Nelle scienze dell'atmosfera, leffetto serraCalco dall'inglese greenhouse effect. Cfr. Maurizio Dardano, «Lessico e semantica», in Alberto Sobrero (a cura di), Introduzione all'italiano contemporaneo. Le strutture, ed. Laterza, Roma-Bari, 1993 (11ª edizione: 2011), ISBN 978-88-420-4309-6, p. 348. è un particolare fenomeno di regolazione della temperatura di un pianeta (o satellite) provvisto di atmosfera, che consiste nell'accumulo all'interno della stessa atmosfera di una parte dell'energia termica proveniente dalla stella attorno alla quale orbita il corpo celeste, per effetto della presenza in atmosfera di alcuni gas, detti appunto "gas serra".
Tali gas permettono l'ingresso della radiazione solare proveniente dalla stella, mentre ostacolano l'uscita della radiazione infrarossa riemessa dalla superficie del corpo celeste IUPAC Gold Book, "greenhouse effect" (caratterizzata da una lunghezza d'onda di circa 15 micron, maggiore della lunghezza d'onda della radiazione entrante): ciò porta da una parte ad un aumento della temperatura del corpo celeste coinvolto dal fenomeno e dall'altra parte a escursioni termiche meno intense di quelle che si avrebbero in assenza dell'effetto serra, in quanto il calore assorbito viene ceduto più lentamente verso l'esterno.
Il termine deriva dall'errata analogia con quanto avviene nelle serre per la coltivazione: in questo caso l'aumento di temperatura è dovuto all'assenza di convezione (una modalità di trasferimento del calore) e non all'intrappolamento dell'energia radiante. L'effetto serra, inteso come fenomeno naturale, è essenziale per la presenza e lo sviluppo della vita sulla Terra; al contrario, l'aumento dell'effetto serra, che invece è causato dall'intervento dell'uomo sulla natura, alterando il normale equilibrio termico del pianeta, ha portato nel corso degli anni a mutamenti importanti dal punto di vista climatico e ambientale, per effetto del conseguente riscaldamento globale.
Storia
Le date ed i personaggi rilevanti per la scoperta dell'effetto serra sono:
1827 – Fourier lancia l'idea che l'atmosfera agisca come i vetri in una casa riscaldata (selettività dell'atmosfera). 1856 - Newton Foote scopre il ruolo della CO2 nell'aumento di temperatura di una miscela di gas e spiega che la temperature della Terra sarebbe più alta se contenesse una quantità maggiore di CO2 1865 – Tyndall attribuisce la selettività dell'atmosfera al vapor d'acqua. 1884 – Langley e collaboratori calcolano che senza atmosfera la temperatura della Terra sarebbe di -200 °C. 1895 – De Marchi calcola gli effetti del vapor d'acqua sulla temperatura della Terra in relazione alle glaciazioni. 1896 – Arrhenius, basandosi sulle prime osservazioni a raggi infrarossi della Luna effettuate da Langley, fu il primo a calcolare un aumento di circa 3 °C della temperatura terrestre, come conseguenza di un raddoppio di CO2 sulla Terra. 1900 – Langley e Abat, rettificando i conti precedenti calcolano per la Luna (che è senza atmosfera) una temperatura di 45 K. 1990 – Inizia il dibattito scientifico sugli effetti di CO2 sulla temperatura terrestre.
La scoperta dell'effetto serra è dovuta al fisico-matematico francese Joseph Fourier nell'Ottocento per induzione in seguito ai suoi studi teorici sulla trasmissione del calore nei corpi. Nel 1824 fu lui a capire che l'atmosfera produce un effetto serra sul nostro pianeta: l'energia irradiata dalla Terra verso lo spazio è minore di quella ricevuta dalla radiazione solare (che ha una lunghezza d'onda minore). Un ipotetico corpo nero alla stessa distanza dal sole avrebbe una temperatura di circa 5,3 °C. Dato che la Terra riflette il 30% circa della radiazione ricevuta dal Sole, la temperatura effettiva del pianeta sarebbe di circa -18 °C, cioè circa 33 gradi centigradi in meno di quella attuale. Secondo la teoria dell'effetto serra è il vapore acqueo il principale gas a provocare l'effetto serra terrestre mentre si riteneva che gli altri gas presenti nell'atmosfera, apportassero un contributo trascurabile.
Nuove ricerche furono condotte nella metà dell'Ottocento dalla scienziata Eurice Newton Foote, la quale grazie a un esperimento fatto in casa sua dimostrò che un'atmosfera contenente alte quantità di anidride carbonica trattiene maggiormente il calore rispetto a una con minori concentrazioni di questo gas. Nella sua ricerca esposta nel 1856 Newton Foote scrisse: “Un’atmosfera carica di gas acido carbonico darebbe alla nostra Terra una temperatura elevata; e se, come alcuni suppongono, in un periodo della sua storia l'aria fosse stata mescolata con esso in una proporzione maggiore di quella attuale, ne sarebbe derivata una temperatura necessariamente più alta".
Nei primi anni del Novecento, il chimico svedese Svante Arrhenius comprese che l'industrializzazione, poiché produceva un aumento delle quantità di CO2 nell'atmosfera, avrebbe potuto intensificare il fenomeno dell'effetto serra naturale. Successivamente Arrhenius si spinse oltre, affrontando per la prima volta il problema noto in climatologia come problema del raddoppio di CO2 in atmosfera: Arrhenius calcolò manualmente che se la concentrazione di CO2 fosse raddoppiata, come conseguenza la temperatura sarebbe salita di 4,1 °C sulla Terra e 3,3 °C negli oceani.
Il quinto rapporto del Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC, un comitato scientifico internazionale insediato dall'ONU negli anni novanta) enuncia come la maggior parte dell'aumento osservato nella temperatura media globale dalla metà del XX secolo è molto probabilmente dovuto all'aumento osservato della concentrazione di gas-serra antropogenici..
Nel 2017 secondo un rapporto della Cdp (Carbon Disclosure Project) il 71% delle emissioni globali di CO2 sarebbe imputabile a 100 aziende. Le più rilevanti tra queste sono: l’industria carboniera cinese che risulta responsabile del 14% delle emissioni, la Saudi Aramco Oil Company (4,5%), la russa Gazprom, (3,9%), National Iranian Oil Company (2,3%), ExoonMobil Corp (2%), Coal India (1,9%), Petroleos Mexicanos (1,9%), Russia Coal (1,9%), Royal Dutch Shell Plc (1,7%), China National Petrolum Corp (1,26%).
Descrizione
L'effetto serra agisce direttamente sul trasferimento radiativo nell'atmosfera terrestre: i raggi solari a corta lunghezza d'onda penetrano facilmente nell'atmosfera raggiungendo in buona parte la superficie del pianeta Terra, dove vengono in parte riflessi ed in parte assorbiti dalla superficie e convertiti in calore. Il calore viene dissipato verso lo spazio sotto forma di irraggiamento infrarosso. Secondo le leggi fondamentali dell'irradiazione elettromagnetica (legge del corpo nero di Planck, legge di Stefan-Boltzmann e legge di Wien), l'interferenza dei gas serra (sotto forma di assorbimento o opacità) alla dissipazione della radiazione infrarossa terrestre comporta l'accumulo di energia termica in atmosfera e quindi l'innalzamento della temperatura superficiale fino al raggiungimento di un punto di equilibrio termico-radiativo tra radiazione solare in arrivo e radiazione infrarossa in uscita.
L'inquinamento atmosferico dovuto alla continua e crescente combustione di fonti fossili a scopo energetico, alla deforestazione tropicale, all'agricoltura industrializzata e all'estensione della pratica dell'allevamento di bestiame, determina un aumento dei gas serra in atmosfera in particolare dell'anidride carbonica (CO2), del metano (CH4), del protossido di azoto o ossido di diazoto (N2O) e dell'ozono (O3) innalzando così l'effetto serra naturale di una componente antropica e dando origine ai cambiamenti climatici attuali sotto forma di riscaldamento globale. Quanto agli effetti sul vapore acqueo essi sono indiretti (aumento dell'evaporazione dalla superficie oceanica in seguito a riscaldamento) e ancora poco compresi.
Nel sistema solare, oltre che sulla Terra, l'effetto serra regola le condizioni termiche sui pianeti Marte, Venere e sul satellite Titano, mentre la nostra Luna, priva di atmosfera e quindi di effetto serra, presenta escursioni di temperatura fortissime fra il giorno e la notte e fra le zone in ombra e quelle illuminate.
Dinamica del fenomeno sulla Terra
L'effetto serra è la capacità dell'atmosfera di trattenere più o meno calore: non è un fenomeno unico, ma raggruppa tutti quei fenomeni (locali o globali, di breve o lunga durata) che fanno variare il contenuto atmosferico di vapore acqueo, CO2 e metano. Infatti, un'atmosfera più umida, cioè con maggior contenuto di vapore acqueo, trattiene più calore di un'atmosfera meno umida; un'atmosfera che contiene più CO2 o metano, trattiene più calore di un'atmosfera con minor contenuto di questi gas.
La superficie terrestre viene riscaldata sfruttando l'energia proveniente dal Sole in 2 modi: per 1/3 grazie all'assorbimento diretto dell'energia proveniente dal Sole e per 2/3 a causa del contatto con l'atmosfera che riesce a rimanere calda trattenendo, grazie all'effetto serra, l'energia "solare" riemanata dalla superficie terrestre sotto forma di radiazione infrarossa (l'atmosfera infatti non è scaldata direttamente dai raggi solari ma dalla superficie terrestre quando assorbe i raggi solari). Analizzando il Bilancio energetico Sole - Terra si può notare che parte dell'energia proveniente dal Sole (il 55%) viene immediatamente riflessa dalle nubi e dagli aerosol presenti nell'atmosfera, mentre parte (il 45%) riesce a raggiungere la superficie terrestre e viene assorbita dalla Terra (assorbita dai mari, dalle rocce, dai suoli, dalla vegetazione). La Terra riemette l'energia assorbita sotto forma di radiazioni infrarosse e parte di esse (il 35%) riescono a sfuggire all'atmosfera venendo irradiate nello spazio, parte (il 65%) vengono imprigionate e trattenute dall'atmosfera che per questo motivo si scalda (soprattutto negli strati più vicini alla superficie terrestre).
Quando si parla di aumento o diminuzione dell'effetto serra ci si riferisce proprio all'aumento o alla diminuzione della capacità di trattenere calore da parte dell'atmosfera dovuta ad una variazione della concentrazione dei gas serra: è ovvio che se l'atmosfera riesce a trattenere più calore si avrà un innalzamento della temperatura interna del pianeta, se l'atmosfera riesce a trattenere meno calore si avrà una diminuzione delle temperature.
Tuttavia l'effetto serra non coincide e non deve essere confuso con il semplice aumento o diminuzione della temperatura terrestre. Non è detto infatti che un aumento o diminuzione della temperatura della Terra sia dovuta alla sola variazione dell'effetto serra: ad esempio quando nel passato è arrivata maggior energia dal Sole sulla Terra (a causa di variazioni orbitali terrestri e/o maggiore attività solare), si è avuto un innalzamento delle temperature senza che sia necessariamente variato il peso dovuto all'effetto serra. In questo caso la capacità dell'atmosfera di trattenere calore non è variata e l'aumento di temperatura è dovuto solo al fatto che maggior energia dal Sole è entrata in gioco nel sistema climatico terrestre.
Sebbene l'effetto serra sia un fenomeno legato all'equilibro termico terrestre sul medio-lungo periodo cioè a scala climatica, esistono molti altri fattori che contribuiscono ad alzare o abbassare l'effetto serra localmente e su scala temporale meteorologica: alcuni di questi fattori sono interni all'atmosfera (piogge, spostamenti di masse d'aria umide, annuvolamenti, contenuto di vapore acqueo, CO2, metano,...) altri sono esterni (evaporazione dei mari, scambio di CO2 tra mare e atmosfera, respirazione del mondo vegetale e animale, azione batterica nei terreni, emissioni vulcaniche,...). In una situazione di equilibrio termico ideale (tanta energia assorbita quanta riemessa) tutti questi fattori compartecipano, apportando localmente contributi tali da annullarsi a vicenda, facendo rimanere il sistema in equilibrio termico sul lungo periodo in media globale.