Chi ha incastrato l’infrarosso?

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Il clima si sta surriscaldando e sono in molti a descrivere l’effetto serra come il male assoluto. Tuttavia, se mi schianto con un’automobile a folle velocità il problema è l’automobile o l’alta velocità?

Per capire quale sia l’importanza dell’effetto serra, basti considerare che, in assenza di questo fenomeno, la temperatura superficiale media della Terra sarebbe stata di -18°C (ipotizzando che la Terra si comporti come un corpo nero con un albedo di 0,3). Se si eccettuano le zone tropicali, è chiaro fin da subito che, con questa temperatura, la Terra sarebbe stata quasi interamente ricoperta di ghiacci e la vita non sarebbe stata così varia e diffusa come lo è oggi. A cosa dobbiamo quindi il clima attuale? Per poter rispondere a questa domanda, facciamo un passo indietro.

La radiazione proveniente dal Sole (ci soffermeremo principalmente sulla radiazione Ultravioletta e Visibile) viene in parte riflessa dalla Terra ed in parte assorbita. La frazione assorbita riscalda la superficie e il calore viene in un secondo momento dissipato verso lo spazio sotto forma di radiazione infrarossa (IR). Quando la radiazione IR raggiunge l’atmosfera terrestre, interagisce con alcuni gas in essa presenti. Le principali molecole costituenti l’atmosfera sono l’azoto molecolare (N2), l’ossigeno molecolare (O2) e una piccola percentuale di argon (Ar). Tuttavia, sebbene queste molecole caratterizzino pressoché la totalità dell’atmosfera terrestre, esse non interagiscono con la radiazione IR che, al contrario, viene assorbita da specie minoritarie tra le quali il vapore acqueo (H2O) l’anidride carbonica (CO2) ed il metano (CH4). Perché?

Parte della radiazione solare viene riflessa dalla Terra (gialla), mentre una parte viene assorbita e riemessa sotto forma di radiazione infrarossa (IR). E' a causa della presenza dei gas serra in atmosfera che questa radiazione rimane intrappolata tra atmosfera e superficie terrestre, causando un incremento delle temperature

Parte della radiazione solare viene riflessa dalla Terra (gialla), mentre una parte viene assorbita e riemessa sotto forma di radiazione infrarossa (IR). E’ a causa della presenza dei gas serra in atmosfera che questa radiazione rimane intrappolata tra atmosfera e superficie terrestre, causando un incremento delle temperature

Perché sono costituite da atomi diversi! In effetti, l’azoto e l’ossigeno molecolare sono molecole omoatomiche, cioè costituite da due atomi identici e, per questo motivo, non interagiscono con la radiazione IR. Al contrario, la CO2, il CH4 e l’H2O, essendo molecole eteroatomiche, composte cioè da atomi differenti, sono in grado di assorbire l’infrarosso. La radiazione infrarossa è costituita da un vasto spettro di frequenze diverse (da 300 GHz a 200 THz) e ogni molecola è in grado di assorbire alcune frequenze all’interno di questa finestra. L’assorbimento ad una specifica frequenza corrisponde ad uno specifico movimento della molecola stessa. Esattamente come per una radio quando cambiamo frequenza ascoltiamo musiche diverse, a seconda della frequenza di assorbimento, una molecola si muove in modo differente. C’è la frequenza per lo stretching e ci sono le frequenze per il rocking ed il twisting (e molte altre).

Twisting StretchingRocking

Una volta che la molecola ha assorbito la radiazione che l’ha fatta vibrare, la riemette in tutte le direzioni. Questo significa che il 50% della radiazione assorbita dalle molecola IR-attive (cioè in grado di assorbire l’infrarosso) viene riemessa in direzione della Terra (l’altra metà viene invece riemessa verso lo spazio). Parte del calore dissipato sotto forma di radiazione IR dalla superficie terrestre, viene quindi intrappolato tra il Pianeta e l’atmosfera causando un incremento delle temperature. Questo è l’effetto serra: una coperta termica che riscalda la Terra. La presenza di questa coperta ha avuto e ha tutt’oggi un ruolo fondamentale nel rendere il Pianeta abitabile nella sua interezza (o quasi). Il problema è che, in seguito alla crescente combustione di combustibili fossili, e quindi all’incremento della concentrazione di CO2 e CH4 in atmosfera, tale copertura sta diventando sempre più spessa determinando un surriscaldamento della Terra.

Il riscaldamento globale, che in seguito agli accordi presi in occasione della Conferenza sul Clima di Parigi, dovrà essere mantenuto entro i 2°C nel corso di questo secolo, è una conseguenza dell’eccessivo effetto serra causato da uno sviluppo industriale che per troppo tempo ha bruciato risorse senza considerare le conseguenze ambientali.
Concludendo, torno alla metafora di apertura. Esattamente come non si può colpevolizzare un’automobile nel caso di un incidente causato dall’alta velocità, non possiamo dipingere l’effetto serra in sé come il nemico pubblico numero uno, quanto piuttosto il suo incremento incontrollato.

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