Ponente la fai troppo semplice, ma del resto è normale che sui forum e social non vengano mai approfondite le questioni ma piuttosto si tenda a ricercare un'informazione che penda a favore delle proprie ideologie.
Sai quanto incide l'attività solare sul riscaldamento del pianeta? Sai quantificare il feedback relativo al calore assorbito dagli Oceani? Ed a quello rilasciato? Sai quanti gas serra si sprigionano con lo scioglimento dei Ghiacci Artici? In particolare il Metano, che è un gas serra 25 volte più dannoso della Co2?
Iniziamo a parlare di Atmosfera
Se la terra fosse priva di atmosfera sarebbe praticamente una palla di ghiaccio. Non è difficile ricavare con un semplice ragionamento termodinamico che la sua temperatura superficiale media sarebbe ben al di sotto di 0°C.
Infatti la temperatura risulterebbe dall'equilibrio tra la radiazione solare incidente e l'irraggiamento della terra.
Il flusso di calore entrante è dovuto all'assorbimento della radiazione solare incidente che è sostanzialmente dominata da lunghezze d'onda corte (luce visibile) mentre il flusso di calore uscente è dovuto all'irraggiamento della terra ed è sostanzialmente dominato da lunghezze d'onda più lunghe (radiazione infrarossa).
Grazie alla prima legge della termodinamica, possiamo scrivere:
dove
è la variazione di energia interna della terra,
è la quantità di calore assorbita dalla terra e
è la quantità di calore persa dalla terra,
è la sua capacità termica mentre
è la variazione della sua temperatura. Se consideriamo un intervallo di tempo
a variazione della temperatura terrestre nell'unità di tempo sarebbe data da :
dove
e
rappresentano i flussi di calore (ovvero calore nell'unità di tempo) entrante e uscente. Al limite, per
otteniamo :
Il flusso di calore
uò essere approssimativamente calcolato come segue. La potenza
della radiazione solare incidente per unità di area è approssimativamente costante, perché l'orbita della terra è quasi circolare e quindi la distanza dal sole varia di poco, così come di poco varia la potenza emessa dal sole. Dalle misurazioni effettuate, si stima che
valga in media 1,368 kW m
.
L'energia totale che raggiunge la terra nell'unità di tempo è perciò
, dove
è il raggio della terra. Bisogna infatti tenere presente che i raggi del sole non arrivano perpendicolarmente su tutti i punti della superficie terrestre e inoltre arrivano solo su una faccia della terra: dobbiamo perciò considerare metà della superficie terrestre
e proiettare la superficie di questa mezza sfera illuminata in direzione parallela ai raggi del sole, ottenendo così un cerchio di area
.
Tuttavia il calore assorbito dalla terra non raggiunge il valore
infatti, una frazione
della radiazione solare incidente, che viene chiamata coefficiente di albedo, è riflessa. L'albedo varia nel tempo e nello spazio perché superfici diverse hanno diverso potere riflettente, ma possiamo assumere un valore medio
.
Ricaviamo pertanto, finalmente, la formula per il flusso di calore incidente:
Il flusso
può invece essere determinato a partire dalla legge di Stefan-Boltzmann. Secondo tale legge la radiazione di un corpo avente una certa temperatura (la cosiddetta radiazione di corpo nero) aumenta con la quarta potenza della temperatura assoluta del corpo radiante. In particolare la potenza emessa per unità di superficie da un perfetto corpo nero a temperatura T è pari a
con
W m
.
La terra è in realtà un corpo ``grigio'', ma in prima approssimazione possiamo usare l'espressione teorica di Stefan-Boltzmann e quindi ottenere il flusso uscente semplicemente moltiplicando per la superficie terrestre
In definitiva possiamo dire che le variazioni di temperatura della superficie terrestre in assenza di atmosfera sarebbero approssimativamente governate dall'equazione :
In condizioni di equilibrio, cioè per
, il flusso di calore entrante deve uguagliare quello uscente e pertanto si ha :
espressione dalla quale si può ricavare quale sarebbe la temperatura di equilibrio della terra in assenza di atmosfera, ovvero :
Possiamo perciò concludere che se la terra fosse priva di atmosfera essa raggiungerebbe più o meno in media i -18°C.
Per fortuna la terra, a differenza della luna, ha una massa tale da garantire un'attrazione gravitazionale sufficiente a contrastare in modo efficace i movimenti casuali delle molecole di gas. In questa maniera le molecole gassose sono trattenute vicino alla crosta terrestre e formano l'atmosfera. L'atmosfera con tutti i suoi gas componenti e le nuvole alterano il semplice quadro termodinamico tratteggiato prima. Attraverso un effetto simile a quello di una serra, la terra è in grado di catturare calore nell'atmosfera e di mantenere così la temperatura superficiale media a circa 15°C.
Il bilancio delle radiazioni incidenti, assorbite e irraggiate dalla terra ècosì distribuita. Viene fatta pari a 100 unità la radiazione solare incidente, la quale è sostanzialmente dominata da lunghezze d'onda corte. Di queste 100 unità, 23 sono assorbite dall'atmosfera, 31 sono riflesse come onde corte dall'aria, dalle nubi e dalla superficie terrestre e 46 sono assorbite dalla superficie terrestre. Poiché la temperatura terrestre è approssimativamente in equilibrio, bisogna che il flusso uscente dalla superficie terrestre sia anch'esso pari a 46 unità. Di queste, 7 unità vanno a riscaldare direttamente l'atmosfera (calore sensibile), 24 vanno nell'evaporazione delle masse d'acqua (il cosiddetto calore latente) e infine 15 sono irraggiate dalla terra sotto forma di onde lunghe (radiazione infrarossa). Una parte di queste onde lunghe (6 unità) è catturata dalle nubi, dal vapor d'acqua, dall'ozono, dall'anidride carbonica, dal protossido d'azoto (ossido nitroso) e dal metano. Ecco perché si dice che questi sono dei gas serra: essi sono infatti in grado di trattenere il calore nell'atmosfera. È da notare che anche l'atmosfera (nubi, vapor d'acqua e vari gas componenti) è pure all'incirca in equilibrio termico: poiché essa riceve 23 unità direttamente dal sole e 37 dalla terra (6 come onde lunghe, 7 come calore sensibile e 24 come calore latente), ci deve essere necessariamente un'emissione di 60 unità dell'atmosfera verso lo spazio esterno. Infatti 20 unità sono emesse sotto forma di onde lunghe dalle nubi e 40 dal vapor d'acqua, dall'ozono e dall'anidride carbonica.
Paragonare l'atmosfera ad una serra non è del tutto appropriato: in una serra, infatti, l'aria è sostanzialmente ferma, mentre come ben sappiamo l'atmosfera terrestre è caratterizzata da forti movimenti convettivi che sono dovuti sia alla rotazione della terra sia al fatto che l'aria più calda è più leggera di quella fredda e tende quindi a muoversi verso l'alto. In primissima approssimazione, possiamo però trascurare questi movimenti e cercare di capire come variano la pressione e la temperatura con la quota in una colonna d'aria sostanzialmente immobile.
L'effetto serra è dovuto alla presenza di anidride carbonica e di altri gas (vapore d'acqua, ozono, protossido d'azoto, ecc.).
fonti:
http://olmo.elet.polimi.it/ecologia