Quel mezzo watt che ci precipitò nella crisi climatica
E' curioso, se non paradossale, come il riscaldamento globale e la conseguente terribile crisi climatica che stiamo vivendo si origini da uno sbilanciamento tra energia in ingresso (proveniente dal Sole) ed in uscita (emessa dalla stessa Terra) di appena mezzo watt per metro quadrato. Vediamo insieme come una quantità così esigua stia producendo conseguenze catastrofiche.
E’ tutta questione di bilanci, e quello energetico della Terra, o meglio del suo sistema climatico, è in positivo. Ma questa è una pessima notizia. Anche se di solo mezzo watt per metro quadrato, l'eccesso di energia che la Terra trattiene con i suoi gas serra, ha innescato un cambiamento climatico senza precedenti nella recente storia. Vediamo meglio in cosa consiste il bilancio energetico.
L’equilibrio energetico della Terra e dei pianeti
I pianeti del nostro sistema solare possiedono ciascuno una propria temperatura superficiale media. Questa dipende dalla loro distanza media dal Sole e dalla composizione chimica della propria atmosfera. Ne segue che, ad esempio, la temperatura superficiale della Terra è minore di quella di Mercurio, essendo questo più vicino al Sole, ed è maggiore di quella di Marte, essendo questo più lontano dal Sole. Invece Venere, sebbene più distante dal Sole rispetto a Mercurio, ha una temperatura superficiale maggiore, avendo un'atmosfera ricca di gas serra.
La temperatura media (se vogliamo mediata durante il corso di un'intera orbita) di ciascun pianeta rimane costante nel tempo, per cui si parla di equilibrio termico. Questo succede perché la quantità di calore che il pianeta riceve dal Sole è uguale a quella che lo stesso pianeta poi riemette.
Due diverse cause possono alterare lo stato di equilibrio termico. Supponendo che il calore emesso dal Sole rimanga costante nel tempo (assunzione veritiera su tempi scala fino a decine di milioni di anni), l’equilibrio termico può essere alterato da un cambiamento della distanza del pianeta dal Sole o da una variazione della composizione chimica dell’atmosfera.
Generalmente, una volta venuto meno l’equilibrio termico, il pianeta dopo un certo tempo (che potrebbe essere anche dell’ordine di milioni di anni) può raggiungere un nuovo stato di equilibrio termico, ma ad una temperatura diversa da quella iniziale.
Cosa succede attraverso l’atmosfera
L'atmosfera terrestre viene divisa in 5 diversi strati. A partire dalla superficie si trova la troposfera fino a circa 15 km di altezza, poi la stratosfera fino a circa 50 km, la mesosfera fino a circa 80 km, la termosfera fino a circa 500 km e l'esosfera che rappresenta lo strato più esterno si estende oltre i 500 km.
La radiazione solare raggiunge per prima l’esosfera. A mano a mano che penetra attraverso i 5 strati atmosferici verso la superficie in parte viene riflessa e torna nello spazio, mentre la frazione maggiore arriva in superficie. La superficie terrestre (sia terra che oceano) in parte riflette questa radiazione che torna indietro nello spazio, in parte viene assorbita riscaldando. La superficie (sia terra sia oceano) riscaldata produce radiazione infrarossa che va via verso lo spazio.
Questa frazione che invece di sfuggire rimane intrappolata in atmosfera, o meglio nel sistema climatico, ammonta a circa 0.5 watt per metro quadrato.
E’ proprio questa esigua quantità che è risultata più che sufficiente a surriscaldare il sistema climatico producendo la crisi climatica che stiamo vivendo.
Ma non solo, l’ulteriore aumento di concentrazione dei gas serra degli ultimi due decenni sta riuscendo a bloccare fino a 0.75 watt per metro quadrato, aumentando più rapidamente in budget energetico del sistema climatico.
La Terra ha perso l’equilibrio termico?
A partire dal XIX secolo, la Terra ha perso il suo stato di equilibrio termico. La causa? Non perché sia cambiata la distanza media tra Terra e Sole, ma perché la composizione chimica della sua atmosfera ha iniziato a cambiare. In essa è aumentata la concentrazione di gas serra (principalmente anidride carbonica e metano). Come conseguenza, la quantità di calore che emessa dalla Terra esce dall'atmosfera è minore di quella che riceve, per cui la sua superficie si sta riscaldando.
La Terra, che ha perso il suo equilibrio termico, potrebbe raggiungere un nuovo stato di equilibrio, ma attestandosi ad una nuova temperatura, nel nostro caso maggiore di quella iniziale. Tuttavia, finché la concentrazione di gas serra continua ad aumentare, come di fatto sta succedendo, non c’è speranza che il nuovo equilibrio venga mai raggiunto.
A quanto ammonta lo sbilanciamento energetico
La quantità media di energia per metro quadrato che ogni secondo la Terra riceve dal Sole in esosfera è di 1367 W. Tuttavia, la quantità di energia per metro quadrato che ogni secondo la Terra riemette è di 1366.5 W. Quindi la Terra emette 0.5 Watt di energia in meno di quanta ne riceva dal Sole.
Si tratta di una quantità molto piccola, diremmo trascurabile, appena lo 0.073%. Tuttavia, questa piccola quantità sommata su tutta la superficie dell’atmosfera e moltiplicata per il tempo trascorso, da quando abbiamo iniziato a produrre abbondantemente gas serra, diventa un numero molto grande.
Si calcola che nel periodo dal 1971 al 2020, con mezzo watt per metro quadrato, la Terra ha accumulato una quantità di energia pari a 381 +/- 61 ZettaJoule (1 Zettajoule equivale a 1000 miliardi di miliardi di Joule). Ma non finisce qui. Si calcola che nel periodo dal 2006 al 2020, lo sbilanciamento tra energia entrante ed uscente è aumentato da 0.5 watt a 0.75 watt per metro quadrato.
Come si ripartisce l’eccesso di calore
Il sistema climatico si trova ad aver accumulato un eccesso di energia di 385 mila miliardi di miliardi di Joule, che invece di essere riemesso nello spazio circostante la Terra è rimasto bloccato dai gas serra all’interno del sistema climatico.
Tutta questa energia si è distribuita in modo diverso tra le diverse componenti del sistema climatico. Circa 89% è stato assorbito dagli oceani (le cui temperature di conseguenza si sono innalzate), circa il 5% dalla terraferma (la cui temperature di conseguenza si è innalzata), circa il 4% dalla criosfera (che di conseguenza ha iniziato a sciogliersi), il rimanente 2% dall’atmosfera stessa la cui temperatura è salita.
Gli oceani sono dunque il maggior accumulatore del calore in eccesso intrappolato nel sistema climatico e che non è riuscito ad uscire via a causa dei gas serra.
E’ impressionante, o terrificante, immaginare che se non ci fosse stato l’oceano ad assorbire l’89% di calore in eccesso questo avrebbe aumentato le temperature di criosfera, atmosfera e superficie terrestre a valori probabilmente insostenibili per la vita.
Una volta sciolta la criosfera, il 4% dell’eccesso di calore che questa assorbiva andrà a carico di terraferma e atmosfera, con conseguente ulteriore picco di innalzamento delle rispettive temperature.
Il fatto che uno sbilanciamento energetico di meno dello 0.08% (ossia di circa 0.5 watt per metro quadrato) abbia messo in grave crisi il clima, la dice lunga su quanto fragile sia il sistema climatico in cui viviamo. E pur avendo oggi compreso questa sua estrema fragilità, nessuna azione veramente incisiva è stata intrapresa per salvaguardarlo.