeno è necessaria una elevata quantità di energia (per comprimere una tonnellata all’ora a 200 bar è necessario il 7,2% del suo potere calorifico). La liquefazione dell’idrogeno richiede un’elevata intensità energetica (per ottenere 100 kg di idrogeno liquido all’ora sono necessari circa 60 MJ di energia elettrica per kg di idrogeno). Anche la conservazione dell’idrogeno sotto forma di idruro metallico di metalli alcalini è paragonabile alla compressione in termini di consumo energetico.

    La distribuzione dell’idrogeno tramite tubazioni (idrogenodotti) richiede in genere nuove strutture. Le tubazioni esistenti (gasdotti) non possono essere utilizzate per l’idrogeno, a causa di rischio di perdite per diffusione, per fragilità dei materiali e delle guarnizioni, per incompatibilità nella lubrificazione delle pompe. Inoltre, essendo bassa la densità di energia volumetrica dell’idrogeno, la velocità di flusso negli idrogenodotti deve essere aumentata di oltre tre volte rispetto ai gasdotti. Nei metanodotti, rispetto agli idrogenodotti, il 20% dell’energia contenuta del gas trasportato viene utilizzata per far funzionare i compressori (0,3% nel caso del metano rispetto a 1,4% ogni centinaio di km circa nel caso dell’idrogeno).

    Anche il trasporto su strada dell’idrogeno è problematico. Un camion da 40 tonnellate trasporta circa 25 tonnellate di benzina o 3,2 tonnellate di metano ma solo 320 kg di idrogeno (essendo bassa la densità energetica dell’idrogeno e tenendo conto dell’incidenza del peso dei recipienti a pressione). Se consideriamo una stazione di distribuzione di benzina e gasolio che vende 25 tonnellate di carburante al giorno il conferimento del carburante può avvenire con un camion da 40 tonnellate al giorno; nel caso dell’idrogeno sarebbero necessari 21 camion per fornire una similare quantità di energia al distributore. In realtà sarebbe possibile pensare a distributori dove l’idrogeno viene generato in loco mediante elettrolisi e poi compresso a 200 o più bar. Ma è stato stimato che in un distributore che serve 1.000 veicoli al giorno l’efficienza di conversione della potenza elettrica richiesta sarebbe di circa il 50%, richiedendo a sua volta di triplicare la capacità di generazione di energia.

    L’ammoniaca viene spesso pubblicizzata come il “nuovo” modo di immagazzinare e trasportare l’idrogeno. Occorre però ricordare il costo elevato della produzione di ammoniaca e la quantità di idrogeno ottenibile dalla NH3.

    Gran parte delle informazioni esposte in questo AIUTO sono state ricavate qui.

    — O —

    INTEGRAZIONE 18/10/2020

    Si allega un interessante commento del Dipartimento del lavoro, della sicurezza e della salute sul lavoro degli Stati Uniti in riferimento all’idrogeno:

    L’idrogeno utilizzato nelle celle a combustibile è un gas molto infiammabile e può provocare incendi ed esplosioni se non viene gestito correttamente. L’idrogeno è un gas incolore, inodore e insapore. Anche il gas naturale e il propano sono inodori, ma a questi gas viene aggiunto un odorizzante contenente zolfo (mercaptano) in modo che sia possibile rilevare una perdita. Allo stato attuale è difficile dire se c’è una perdita di idrogeno perché l’idrogeno non ha odore. Inoltre l’idrogeno è un gas molto leggero. Non sono noti odori che possono essere aggiunti all’idrogeno che siano abbastanza leggeri da diffondersi alla stessa velocità dell’idrogeno. In altre parole, nel momento in cui un lavoratore sente l’odore di un odorizzante, le concentrazioni di idrogeno potrebbero aver già superato il limite inferiore di infiammabilità. Gli incendi di idrogeno sono invisibili e se un lavoratore crede che ci sia una perdita di idrogeno, si dovrebbe sempre presumere che sia presente una fiamma. Quando i lavoratori sono tenuti a combattere gli incendi legati all’idrogeno, i datori di lavoro devono fornire ai lavoratori l’equipaggiamento protettivo necessario per proteggerli da tali fiamme invisibili e da potenziali rischi di esplosione. Esistono diversi standard OSHA che possono essere applicati ai datori di lavoro che producono o utilizzano idrogeno.

  • Ciclo del carbonio nel suolo naturale

    La sostanza organica nel suolo contiene circa il 60% di carbonio, ed è un fattore cruciale per l’influenza che il suolo ha sul ciclo globale del carbonio.

    Con circa 1.500 miliardi di tonnellate di carbonio (Gt) presenti come materia organica nel suolo a livello globale, i terreni sono il secondo più grande serbatoio attivo di carbonio dopo gli oceani (circa 40.000 Gt). C’è più carbonio immagazzinato nel suolo che nell’atmosfera (760 Gt) e nella vegetazione (560 Gt) combinate.

    Attraverso il processo di fotosintesi le piante assorbono CO2 dall’atmosfera e la usano per far crescere radici, steli o foglie. Il carbonio è trasferito nel suolo attraverso il rilascio di composti organici dalle radici delle piante o attraverso la decomposizione del materiale vegetale da parte degli organismi del suolo.

    La decomposizione microbica della sostanza organica rilascia i nutrienti che le piante utilizzano per la crescita. Durante la decomposizione una parte del carbonio è rilasciato nell’atmosfera come anidride carbonica, attraverso il processo di respirazione del suolo, mentre il restante carbonio viene convertito in composti organici che possono rimanere nel terreno per un periodo di tempo che varia fra pochi anni fino a millenni. La rapidità di decomposizione dipende anche da temperatura, precipitazione e la composizione del materiale organico. Diverse fonti di sostanza organica si decompongono con velocità diverse.

    Se la quantità di materia organica che arriva al suolo è inferiore al tasso di decomposizione, la sostanza organica, e quindi il carbonio, diminuisce. Viceversa se la velocità di decomposizione è minore degli ingressi di materia organica la sostanza organica del suolo aumenta.

    In generale, il processo che porta a perdite di carbonio dal suolo avviene più rapidamente e con più facilità rispetto al processo che porta ad un accumulo di carbonio nel suolo.

    La biomassa è composta sia dalle piante in vita e sia dai materiali vegetali morti. Le piante in vita sono responsabili della fotosintesi, cioè il processo naturale attraverso il quale viene rimossa la CO2 dall’atmosfera. La respirazione delle piante e il decadimento dei materiali vegetali morti sono responsabili per le emissioni di CO2. A differenza delle foreste, le quantità di biomassa nelle aree agricole sono di solito molto basse, in quanto crescita e raccolto avvengono entro periodi di tempo molto brevi.

    La gestione del territorio rappresenta la seconda fonte di emissioni di CO2 negli ecosistemi terrestri. L’agricoltura è l’unico settore che ha la capacità di trasformarsi da ecosistema che emette CO2 ad un ecosistema che assorbe CO2. Le pratiche agricole comuni e l’utilizzo di fertilizzanti basati su combustibili fossili, pesticidi ed erbicidi comportano un significativo rilascio di CO2. In alternativa, potrebbe esse attivato un processo chiamato “sequestro del carbonio nel suolo” per conseguire l’immagazzinamento del carbonio e la relativa conservazione per lunghi periodi all’interno dello stesso suolo.

    L’agricoltura moderna favorisce l’utilizzo di pratiche che migliorano la velocità con cui la CO2 viene rimossa dall’atmosfera e convertita in materiale vegetale, per essere definitivamente sequestrata come sostanza organica all’interno del suolo.

    Esistono diverse strategie per massimizzare il sequestro del carbonio per diversi usi del suolo. Nei terreni agricoli la quantità di carbonio presente nel suolo può essere aumentata attraverso:

    • ritorno dei residui della biomassa al suolo;
    • lavorazione del terreno e gestione dei residui;
    • eliminare o ridurre l’intensità delle lavorazioni;
    • oculata gestione delle risorse idriche;
    • pratiche agro-forestali.

  • Proxy di temperatura

    Alcune serie di misurazioni (ad esempio, anelli di alberi o strati di nucleo di ghiaccio) che si ritiene influenzate dal cambiamento delle temperature locali nel corso degli anni si indicano come proxy di temperatura. Poiché la maggior parte delle registrazioni meteorologiche è iniziata solo da qualche decenni gli studiosi (paleoclimatologi) tentano di stimare le temperature dell’era precedente all’inizio delle misure meteorologiche usando questi proxy.

  • pH

    Misura di quanto sia acida o basica una soluzione. La scala del pH è una scala logaritmica, quindi ad un aumento o diminuzione di 1 unità corrisponde ad un aumento o diminuzione di magnitudo 10. Matematicamente, rappresenta -log [H+], dove [H+] è la concentrazione di ioni idrogeno ( “acido”) nella soluzione (in moli per litro). Un pH pari a 0 corrisponde ad un acido puro, mentre un pH pari a 14 corrisponde ad una base pura. La riduzione del pH di una soluzione la rende più acida, l’aumento del pH la rende più basica. Gli alcali sono uno dei principali tipi di base, quindi talvolta una soluzione di base viene definita soluzione alcalina e l’aumento del pH di una soluzione viene definito come alcalina. Le soluzioni neutre (come l’acqua distillata) hanno un pH pari a 7. Il pH medio degli oceani tende ad essere leggermente alcalino (pH = 7,5-8,5).

  • Acidificazione degli oceani

    Teoria secondo la quale l’aumento delle concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica (CO2) porta anche a una leggera riduzione del pH medio degli oceani.

  • Cambiamento climatico causato dall’uomo

    Il cambiamento climatico causato dall’uomo è una forma di cambiamento climatico attribuito all’attività umana. Possibili esempi potrebbero essere l’alterazione del sistema idrologico locale, l’irrigazione del terreno o l’impianto di diverse colture, le isole di calore urbano.

  • Gas serra

    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.

  • Effetto Serra

    Teoria secondo la quale le temperature atmosferiche sono prevalentemente controllate da processi radiativi e quindi fortemente influenzabili dalle concentrazioni relative dei vari gas serra. L’effetto serra costituisce la base per la teoria del riscaldamento globale artificiale ed è un componente importante negli attuali modelli numerici del clima.

    I contenuti seguenti sono tratti in gran parte dal sito http://personalpages.to.infn.it/ .

    La luce solare penetra l’atmosfera e scalda la superficie terrestre; l’energia restituita all’atmosfera dalla superficie sotto forma di raggi infrarossi non può sfuggire completamente verso lo spazio poiché l’aria ne assorbe in parte sotto forma di calore. L’aria così riscaldata irradia una parte dell’energia di nuovo verso la superficie in tal modo garantendo la stabilità di determinati valori di temperatura (effetto serra). Alcuni gas nell’atmosfera sono responsabili dell’intrappolamento del calore dei raggi solari.

    Il gas serra più importante è il vapore acqueo, poi va ricordato il biossido di carbonio, quest’ultimo molto importante sebbene l’atmosfera ne contenga poche parti per milione. Nel 1896 Arrhenius stimò che una riduzione a metà della quantità di CO2 in atmosfera avrebbe potuto abbassare la temperatura di circa 4-5°C, arrivando alle temperature medie caratteristiche dell’era glaciale. Un suo collega (Arvid Högbom) calcolò la quantità di CO2 emessa dalle attività umane constatando un aggiunta di CO2 in atmosfera ad un ritmo paragonabile a quello dei processi naturali (le emissioni stimate aumentavano la concentrazioni di CO2 di una parte su mille ma Högbom riteneva importante l’incremento se il processo di emissione fosse continuato sufficientemente a lungo…). In futuro quindi la variazione di CO2 avrebbe potuto portare non ad un calo da raffreddamento ma ad un incremento della temperatura. Arrhenius calcolò, per un raddoppio della CO2 in atmosfera, un aumento della temperatura superficiale di circa 5-6°C.

    Gli oceani però contribuiscono diminuendo l’aumento; l’acqua di mare assorbirebbe i 5/6 di ogni incremento di gas. A quel tempo l’azione dell’acqua di mare venne ipotizzata su un periodo di migliaia di anni ma non era chiara l’azione dell’acqua di mare qualora la CO2 fosse stata immessa più rapidamente.

    L’ipotesi di Arrhenius non trovò molta approvazione nel mondo scientifico soprattutto per il fatto che nei suoi calcoli non aveva tenuto conto di come può cambiare la nuvolosità con atmosfera più calda e più umida.

    Un altro scienziato svedese (Knut Ångström) cercò di valutare l’effetto del passaggio della radiazione infrarossa attraverso un tubo riempito di anidride carbonica e osservò una ridotta quantità di radiazione ad una variazione del contenuto di CO2 del 30%. Ciò gli fece concludere che basta in natura poca CO2 per saturare l’assorbimento e quindi un incremento della quantità di gas non avrebbe costituito gran differenza.

    In realtà la prova risultò fuorviante in quanto nel tubo c’era molto meno CO2 di quanto se ne sarebbe dovuto trovare nell’ambiente in una colonna d’aria estesa fino alle quote più alte dell’atmosfera. Quindi la logica dell’esperimento era del tutto sfalsata e l’effetto serra non può che essere considerato operativo anche se l’assorbimento delle radiazioni è completamente saturato nella bassa atmosfera. Senza poi considerare come sia errato considerare l’atmosfera come un singolo strato, come nel caso del gas nel tubo dell’esperimento. L’atmosfera va considerata piuttosto come un insieme di strati interagenti tra loro.

    Fino al 1950 rimase l’idea prevalente che la CO2 prodotta dalle attività umane non avrebbe mai potuto diventare un problema. Ma dopo il 1950 cominciarono osservazioni sperimentali ben più precise.

    Si constatò, ad esempio, che le più importanti linee di assorbimento della CO2, in relazione alla lunghezza d’onda dei raggi infrarossi, non si sovrappongono esattamente alle corrispondenti linee del vapore acqueo. In tal modo, anche se il vapore acqueo nei bassi strati dell’atmosfera avesse bloccato interamente tutta la radiazione che avrebbe potuto essere assorbita dalla CO2, questo non avrebbe impedito al gas di fare la differenza negli strati superiori, più rarefatti e più freddi (gli strati superiori contengono infatti pochissimo vapore acqueo).

    Il fisico D. Lewis Kaplan nel 1952 dimostrò che, negli strati alti dell’atmosfera, l’aggiunta di più CO2 comporta un significativo cambiamento del bilancio radiativo. Nel 1956 il fisico Gilbert Plass verificò la possibilità che l’incremento della CO2 poteva aumentare l’interferenza con la radiazione infrarossa e stimò che il raddoppio del livello di CO2 avrebbe dovuto comportare un aumento di 3-4°C.

    Il lavoro di Plass fu contestato in quanto, anche in questo caso, non considerava le possibili variazioni del vapore acqueo e delle nubi. In ogni caso il lavoro di Plass dimostrò come fosse sbagliato trascurare l’effetto serra sulla base di argomentazioni spettroscopiche.

    Ultimamente i movimenti del carbonio possono essere seguiti attraverso lo studio dell’isotopo radioattivo del carbonio-14. Questo isotopo, creato dai raggi cosmici nell’alta atmosfera, decade nel corso dei millenni (ad esempio il carbonio del carbone antico e del petrolio è così vecchio che in esso manca del tutto l’isotopo radioattivo). Nel 1955, il chimico Hans Suess riferì di aver rilevato questo carbonio di origine fossile in atmosfera (dimostrò cioè che il carbonio fossile si trovava effettivamente nell’atmosfera).

    Suess e Revelle, partendo da misure sulle quantità di isotopo trovate in aria ed in acqua di mare, calcolarono i movimenti di CO2 scoprendo che le acque superficiali dell’oceano prelevano molecole di CO2 dall’atmosfera nell’arco anche di un decennio. I dati sul radiocarbonio dimostrano inoltre che gli oceani si rimescolano completamente in diverse centinaia di anni. L’intuizione centrale fu che, anche se l’acqua di mare assorbe rapidamente la CO2, la maggior parte del gas rievapora prontamente tornando in aria prima che la lenta circolazione oceanica lo spinga negli abissi (aria e acqua di mare raggiungono quindi un equilibrio, ma nell’arco di migliaia di anni).

    Nuove misure di Carbonio-14 permisero di valutare come il carbonio si trasforma nelle sue molteplici forme nell’aria, nell’oceano, nei minerali, nei terreni e nelle stesse creature viventi.

    Nei tardi anni ‘70 e inizio anni ‘80 del secolo scorso, venne calcolato che altri gas emessi dalle attività umane intensificano fortemente l’effetto serra (a parità di numero di molecole anche decine o centinaia di volte più della CO2). Il cambiamento climatico globale non può essere studiato adeguatamente senza tener conto del metano, emesso da fonti naturali e artificiali, e dei vari altri gas industriali. Tuttavia la maggior parte degli interessi scientifici continuarono a ruotare intorno alla CO2.

    Nei primi anni ‘70 del secolo scorso le statistiche economiche produssero cifre attendibili su quanta CO2 l’umanità immetteva in atmosfera ogni anno attraverso la combustione dei combustibili fossili.

    Le misure di incremento annuo (Keeling e altri) dimostravano che meno della metà del nuovo carbonio era stato ritrovato in atmosfera. Dov’era finito il resto? Chiaramente non si era ancora capito appieno il ciclo del carbonio. Studiando i cambiamenti climatici a grande scala (periodi di glaciazioni e successivi periodi interglaciali più caldi) si poteva però tentare di dare una soluzione al dilemma. I carotaggi di ghiaccio eseguiti nelle coltri glaciali di Groenlandia e Antartide contengono, ad esempio, minuscole bollicine aria antica (che mantengono quindi intatto il contenuto di CO2).

    Dopo vari anni furono sviluppati metodi affidabili per stimare il contenuto di CO2 nelle carote. Nel 1980 alcuni studiosi pubblicarono risultati delle analisi dell’aria antica molto interessanti. Nell’ultima era glaciale il livello di CO2 nell’atmosfera era stato fino al 50% inferiore a quello della nostra epoca più calda. Nel 1985 un team franco-sovietico di perforazione a Vostok, nel centro dell’Antartide, produsse una carota di ghiaccio lunga 2 km, che conteneva 150.000 anni di storia e quindi un ciclo completo di glaciazione contenente un periodo caldo, uno freddo e il successivo caldo. Scoprirono che il livello della CO2 atmosferica era salito e sceso, in forte analogia con la temperatura.

    Gli aumenti e le diminuzioni della temperatura sono da considerare legate con cicli globali interconnessi che coinvolgono la geochimica dei minerali della CO2 sia in aria che in acqua marina, le emissioni di metano, lo sviluppo e la diminuzione delle foreste e delle torbiere, i cambiamenti nella popolazione del plancton negli oceani ed altre caratteristiche ancora della biosfera del pianeta

    Dal 1980 sono quindi emerse prove che i livelli di CO2 erano elevati durante le grandi epoche calde del passato. Emerge l’ipotesi che la CO2 agisca come un termostato per il pianeta, costituendo il punto chiave del sistema climatico del pianeta. Dopo il 1987 i carotaggi arrivarono ad interessare ghiaccio risalente anche a 400.000 anni fa (quindi ghiaccio che aveva attraversato quattro completi cicli glaciali). I livelli di CO2 ricavati scendono al livello minimo di 180 parti per milione nei periodi freddi e raggiungono i 280 nei periodi caldi (negli anni attuali il livello di CO2 presente nell’atmosfera è attorno alle 400 parti per milione e quindi un valore superiore a qualunque altro visto nelle epoche passate corrispondenti ai carotaggi eseguiti).

    Durante gli anni ‘90 del secolo scorso ulteriori misure con le carote di ghiaccio indicano inoltre che, durante i periodi glaciali, le variazioni di temperatura precedono i cambiamenti di CO2 di diversi secoli. Ciò fa ritenere che le variazioni dei livelli di CO2 non siano causa dei cicli glaciali.

    In realtà va richiamato quanto emerso dai primi anni ‘60 relativamente ai cicli di Milankovitch: minuscole variazioni ricorrenti nell’orbita del nostro pianeta attorno al Sole (chiamate appunto cicli di Milankovitch) si accordano con una precisione sorprendente con la tempistica delle glaciazioni. La radiazione solare in arrivo ad una determinata latitudine e in una data stagione varia in modo prevedibile nel corso dei millenni e il piccolo cambiamento quasi impercettibile dell’angolo di arrivo della radiazione solare sembra causare la formazione o la fusione di intere coltri continentali di ghiaccio.

    Nuove carote di ghiaccio suggerirono che qualcosa amplifica le variazioni della radiazione solare: un lieve riscaldamento provoca un leggero aumento delle concentrazioni dei gas a effetto serra (gli oceani più caldi evaporano quindi più gas, nella tundra artica le maggiori temperature emettono più CO2 e metano, ecc…). L’effetto serra di questi gas fa aumentare ulteriormente la temperatura in tal modo favorendo un ulteriore aumento delle emissioni di gas e così via, trascinando il pianeta, passo dopo passo, verso un periodo caldo. Quando la radiazione solare che giunge sulle latitudini chiave si indebolisce (migliaia di anni più tardi…) il processo di inverte e paludi e oceani assorbono i gas serra e le coltri glaciali si ricostruiscono facendo in modo che la Terra si incammini verso una nuova era glaciale.

    Nei nostri anni è possibile che un cambiamento nel livello dei gas iniziato dall’umanità possa amplificarsi attraverso un ciclo di feedback (risposta) sulla temperatura. Il livello del gas aumenta e la temperatura si alza con un ritardo temporale (nel nostro caso in pochi decenni in quanto le variazione sono enormemente più rapide degli spostamenti orbitali che portano alle ere glaciali).

    Attualmente quasi nessuno mette in dubbio che CO2 e gli altri gas serra sono almeno parzialmente responsabili del riscaldamento senza precedenti osservato in tutto il mondo a partire dal 1980. Esiste tuttavia una serie di punti deboli della teoria su come agisca l’effetto serra sia in relazione alle procedure per la valutazione dei parametri, alla misura degli stessi, alle modalità con cui si sviluppa e varia la temperatura media dell’atmosfera terrestre. Segue un breve elenco ricavato consultando la rete:

    Attendibilità delle misure effettive di temperatura. Fino a qualche tempo fa le temperature in mare e sulla terraferma venivano prese con l’utilizzo di termometri a mercurio (e nemmeno con i termometri più accurati è possibile raggiungere la precisione del decimo di grado). Oggi la precisione è aumentata ma i dati storici risultano in gran parte poco attendibili nel momento in cui si vuole valutare andamenti della temperatura media correlati a variazioni anche di centesimi di grado. E’ anche vero però che la media annuale generale è meno indeterminabile rispetto al singolo valore correlato alla singola stazione e quindi la temperatura media globale potrebbe essere determinata con una precisione anche leggermente migliore di 0,1C°.

    Elaborazione dei dati di temperatura. I dati riferiti alle temperature stimate afferenti migliaia di anni fa sono necessariamente correlati a valori medi di temperatura. La media però non coincide con la temperatura reale;è solo un dato statistico e per stimare il vero campo di variazione si dovrebbe prendere in considerazione almeno la deviazione standard.

    Isole di calore. Negli anni ’90 del secolo scorso è emersa la necessità di valutare nella dinamica del riscaldamento globale l’effetto delle isole di calore tipiche delle aree antropizzate. L’IPCC nel 2011 evidenziò che le isole di calore implicano effettivamente variazioni reali rispetto a come dovrebbe essere l’andamento della temperatura ma costituiscono effetti locali e non significative per aree più vaste. Secondo l’IPCC le medie delle temperature effettuate a livello globale non risentono molto dell’influenza di queste isole di calore. Resta il fatto che le modificazioni antropiche modificative dell’ambiente sono da caratterizzarsi in senso dinamico (di anno in anno continano infatti ad aumentare le isole di calore) e chiaramente, anche se di poco, non possono non interferire con le variazioni della temperatura media.

    Manca la corrispondenza fra aumento di CO2 e aumento della temperatura. Fra curve di aumento della CO2 e curve di aumento della temperatura non c’è sempre corrispondenza qualificabile con caratterizzazioni ricorrenti. Di converso la regolarità dell’effetto delle macchie solari del Sole (meno macchie porta ad un aumento del freddo, più macchie porta ad un aumento del caldo) fa pensare che sia soprattutto il Sole a determinare le variazioni climatiche piuttosto che la CO2. Senza contare come, ancorchè spiegato in termini di feedback e come accennato in precedenza, è l’aumento di temperatura che precede quello di CO2 e non il contrario.

    Mancata corrispondenza con modelli fisici. I modelli dell’atmosfera prevedono a 10 km nella troposfera equatoriale incrementi di temperatura quasi tripli rispetto a quelli osservati sul terreno. Le misure satellitari non rilevano però alcun significativo incremento di temperatura (rilevano addirittura un decremento in determinati periodi).

    Rete di rilevamento temperatura troppo rarefatta. La rete di rilevamento delle temperature al suolo è composta da poche migliaia di stazioni. Gli oceani non hanno di fatto stazioni di misura anche se rappresentano circa il 70% della superficie del pianeta. La temperatura media stimata dalle misure non può quindi considerarsi osservazione sperimentale in senso stretto e risulta praticamente impossibile accertare con adeguata precisione l’entità dell’aumento di temperatura in corso.

    Validazione dei modelli matematici. I modelli matematici che sviluppano gli scenari climatici (in particolare quelli dell’IPCC) non risultano validati con dati e procedure indipendenti. La verità scientifica deve essere necessariamente in accordo con la realtà fisica ed inoltre risulta difficile applicare un criterio di falsificabilità ai risultati dei modelli matematici.

    Fenomeni fisici non sono considerati in modo adeguato. Spesso non sono valutati, o comunque sono valutati in modo molto grossolano, il ruolo di fenomeni importanti in relazione agli andamenti climatici, come la nuvolosità.

    Inconsistenza del punto di non ritorno climatico stimato. Non sembra attendibile la fissazione di punti di non ritorno climatico in relazione alla concentrazione di CO2. Attualmente le concentrazioni sono ben oltre il 140% dei valori preindustriali e per il passato, attraverso misure proxy, appare acquisito l’accadimento di periodi con percentuali di CO2 anche ben più alte.

    Modalità di riduzione delle emissioni di CO2. Anche dando per assodato la necessità che l’umanità addivenga ad una riduzione delle emissioni di CO2 rimane “da paura” la valutazione dei costi economici da preventivare per acquisire una riduzione anche minima delle stesse (risultando oltretutto un percorso difficilmente attuabile e programmabile). Senza poi dimenticare che, in prospettiva di un futuro aumento eccessivo delle temperature del pianeta, la strada migliore potrebbe essere quella di investire risorse per prevenire le eventuali conseguenze dannose piuttosto che investire risorse per contrastare presunte cause in buona parte incerte.

    Esistono poi tutta una serie di problemi aperti, o non ancora del tutto chiariti, nel campo del clima e della modellazione climatica. Dalla rete è possibile trarre il seguente elenco (non esaustivo):

    a) non è ancora chiaro il ritmo e la velocità di scioglimento del ghiaccio in Antartide e in Groenlandia;

    b) non è ancora valutabile la stabilità della parte occidentale della calotta antartica;

    c) non è del tutto chiaro l’azione degli aerosols, cioè delle minuscole particelle in sospensione nell’atmosfera (prevalentemente di origine antropica). Pare assodato che agiscano soprattutto portando raffreddamento e quindi in qualche modo contrastano i gas serra;

    d) non è chiaro il funzionamento delle supercorrenti oceaniche e se esista un rischio concreto di bloccarne l’operatività in funzione del riscaldamento in atto. La supercorrente oceanica potrebbe anche portare ad un raffreddamento e quindi invertire il riscaldamento;

    e) non è chiaro del tutto il funzionamento di El Nino benchè siano in corso vari progetti di ricerca che prevedono boe, satelliti e navi oceanografiche per la raccolta dei dati;

    f) ricordando che il 50% della CO2 emessa negli ultimi 100-150 anni non è più in atmosfera (intrappolata nei serbatoi naturali di CO2 degli oceani e nella biosfera) non è ancora chiaro se la capacità di immagazzinamento residua rimanga significativa e soprattutto quanta CO2 sia ancora immagazzinabile;

    g) non risulta ancora del tutto chiarita la contraddizione circa un paventato mancato rispetto dei principi alla base della termodinamica (il calore va sempre da un corpo caldo ad un corpo freddo). Ovviamente il riferimento è al meccanismo accennato secondo il quale le molecole di CO2 nell’atmosfera assorbono e riemettono le radiazioni infrarosse.

    — O —

    AGGIORNAMENTO 19/10/2020 => L’entità dell’effetto serra varia al variare delle stagioni. In estate (quindi con insolazione massima) diminuisce l’effetto serra poiché diminuisce il contenuto di vapore acqueo ed è minimo il contenuto di CO2 (le piante consumano più CO2 in estate). In questo caso l’atmosfera trattiene minor calore al suo interno. Al contrario d’inverno, quando l’insolazione è minima, è massimo il potenziale serra dell’atmosfera essendo massima sia l’umidità nell’atmosfera sia il contenuto di CO2 (minor consumo della CO2 da parte delle piante). In questo secondo caso l’atmosfera riesce a trattenere maggiore energia al suo interno.

    AGGIORNAMENTO 12/01/2024 => L’aumento della CO2 riscalda l’atmosfera in due modi: A) effetto radiativo correlato alla presenza di una finestra trasparente a lunghezze d’onda comprese tra 9 e 16 micron. La radiazione a onde lunghe fra 9 e 16 micron passa senza restrizioni ma l’introduzione di CO2 nell’atmosfera porta ad una limitazione del flusso radiativo centrato attorno a 15 micron. Ciò chiude leggermente questa finestra e ciò porta ad un rialzo delle temperature. L’effetto pare diminuire e quindi perdere di potenza se le concentrazioni di CO2 raggiungono valori intorno a 600 ppm. B) Concentrazioni di CO2 più alte comportano una altezza media di emissione di CO2 più elevata. Ma una altezza media di emissione più elevata significa concentrazioni di gas inferiori a questa altezza di emissione e quindi un percorso privo di interferenze più lungo per i fotoni con un conseguente raffreddamento del pianeta man mano che un numero maggiore degli stessi fotoni raggiunge lo spazio. Di converso un’altezza di emissione più elevata comporta anche emissioni individuali inferiori a causa delle temperature più basse all’altezza di emissione media e quindi una opposta tendenza a riscaldare il pianeta. In linea generale l’emissione nello spazio in funzione delle condizioni in cui si trova l’atmosfera aumenta man mano che le concentrazioni di CO2 aumentano da bassi valori fino a 300 ppm (con raffreddamento dell’atmosfera) mentre a concentrazioni superiori a 300 ppm l’emissione nello spazio diminuisce (con riscaldamento dell’atmosfera).

  • SST

    Acronimo di Sea Surface Temperature. La temperatura dell’aria effettuata sui ponti delle navi non appare affidabile. Per la misura della temperatura dell’aria marina (MAT) si preferisce fare affidamento alle misurazioni della temperatura dell’acqua vicino alla superficie dell’oceano, ovvero le temperature della superficie del mare.

  • NOAA NCDC

    Acronimo di National Oceanic and Atmospher Administration o National Climic Data Center. Si tratta di una filiale dell’agenzia scientifica statunitense NOAA, che compila e archivia vari basi di dati di dati climatici. Sono situati tra Asheville, North Carolina (USA) e Boulder, Colorado (USA).

  • NASA GISS

    Il Goddard Institute for Space Studies della National Aeronautics and Space Administration, ovvero NASA GISS, è una branca della NASA che studia il cambiamento globale, con particolare attenzione ai cambiamenti climatici e al riscaldamento globale causato dall’uomo. La NASA GISS mantiene una delle stime della temperatura globale basata sulla stazione meteorologica GISTEMP e ha sviluppato diversi dei principali modelli climatici globali. La NASA GISS si trova presso la Columbia University di New York City.

  • IPCC

    IPCC sta per “gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici. Organizzazione istituita nel 1988 dalle Nazioni Unite e dall’Organizzazione meteorologica mondiale per studiare gli effetti del riscaldamento globale causato dall’uomo sul clima futuro e cosa si dovrebbe fare a proposito. IPCC pubblica ricorrenti rapporti scritti da ricercatori. Esistono tre gruppi di lavoro separati: WG1 è il gruppo di lavoro 1 che si occupa di scienze fisiche, WG2 si occupa degli effetti dei cambiamenti climatici presenti e futuri e WG3 valuta i modi in cui gli esseri umani possono mitigare i cambiamenti climatici futuri. I gruppi di lavoro WG2 e WG3 presuppongono che la teoria del riscaldamento globale creata dall’uomo sia affidabile.

  • GHG

    Abbreviazione di “gas serra”.

  • GHE

    Sigla abbreviazione di “Teoria dell’effetto serra”.

  • CAGW

    Acronimo di Catastrophic Anthropogenic Global Warming. Termine usato dagli scettici climatici su AGW che ritengono limitato il riscaldamento climatico creato dall’uomo (in modo da distinguerlo dalla teoria del riscaldamento globale prodotta dall’uomo).

  • AGW

    Acronimo di Anthropogenic Global Warming ovvero “riscaldamento globale causato dall’uomo”.

  • Mo.s.e.

    Il MO.S.E. (MOdulo Sperimentale Elettromeccanico) è un’opera di ingegneria civile, ambientale ed idraulica attualmente (anno 2020) in fase di realizzazione/collaudo finalizzata alla difesa della città di Venezia e della sua laguna dai pericoli associati al fenomeno delle acque alte. Il progetto prevede di proteggere Venezia e la laguna da maree fino a 3 metri. Attualmente (anno 2020) la sua entrata in funzione è prevista per maree superiori a 110 cm e per l’anno 2021.

    La realizzazione dell’opera è stata avviata nel 2003 contemporaneamente alle tre bocche di porto lagunari e ha raggiunto un avanzamento pari a oltre l’85% (anno 2020). È costituita principalmente da 3 dighe a scomparsa poste alle 3 bocche di porto lagunari (Lido, Malamocco e Chioggia), realizzate tramite schiere di paratoie cave autosommergibili incernierate al fondale su un lato, che azionate tramite variazione della propria galleggiabilità (attraverso l’immissione/espulsione di aria/acqua), saranno utilizzate allo scopo di isolare temporaneamente la laguna dal mare Adriatico all’approssimarsi di eventi di alta marea selezionati (vedi fonte).

    Nel corso degli anni sono state presentate diverse proposte alternative alla costruzione del MO.S.E. Alcune di queste raccomandano sistemi tecnologici piuttosto differenti, altre suggeriscono tecnologie che permetterebbero di migliorare l’efficienza del sistema a paratoie mobili. Una proposta alternativa è stata avanzata dal professore Gambolati dell’Università di Padova e consisterebbe nel sollevare Venezia mediante iniezione di acqua nel sottosuolo.

    Il responsabile del presente blog ha presentato una ipotesi alternativa di soluzione del problema dell’acqua alta in Venezia (vedi).

  • Ciclo del Carbonio

    Il ciclo del carbonio è un ciclo biogeochimico attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la geosfera, l’idrosfera, la biosfera e l’atmosfera. Tutte queste porzioni della Terra sono considerate riserve di carbonio (fonte). Il bilancio globale del carbonio è il bilancio degli scambi (entrate e uscite) tra le riserve di carbonio o tra uno specifico ciclo (ad es. atmosfera-biosfera) del ciclo del carbonio.

    I composti organici vengono prodotti sfruttando il biossido di carbonio tratto dall’aria o dall’acqua (es. alberi e fitoplancton usano la radiazione solare e producono attraverso fotosintesi). Il carbonio viene trasferito nella biosfera quando gli organismi eterotrofi si nutrono di altri organismi. Gran parte del carbonio lascia la biosfera attraverso la respirazione (anerobica con ossigeno e conseguente rilascio di anidride carbonica, anaerobica con rilascio di metano). La combustione di biomassa (es. legna usata per il riscaldamento) può trasferire anch’essa grandi quantitativi di carbonio nell’atmosfera. Il carbonio può lasciare la biosfera, quando la materia organica morta (come la torba) sedimenta e ricoperta da altri depositi sedimentari viene incorporata nella geosfera. Il carbonio può essere immagazzinato per diverse centinaia di anni negli alberi e fino a migliaia di anni nel suolo. Cambiamenti nelle riserve di carbonio possono influenzare direttamente il riscaldamento globale.

    Si stima che i mari contengano 36.000 miliardi di tonnellate di carbonio. Il carbonio viene scambiato rapidamente tra atmosfera e oceano. Nelle regioni oceaniche di upwelling il carbonio viene rilasciato verso l’atmosfera. Al contrario, nelle regioni di downwelling il trasferimento di carbonio (CO2) avviene tra atmosfera e oceano. Quando esso è assorbito dall’oceano avviene la formazione di acido carbonico.

    Diversi modelli del ciclo del carbonio vengono incorporati nel modello globale del clima; sembra acclarata l’esistenza di una relazione diretta tra temperatura e CO2 (aumentando la CO2 nell’atmosfera si otterrebbe un aumento della temperatura media che a sua volta provocherebbe un ulteriore contributo in aumento del contenuto di CO2 nell’atmosfera).

    Le emissioni dei gas di scarico prodotti dalla combustione dei combustibili fossili trasferiscono carbonio dalla geosfera all’atmosfera. In tal modo risulta modificato il ciclo del carbonio modificando la biosfera terrestre e quella oceanica. Inoltre temperature più elevate e livelli di CO2 nell’atmosfera aumentano i tassi di decomposizione nel suolo restituendo all’atmosfera la CO2 immagazzinata in materiale vegetale. Tuttavia un aumento dei livelli di CO2 nell’atmosfera può anche portare ad una maggiore produzione (aumentano infatti i tassi di fotosintesi, consentendo alle piante di utilizzare in modo più efficiente l’acqua non avendo bisogno di lasciare gli stomi aperti per lunghi periodi di tempo, in modo da assorbire la stessa quantità di anidride carbonica).

    I suoli contengono la maggior parte del carbonio nel suo ciclo terrestre. Viene stimato (fonte FAO) che 1 metro di profondità contenga 1.500 miliardi di tonnellate (1.500 GT) di carbonio nella biosfera (approssimativamente il doppio di quello contenuto nell’atmosfera). La vegetazione contiene 600 GT (in particolare 270 GT nei boschi). Una gestione rigenerativa dei terreni (agricoltura industriale) potrebbe aumentare lo stoccaggio del carbonio nei terreni stessi. L’uso di strategie particolari (radici profonde, compost, erbe e leguminose, lombrichicoltura) permetterebbero al carbonio di introdursi in profondità restando stabile.

    Il carbonio stabile è sensibile alle attività antropiche. Si stima che il 60% del carbonio conservato nel suolo e nella vegetazione è stato disperso nell’atmosfera a causa del cambiamento nell’uso dei terreni.

  • Metodo Scientifico

    Nel tempo si è sviluppato un processo dinamico finalizzato ad integrare nuove idee ed acquisire nuove prove fisiche nelle teorie che spiegano la realtà fisica. Si tratta del metodo scientifico ovvero di quel processo logico induttivo deduttivo sperimentale destinato a spiegare sempre meglio la fenomenologia fisica anche solo attraverso l’eliminazione o riduzione di errori precedenti che si mantengono nella spiegazione deterministica supposta acquisita. Il metodo scientifico richiede la validazione ricorrente della teoria acquisita con ricorrenti acquisizione di prove fisiche (osservazioni, sperimentazioni). Se una teoria non è suffragata ripetutamente e continuativamente da prove la teoria non può che essere cambiata o addirittura scartata. Quindi il metodo scientifico fa avanzare la scienza soprattutto eliminando o riducendo via via gli errori e formando nuove teorie comunque da sottoporre a nuovi ed iterativi test.

    Se i dati di una certa fenomenologia fisica vengono manomessi o non validati si commette un danno alla scienza perchè si riduce la possibilità di acquisire la riduzione o addirittura l’annullamento degli errori insiti in una determinata teoria. Chi persegue la conoscenza scientifica non può manomettere o modificare i dati destinati ad avvallare una data teoria o a ridurre gli errori insiti nella sua mancata ed esaustiva definizione.