Aumento della temperature media della Terra negli ultimi 100 anni: (0.740 ±0.18) ºC L andamento della temperatura media e riportato sotto.

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1 Aumento della temperature media della Terra negli ultimi 100 anni: (0.740 ±0.18) ºC L andamento della temperatura media e riportato sotto. Attenzione: la diminuzione di temperatura subito dopo la fine della seconda guerra mondiale (1945) non e reale, non c e stata nessuna importante eruzione vulcanica o cosa simile che possa giustificarla. Si tratta di un errore di misura: prima del 1945 le nazioni che raccoglievano questi dati, soprattutto sugli oceani, erano nazioni con mire globali: Usa, Inghilterra, Giappone, Germania.. Nel 1945 e subito dopo solo gli USA avevano ancora mezzi e uomini per continuare a raccogliere i dati. E proprio nel 1945 gli USA cambiarono il metodo di misurazione. I differenti errori sistematici dei metodi usati prima e dopo il 45 dagli USA spiegano il salto, che non e reale. Poiche nessun altro raccoglieva dati, nessuno si accorse per sei decenni dall errore.

2 Temperature medie negli ultimi 2000 anni. Il picco nel medio evo e probabilmente dovuto a particolare tipo di circolazione oceanica nell Atlantico. Temperature medie negli ultimi anni

3 Cause? La potenza emessa dal sole varia: e variata del 10% dalla nascita del sole ( anni fa) ad oggi, ma questa variazione e stata lentissima e graduale. Varia anche con periodo di 11 anni (ciclo delle macchie solari), ma solo del 1 per mille, e la potenza raccolta dalla terra varia con un periodo di anni a causa del moto di precessione dell asse polare terrestre, ma solo del 5%. Queste variazioni non possono spiegare un aumento di temperatura di 0.7 gradi al secolo, che richiederebbe un aumento della potenza solare di circa l 1 per mille al secolo. Inoltre a causa della precessione dell asse terreste la potenza solare assorbita dalla terra sta diminuendo, e non aumentando. Andamento della potenza assorbita dalla terra dal sole, della concentrazione di C0 2, e delle temperature in Groenlandia e Antartide da a anni fa.

4 L aumento dell irradiazione solare nella figura e dovuto alla precessione dell asse polare terrestre. Il massimo si e avuto circa anni fa, ora stiamo riandando verso il minimo. Andamento della concentrazione di CO 2 negli ultimi anni Aumento negli ultimi decenni della concentrazione di CO 2 nell atmosfera

5 La concentrazione attuale di CO 2 nell atmosfera e circa 390 parti per milione (ppm), significativamente piu alta dei massimi registrati nei periodi interglaciali dell ultimo mezzo milione di anni. Si prevede che nel 2100 raggiungera tra valori tra 500 e 900 ppm. Dalla fine del 1700 a oggi la CO 2 e aumentata del 36% e il metano del 150%. Una concentrazione cosi alta di CO 2 probabilmente c e stata 2 milioni di anni fa. BILANCIO ENERGETICO DELLA TERRA La superfice solare ha una temperatura di T= 5780 K, il raggio del sole e km, applicando la legge che da la potenza W emessa per irraggiamento W= σεat 4 con σ= Wm -2 K -4, e emissivita circa =1 per il sole, A superficie del sole, si ha W= watt la distanza media della Terra dal sole e km, per sapere quanta potenza per metro quadro arriva sulla terra devo dividere la potenza emessa dal sole per la superficie di una sfera di diametro pari alla distanza Terra-sole ( m 2 ), e ottengo l irradianza solare irradianza solare = 1360 watt/m 2 Questo e il flusso di energia dal sole per metro quadro al secondo col sole a picco e fuori dell atmosfera terreste. L atmosfera terrestre assorbe o diffonde parte di questo flusso, e sulla superficie terrestre attiva circa 1 kw per metro quadro quando il sole e allo zenit e il cielo terso. Se il sole non e a picco e ci sono anche nuvole il flusso e sensibilmente minore, a Trieste la media annua dell irradianza solare e circa 350 watt/m 2. La Terra intercetta circa watt di potenza emessa dal sole (irradianza per area della sezione massima della Terra). Di questa potenza circa l un per mille, tramite la fotosintesi, alimenta la vita sulla Terra, e una piccola parte alimenta la circolazione degli oceani e dell atmosfera. La potenza attualmente prodotta e utilizzata dall umanita e circa un decimillesimo di quella che arriva dal sole. Se la temperatura della Terra e costante, TUTTA l energia ricevuta dal sole dalla superficie terrestre deve essere riemessa per irraggiamento verso lo spazio esterno. Il flusso di energia dallo spazio esterno alla Terra e trascurabile perche la temperatura media dell universo e 3 K.

6 Dei W che arrivano fuori dell atmosfera una parte viene assorbita dall atmosfera, circa il 40% vengono riflessi nello spazio esterno da nubi, ghiaccio, neve, oceani, foreste, il rimanente ( poco meno di w) viene assorbito dai mari e dai continenti e poi riemesso per irraggiamento. Calcoliamo la potenza emessa dalla Terra per irraggiamento, se la sua temperatura media e 300 K. Usiamo di nuovo W= σεat 4 con A = superficie della Terra= m 2 La potenza riemessa dalla terra a 300 K e approssimativamente W. Questa potenza viene emessa soprattutto nell infrarosso lontano a circa 100 micron di lunghezza d onda. Se la temperatura della terra e costante, la potenza solare assorbita e quella riemessa per irraggiamento devono essere uguali. Se la terra si sta scaldando vuol dire che riemette meno di quanto assorbe. Di quanto e sballato il bilancio energetico? Consideriamo un aumento di 0.7 K al secolo. Consideriamo un metro quadro di Terra. Sopra di esso ci sono 10 4 kg di aria (spiegazione: la pressione atmosferica e 10 5 Pa=10 5 N/m 2, 10 5 N e la forza peso di tutta l aria sopra 1 m 2, quindi la massa d aria e circa 10 4 kg) kg di aria corrispondono a moli di aria. L aria e composta prevalentemente da O 2 e N 2, molecole biatomiche, quindi il suo calore molare a volume costante e 5/2R, cioe circa 20 J/K. Quindi tutta la colonna d aria sopra 1 m 2 ha una capacita termica di J K -1. Consideriamo 1 m 2 di oceano, sotto di esso ci sono in media circa 2000 metri di acqua, cioe circa kg di acqua. La capacita termica di questa colonna d acqua e J K -1. Questa capacita termica e molto superiore a quella dell aria e anche a quella delle rocce, poiche queste hanno un calore specifico che e il 10%-20% di quello dell acqua e hanno una conducibilita termica molto bassa. Che potenza serve a scaldare la colonna d acqua descritta sopra di 0.7 gradi in 100 anni? Basta fare J K -1 per 0.7 K e dividere per , che e il numero di secondi in 100 anni. Si ottengono cosi poco piu di 1 W. 1 W per metro quadro di superficie della Terra e la differenza tra quanto la Terra assorbe dal sole e quanto riemette nello spazio. E la potenza di una lampadina di albero di natale. E meno dell 1 per mille di quanto arriva dal sole per metro quadro. Il bilancio energetico della Terra e sbilanciato dell 1 per mille. Cosa puo creare una riduzione dell 1 per mille del calore riemesso dalla terra per irraggiamento? Basta immettere nell atmosfera gas che cambino dell 1 per mille l emissivita della Terra, o modificare l emissivita del suolo terreste, o degli oceani. Se l atmosfera terrestre contenesse solo ossigeno e azoto l emissivita della Terra sarebbe tale che basterebbe una temperatura di circa 30 K piu bassa dell attuale per essere in equilibrio. Ma l atmosfera contiene anche vapor d acqua, CO 2, metano e ozono. Questi gas abbassano sensibilmente l emissivita per lunghezze d onda intorno a 100 micron (effetto serra) e quindi costringono la Terra ad aumentare la temperatura per tornare all equilibrio. L effetto serra e dovuto per circa il 60% all acqua, per circa il 20% alla CO 2, per il resto al metano e all ozono. Un aumento di circa il 25% della concentrazione di CO 2 come si e avuta negli ultimi 100 anni causa un aumento dell effetto serra (cioe del contributo dei gas

7 serra all emissivita della terra) di circa il 5%, quindi un aumento di temperatura di circa 1 grado. CALCOLO DELLE VARIAZIONI DELL IRRADIAZIONE SOLARE. L orbita della terra e ellittica, la distanza dal sole varia da 147 milioni di km a 152 milioni di chilometri, cioe circa del 3%. Il flusso di energia solare che arriva sulla terra va col quadrato dell inverso della distanza, quindi varia di circa il 6%. A gennaio (quando siamo piu vicini al sole) e maggiore del flusso a giugno del 6%. L asse di rotazione terrestre e inclinato di 23 gradi rispetto alla normale al piano dell orbita. Attualmente e orientato in maniera tale che il polo nord e rivolto in direzione contraria al sole a gennaio, quando l irradianza solare e massima. La maggior parte delle terre emerse e nell emisfero settentrionale, quindi la maggior parte delle terre emerse assorbe meno calore in media durante l anno di quanto ne assorbirebbero se l asse di rotazione fosse rivolto dall altra parte. Ma l asse di rotazione terrestre ruota nello spazio con un periodo di anni (precessione). Questa rotazione e dovuta all effetto dell attrazione gravitazionale del sole e della luna sul rigonfiamento equatoriale terrestre. Quindi anni fa o tra anni l asse di rotazione sara rivolto in direzione tale che le terre dell emisfero settentrionale saranno esposte in maniera tale da avere la massima esposizione al sole quando l irradiazione solare e massima a gennaio (sara estate a gennaio). Questo effetto di precessione dell asse di rotazione terrestre causa una variazione del flusso di energia raccolta dalla terra di circa il 5% su periodi di anni. L ultimo massimo c e stato circa anni fa, ora stiamo andando verso il minimo. Inoltre l eccentricita dell orbita della terra cambia con periodi di 95000, e anni, e l inclinazione dell asse di rotazione terrestre rispetto all orbita con periodi di anni (cicli di Milankovitch). Tutte queste variazioni fanno variare periodicamente e apprezzabilmente l irradianza solare media. Il periodo principale risultante di circa anni corrisponde circa con il periodo dell alternarsi delle ultime glaciazioni.

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