Omissioni ed emissioni
Sara Gracci

Se il clima è definito nella pratica dalle condizioni meteorologiche medie (ovvero temperatura, precipitazioni, vento, umidità) considerate per un arco di tempo di almeno trent’anni, nell’attività di ricerca scientifica esso viene definito come lo stato di equilibrio energetico tra flusso di energia solare entrante e flusso di energia uscente dal nostro Pianeta. Stando alle stime più recenti, l’età della Terra è pari a circa 5 miliardi di anni ed è ormai accertato che, sin dalle sue origini, il Pianeta abbia subito un alternarsi di periodi freddi – culminati in diversi episodi di glaciazione durati anche milioni di anni – e periodi di clima temperato o caldo, lunghi centinaia di milioni di anni. Continue oscillazioni, poi, sono sempre state la norma, così come dimostrano le piccole glaciazioni, di minore intensità e di breve durata, che avrebbero a loro volta interrotto i lunghissimi periodi caldi, modificando lentamente la superficie della Terra, ma soprattutto condizionando la vita degli organismi che la abitavano. Ad ogni variazione piante, animali e uomini hanno dovuto trovare nuove forme di adattamento, spesso migrando in cerca di ambienti più ospitali. I dati disponibili permettono agli studiosi di avvalersi di informazioni più dettagliate riguardo al clima dell’ultimo milione e mezzo di anni, ovvero quella che i geologi definiscono Era Quaternaria. è in questa Era, caratterizzata da quattro glaciazioni maggiori e tre fasi interglaciali, che i continenti assunsero la conformazione attuale e apparve l’uomo moderno. L’ultima glaciazione ha permesso la diffusione dell’uomo su tutto il pianeta grazie a corridoi di terra emersa sorti a causa dell’abbassamento del livello del mare. Finita l’era glaciale – circa 18-20 mila anni fa – il clima tornò, con diverse oscillazioni, ad essere più caldo e umido. Intorno al 6000 a.C. sulla regione del Sahara si rovesciarono grandi quantità di pioggia che andarono a formare i grandi fiumi, i cui letti sono ancora oggi visibili. Poi, intorno al 3000 a.C., le precipitazioni diminuirono e il Sahara tornò ad essere una regione arida e inospitale. In epoca greco-romana, le oscillazioni tra caldo e freddo si fecero più frequenti ma meno ampie; i primi secoli dell’era cristiana sembrano essere caratterizzati da un clima mite ma arido, mentre il Medioevo appare come un periodo caldo ben definito e ciò è confermato dal fatto che in Inghilterra si producesse vino, 500 chilometri più a Nord rispetto a oggi. Poi intorno al 1200 termina l’optimum climatico medievale e comincia quella che i climatologi chiamano “Piccola età glaciale”, che culmina nel 1816 ricordato come “l’anno senza estate”. A metà ottocento le temperature cominciano nuovamente ad aumentare, inaugurando un periodo caldo che dura ancora oggi.

Effetto serra
Fenomeno naturale determinato dalla capacità dell’atmosfera di trattenere sotto forma di calore parte dell’energia che proviene dal Sole, l’effetto serra, come aveva già intuito Fourier, è dovuto alla presenza nell’atmosfera di alcuni gas, detti appunto “gas serra”, che “intrappolano” la radiazione termica emessa dalla superficie terrestre riscaldata dal Sole. Proprio come i vetri di una serra, infatti, l’atmosfera è trasparente alla radiazione solare proveniente dal Sole, e parzialmente “opaca” a quella termica emessa dalla superficie terrestre. Grazie a questo fenomeno, la temperatura media della Terra rimane intorno ai 15 °C, contro i -19 °C calcolati in assenza dei “gas serra”. I gas maggiormente responsabili di tale fenomeno, oltre al vapore acqueo, principale gas serra naturale, sono la CO2, il metano CH4 e l’ NO2 (protossido di azoto).
L’anidride carbonica (CO2), uno dei principali composti del carbonio, è presente in natura in quattro grandi “serbatoi”:
• la biosfera, nella quale il carbonio è presente nelle molecole organiche (lipidi, glucidi, ecc.) (3.100 miliardi di t o Gt);
• gli oceani, nei quali il carbonio è disciolto sotto forma di carbonati e bicarbonati (40.000 Gt);
• la geosfera, dove il carbonio si presenta essenzialmente sotto forma di calcare e di combustibili fossili (rispettivamente 40.000 e 12.000 Gt);
• l’atmosfera, dove il carbonio è presente sotto forma di CO2. (600 Gt).
Questi serbatoi sono legati tra loro da importanti scambi che nel loro insieme costituiscono il “ciclo del carbonio”:
• gli organismi vegetali utilizzano la CO2. atmosferica per produrre materia organica attraverso la fotosintesi clorofilliana; la quantità di carbonio così fissata ogni anno è notevole (100 Gt per anno); il carbonio è poi riemesso dagli ecosistemi attraverso la respirazione di piante e animali;
• la CO2 atmosferica entra negli oceani per diffusione e viene convertita in forme diverse; ad esempio viene fissata da alcuni organismi che la utilizzano per costruire i propri gusci che, alla morte dell’animale, si depositano sul fondo degli oceani a formare vasti depositi di materiale calcareo;
• gli organismi vegetali e animali decomponendosi in condizioni anaerobiche hanno formato grandi depositi di combustibili fossili. Il carbone, il petrolio e il gas naturale sono infatti essenzialmente formati da composti del carbonio.
In breve, la fotosintesi sottrae anidride carbonica all’atmosfera facendo passare il carbonio dall’ambiente abiotico agli organismi viventi. Da questi ultimi ritorna all’acqua o all’atmosfera attraverso la respirazione cellulare, la combustione e l’erosione. Il bilancio naturale del ciclo del carbonio, in assenza di attività dell’uomo, è pressoché in pareggio.
Il metano (CH4) si produce dalla degradazione di materiale organico in assenza di ossigeno (anossia). Esso viene naturalmente emesso da mangrovie e paludi, mentre le emissioni dovute alle attività umane provengono essenzialmente dalle perdite di gas naturale e di altri combustibili fossili durante l’estrazione e il trasporto, dalla combustione di biomasse, dall’agricoltura e dalla zootecnica, e infine dalle discariche.
Il protossido di azoto (NO2) è un gas serra molto potente e con un tempo di permanenza in atmosfera piuttosto elevato (120 anni), ma con una bassa concentrazione; le principali fonti antropiche di emissione derivano dai fertilizzanti azotati usati in agricoltura e in alcune produzioni industriali.
CFC, HFC, CF4, sono dei composti chimici a base di carbonio che contengono cloro, fluoro, iodio o bromo. Con il Protocollo di Montreal (1987) è stato vietato l’uso di una serie di sostanze tra le quali i clorofluoro-CFC-carburi (responsabili del buco nell’ozono) e quindi si è arrivati ad una diminuzione della loro concentrazione; ma anche i prodotti sostitutivi (HFL e CF4) sono potenti gas serra.
Dalle radiazioni solari entranti solo il 45% viene assorbito dalla Terra: il 25% infatti viene riflesso dall’atmosfera, il 5% dalle superfici riflettenti della Terra (ghiacciai, oceani), mentre il 25% viene assorbito dall’atmosfera che lo rimette sotto forma di radiazione infrarossa (calore). Anche la Terra emette energia come radiazione infrarossa, di questa il 4% viene irradiata direttamente nello spazio, il 100% viene invece assorbita dai gas serra e viene poi re-radiata dall’atmosfera terrestre (88%). Quest’ultimo valore rappresenta l’effetto serra. La superficie della Terra emette energia anche attraverso l’evaporazione (24%) e le correnti termiche (5%); questa energia viene assorbita dall’atmosfera e poi rimessa sottoforma di radiazione infrarossa. Le emissioni in atmosfera di grandi quantità di gas serra originate da attività umane stanno generando un effetto serra aggiuntivo a quello naturale, che altera tutti gli equilibri del sistema climatico. Tali emissioni infatti modificano costantemente la composizione dell’atmosfera, introducendo nuove sorgenti di gas serra e interferendo con i serbatoi naturali. Esse derivano in misura maggiore dal consumo e dalla combustione di fonti fossili, ma anche da alcune produzioni industriali, dall’agricoltura, dall’allevamento e dalla gestione dei rifiuti. A tale fenomeno si affianca la diminuzione degli assorbitori di gas serra dipende a causa della distruzione o del cambiamento d’uso, delle superfici forestali in grado di assorbire CO2. Nel 1995 l’82% di emissioni di gas serra furono imputabili a CO2. e solo per il 12% a metano, il 4% a NO2 e il rimanente 2% alle emissioni di HCFC e PCF. Al fine di valutare il contributo dei differenti gas all’effetto serra, è necessario considerare tre parametri:
• la loro concentrazione in atmosfera;
• il forcing radioattivo di ciascun gas, ovvero la diversa capacità di intrappolare l’energia che va dalla Terra verso lo spazio;
• il tempo medio per il quale un certo gas rimane in atmosfera, ovvero la persistenza (ovviamente se un gas serra rimane in atmosfera per poco tempo avrà un effetto minore di un gas serra che vi rimane a lungo).
Per poter rendere possibile il confronto tra gas con differenti caratteristiche è stato sviluppato un metodo che permette di valutare i diversi gas evidenziando il loro potenziale di riscaldamento globale (GWP), tenendo dunque conto del tempo di permanenza in atmosfera, della concentrazione e del forcing radioattivo; il GWP è una misura dell’effetto serra relativo di un gas utilizzando come gas di riferimento l’anidride carbonica. Secondo l’UNFCCC (Segretariato delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici) già nel 1998 la maggior fonte di emissione proveniva dall’uso di fonti di energia fossile (96,7%). All’interno di questa categoria sono le industrie energetiche ad occupare la quota più importante (39,1%), segue poi il settore dei trasporti (26,7%). L’anidride carbonica è dunque il principale gas ad effetto serra di origine antropogenica e il principale responsabile delle emissioni di gas serra è il settore energetico. Le emissioni di CO2. legate al settore energetico dipendono sia dal livello della domanda di energia sia dalle fonti utilizzate. Non tutti i combustibili, infatti, emettono la stessa quantità di CO2: a parità di energia termica prodotta, il gas naturale ne emette quasi la metà del carbone.
Come si può notare, in tabella non compaiono solo i gas serra. Per esempio il vapore acqueo, pur rappresentando il principale componente dell’effetto serra, indispensabile per la vita sulla Terra, non è menzionato perché la sua concentrazione, molto variabile, non risente direttamente delle attività umane. Anche l’ozono contribuisce in modo sensibile al riscaldamento globale ma risulta distribuito in modo disomogeneo, concentrandosi soprattutto in corrispondenza di grandi aree urbanizzate e industrializzate, dove si genera per reazioni fotochimiche in presenza di inquinamento atmosferico. Al contrario, la diminuzione dell’ozono stratosferico, che notoriamente ci espone ad un maggiore irraggiamento ultravioletto, produce un modesto effetto di raffreddamento climatico. Il Protocollo di Montreal, se attuato completamente, dovrebbe alla lunga porre termine sia alla diminuzione dell’ozono stratosferico sia agli effetti climatici connessi. I principali gas serra le cui concentrazioni sono aumentate a seguito dell’attività antropica successiva all’inizio dell’era industriale sono: l’anidride carbonica (CO2), il metano (CH4), il protossido di azoto (N2O). Gli altri composti sono gas di sintesi, come i clorofluorocarburi e altri alogenati. I più noti sono: PFC, HFC, SF6, prima totalmente assenti in atmosfera e introdotti solo recentemente dalle attività industriali. E, del resto, non a caso proprio dal 1860 il riscaldamento medio globale misurato è pari a circa 1 °C, mentre dall’inizio del ’900 risulta di 0,6 °C, con un incertezza di ± 0,2 °C. Si tratta di valori che non hanno eguali nell’ultimo millennio. Gli anni ’90 sono stati i più caldi del millennio: il 1998 e il 1997 si collocano rispettivamente al primo e al secondo posto di questa classifica sicuramente poco lusinghiera. Il tasso attuale di riscaldamento alla superficie è pari a 0,15 gradi per decennio. Questo riscaldamento viene confermato su tutto lo spessore dei primi ottomila metri di atmosfera ed è riscontrabile a tutte le scale, da quella mondiale a quella europea. Le variazioni maggiori sono state registrate nell’emisfero nord alle latitudini più elevate (circolo polare artico, Europa, Asia, America) con incrementi della temperatura nel corso dell’ultimo decennio di 3 - 5 °C rispetto al secolo precedente. Per lo stesso periodo gli incrementi si riducono a 0,5 °C all’equatore, mentre nessuna variazione significativa caratterizza l’emisfero australe. In particolare nell’ultimo secolo, alla scala continentale europea, pur con delle differenze talvolta notevoli, la maggior parte delle aree hanno mostrato aumenti di temperatura sino a 0,8 °C. L’aumento non sembra essere costante per tutto il secolo ma registra un picco fino al 1940, una successiva flessione sino al 1970 e un nuovo drastico aumento dagli anni ’70 ad oggi. Queste caratteristiche sono evidenti maggiormente alle medie e alte latitudini. Durante gli anni ’90 il riscaldamento è stato molto elevato, con aumenti variabili tra 0,25 e 0,5 °C in soli dieci anni. Oltre a fare più caldo di giorno fa anche sempre meno freddo di notte: nell’ultimo secolo l’aumento delle temperature minime è risultato pari al doppio di quello delle temperature massime. Se ne deduce che nel nostro emisfero è in atto un accorciamento della stagione fredda, con conseguente riduzione dell’innevamento e un forte regresso della superficie dei ghiacciai sia sulle montagne sia nell’Artide, dove lo spessore della calotta polare risulta diminuito del 40%.
Inoltre, nel corso degli anni ’90, si è osservato mediamente un aumento delle precipitazioni alle latitudini elevate (tra lo 0,5 e l’1 % per decennio), e una riduzione alle medie e basse latitudini (-0,3 / -0,5 % per decennio). In Europa centro-settentrionale, buona parte dell’aumento delle precipitazioni annuali sembra derivare da un aumento delle stesse durante la stagione invernale e primaverile, mentre sembrano diminuire quelle della stagione estiva. Come tutti ci rendiamo conto, nel bacino del Mediterraneo è significativa a partire dalla fine degli anni 50 ad oggi la diminuzione delle precipitazioni durante tutte le stagioni. Pare attribuibile alla barriera orografica delle Alpi la tendenza delle precipitazioni che risultano in aumento nell’Europa continentale (a nord delle Alpi) e in diminuzione nell’Europa mediterranea. Oltre che nelle quantità, le piogge sembrano aver mutato anche le modalità con cui si verificano: nelle regioni tropicali e subtropicali si denota un aumento dei giorni con pioggia intensa (alle medie ed elevate latitudini la frequenza delle piogge intense è aumentata dal 2 al 4%) ed una riduzione del numero di giorni piovosi. Per quanto riguarda l’Italia, è stato registrato un aumento significativo del numero di giorni fortemente piovosi (più di 25 mm al giorno) e la diminuzione di quelli con pioggia debole (meno di 25 mm). Le conseguenze dirette di tale andamento sono: da una parte la maggiore incidenza delle situazioni di alluvione causate da forti piogge (su cui naturalmente incide anche la gestione del territorio); dall’altra, una progressiva tendenza alla desertificazione causata da periodi asciutti sempre più prolungati e dall’aumento delle temperature, che determinano maggiori consumi idrici da parte della vegetazione. Anche i ghiacciai si ritirano – più del 10% della superficie dal 1960 ad oggi – con una riduzione di 2 settimane del periodo di congelamento dei laghi alle medie e alte latitudini e una riduzione del 10 – 15% dei ghiacciai estivi nei mari del nord. Buon compleanno.