LA COMPLESSITA’ DEL CLIMA. MECCANISMI DI RETROAZIONE O FEEDBACK.

(Questo articolo è liberamente tratto dal libro di Luca Mercalli, Che tempo che farà, edito da Rizzoli nel 2009)

Nonostante gli sforzi che si stanno facendo a livello globale per ridurre le emissioni di CO2, la concentrazione atmosferica di questo gas continua a crescere e dal 2015 ha superato il livello soglia dei 400 ppm. Le emissioni mondiali, però, da 3 anni stanno vivendo una fase di stallo a dispetto della crescita dell’economia mondiale (leggi l’articolo su Qualenergia.it). Come mai?

Innanzitutto i gas serra, una volta emessi,  sfera per un certo periodo di tempo.

Inoltre esistono dei meccanismi, detti di retroazione o feedback, che possono amplificare (retrazione positiva o feedback positivo) o diminuire (retroazione negativa o feedback negativo) gli effetti di un cambiamento.  Conoscere tali meccanismi può chiarire l’importanza di adottare nuovi stili di vita e nuove tecnologie fin da subito. Vediamoli insieme.

Retroazione ghiaccio – albedo

albedoL’albedo di una superficie è la frazione di luce o, più in generale, di radiazione incidente che viene riflessa in tutte le direzioni. Il ghiaccio vecchio possiede un’albedo di 0,4-0,5, mentre la neve fresca può arrivare fino a 0,95.

Se , per qualche motivo, la temperatura di una certa superficie diminuisce e la superficie si ricopre di neve o di ghiaccio, l’albedo della superficie stessa tende ad aumentare e pertanto una porzione maggiore di radiazione incidente su di essa viene riflessa: questo fa sì che la superficie si raffreddi, il che favorisce un ulteriore raffreddamento e la formazione di uno strato più spesso di ghiaccio, e così via.

Il meccanismo funziona anche al contrario: se la temperatura aumenta, le zone coperte da neve e ghiaccio diminuiscono e l’albedo delle superfici liberate si riduce, incrementando la radiazione assorbita e di conseguenza la temperatura della superficie, favorendo così ulteriori processi di fusione.

Si tratta del fenomeno attualmente in atto sull’Oceano Artico (arctic or polar amplification), le cui acque, più scure rispetto al ghiaccio, si riscaldano via via che la banchisa, più riflettente, si riduce (guarda il poster del CNR).

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Retroazione di vapore acqueo e gas serra

Il vapore acqueo è il più potente dei gas serra. Esso induce un forte meccanismo di retroazione e indirettamente le attività umane possono alimentarlo con il riscaldamento globale. La concentrazione di vapore acqueo dipende dalla temperatura dell’aria, in quanto una massa d’aria più calda è in grado di contenere una maggiore quantità di vapore. Inoltre una temperatura maggiore favorisce un incremento dell’evaporazione e quindi della concentrazione di vapore acqueo in atmosfera; pertanto, una maggiore concentrazione di vapore si ripercuote a sua volta in un ulteriore aumento di temperatura per via dell’incremento dell’effetto serra.

Per ogni grado in più di temperatura si stima un aumento di circa il 7% del vapore acqueo in atmosfera.

Riscaldamento degli oceani

Il riscaldamento degli oceani fornisce un altro esempio di meccanismo di retroazione positiva. Gli oceani costituiscono un’importante riserva di CO2 in quanto la dissolvono nelle acque di superficie. Tuttavia la capacità di trattenimento di CO2 nell’acqua è inversamente proporzionale alla temperatura dell’acqua stessa: più l’acqua è fredda, più CO2 riesce a immagazzinare.

Pertanto un incremento della temperatura superficiale degli oceani provoca una diminuzione della loro capacità di immagazzinare biossido di carbonio e un conseguente incremento della concentrazione di CO2 atmosferico; questo a sua volta amplifica l’effetto serra riflettendosi in un ulteriore aumento di temperatura.

La liberazione di metano dal permafrost e dai fondali oceanici

Il permafrost è lo strato di terreno permanentemente gelato che si trova nel sottosuolo di varie zone, specialmente ad alta latitudine e ad alta quota. Nel permafrost delle regioni artiche (Siberia e Canada) sono intrappolate altissime concentrazioni di sostanza organica, accumulatesi nel corso dei millenni.

feedback-permafrostL’alterazione del permafrost dovuta all’aumento termico determinerebbe la decomposizione anaerobica del materiale organico e il rilascio di metano in atmosfera, oltre ad altre emissioni di CO2. Analogamente, l’aumento della temperatura degli oceani può rilasciare metano dai depositi di idrati o clatrati di metano presenti in profondità. Costituiti da “gabbie” di ghiaccio che intrappolano molecole gassose, gli idrati di metano sono composti stabili solo quando si verificano condizioni di elevate pressioni e temperature molto basse.  Se aumentano le temperature o si riducono le pressioni, il ghiaccio fonde e il metano si libera in forma gassosa.

Il metano è un gas il cui potenziale di effetto serra è superiore a quello del CO2, per cui il suo incremento di concentrazione atmosferica avrebbe come ripercussione un aumento della temperatura media globale del pianeta, con una conseguente retroazione positiva sulla temperatura stessa.

Il duplice ruolo delle nubi

Le nubi interferiscono nel bilancio radiativo Terra-Sole in due modi opposti:

  1. da una parte riflettono una frazione della radiazione solare verso lo spazio, diminuendo l’energia totale del sistema (effetto albedo, feedback negativo) e quindi provocando un raffreddamento;
  2. dall’altra intrappolano, come se fossero una coperta, l’energia termica emessa dalla terra facendo così aumentare la temperatura (feedback positivo).

Quale dei due effetti sia prevalente rispetto all’altro dipende dalla quota (e quindi dalla temperatura) e dalle proprietà ottiche di una nuvola.

In generale nelle nubi alte e fredde (cirri) è prevalente l’effetto di blocco della radiazione termica terrestre, da cui un riscaldamento del suolo, mentre le nubi basse (strati e stratocumuli) tendono maggiormente a riflettere la radiazione solare verso lo spazio inducendo raffreddamento. Nelle nubi temporalesche a grande sviluppo verticale (i cumulonembi) entrambi gli effetti sono ugualmente importanti.

Se il riscaldamento globale fosse associato a un maggiore sviluppo di nubi basse, del tipo Stratocumulus, allora maggiore radiazione solare verrebbe riflessa favorendo un calo termico (retroazione negativa); in caso contrario, se dovessimo assistere alla formazione di nubi più alte si innescherebbe una retroazione positiva con maggiore radiazione solare in entrata e ulteriore riscaldamento. Studi effettuati nel Pacifico nord-orientale hanno mostrato che le nubi basse tendono a diminuire sotto l’azione del riscaldamento globale nell’area testata, creando quindi una retroazione positiva.

FONTI:

Luca Mercalli. Che tempo che farà. 2009. Rizzoli.

Qualenergia

ISAC-CNR

Omnibus Science

www.riflessionline.it

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