Climatologia – Lezione 1

Climatologia – Lezione 1 – Atmosfera e sistema climatico

A seguire la lezione 1 sulla climatologia. Seguiranno altre lezioni.

l sistema climatico è un insieme di sottosistemi concatenati tra loro attraverso scambi complessi di energia e materia. Solo approfondendo questo sistema sarà possibile investigare sui cambiamenti climatici.
Innanzitutto tempo e clima sono due cose differenti. Il tempo descrive le condizioni attuali in un dato luogo e ne prevede il suo svolgimento fino a 3-5 giorni, oltre tali giorni la previsione perde sensibilmente di affidabilità.
Il clima invece guarda lo stato MEDIO di un determinato luogo per almeno 30 anni quindi conoscendone il suo proseguimento (trend).


I sottoinsiemi concatenati tra di loro sono divisi in:
-ATMOSFERA (lo strato di gas che avvolge la superficie terrestre)
-IDROSFERA (tutta l’acqua allo stato liquido che si trova sulla terra compresa l’acqua sotterranea)
-BIOSFERA (tutte le forme viventi presenti)
-CRIOSFERA (tutte le masse di ghiaccio e neve)
-LITOSFERA (tutte le terre emerse, fondali oceanici e i primi strati dell’interno del pianeta).
Il sistema climatico è CHIUSO per scambio di materia con lo spazio ma APERTO per scambio di energia come la radiazione solare. Senza il sole non esisterebbe il sistema climatico.
I sottosistemi visti poc’anzi sono aperti tra di loro per scambi di energia e materia attraverso complessi feedbacks (o cicli) positivi o negativi.

ATMOSFERA

CLIMATOLOGIA - LEZIONE 1
Atmosfera

L’atmosfera che circonda la superficie terrestre è alta anche oltre 80km e nei primi 30km contiene circa il 99% di tutta la massa atmosferica.
È suddivisa in quattro strati: il primo che ci coinvolge direttamente è la troposfera alta a partire dal suolo fino a circa 10km e dove avvengono tutti i fenomeni meteorologici. La temperatura in condizioni standard diminuisce di 1 grado ogni 100 metri di salita. Dopo lo strato divisorio detto tropopausa c’è il secondo strato: la stratosfera.
La stratosfera va dai 10km circa ai 50km circa di altezza. La temperatura risale per l’assorbimento della radiazione solare da parte dell’ozono stratosferico. Dopo un altro strato divisorio detto stratopausa c’è il terzo strato, la mesosfera che va dai 50km circa ai 80km circa dove la temperatura diminuisce nuovamente con il salire della quota. Dopo lo strato divisorio chiamato mesopausa c’è il quarto strato che è chiamato termosfera che si estende oltre i 80km (fino a 100km circa). Qui, la temperatura stabile nei primi chilometri, è destinata nuovamente a salire definitivamente per l’assorbimento della radiazione solare da parte dell’ossigeno.


Nell’atmosfera è presente il bilancio termico del sole. La nostra stella manda il 100% della radiazione ULTRAVIOLETTA in onda corte verso gli strati superiori dell’atmosfera la quale è assorbita per il 49% dalla superficie terrestre, il 20% dalla stessa atmosfera mentre il restante 31% viene riflessa verso lo spazio. La superficie terrestre e l’atmosfera a sua volta riflettono verso lo spazio il 69% della radiazione però questa volta in INFRAROSSA a onde lunghe. Parte di questa radiazione infrarossa in uscita verso lo spazio è intrappolata dai gas serra (naturali o antropici) con onde che trasportano energia sotto forma di energia termica che viene rimmessa in circolo.
Senza i gas serra la vita per come la conosciamo risulterebbe inesistente, senza i gas serra la temperatura media globale sarebbe di -18 gradi mentre attualmente la temperatura media globale è di +15 gradi grazie, appunto, ai gas serra.
Ricapitolando; del 100% della radiazione solare ultravioletta in entrata, il 69% esce in infrarosso verso lo spazio ma parte di questo viene intrappolato grazie ai gas serra.
Nell’atmosfera è presente il ciclo dell’acqua che è un ciclo chiuso.


La composizione chimica dell’atmosfera in aria secca è del 78% di azoto, 21% di ossigeno e 1% di altri gas come l’Argon, l’anidride carbonica (0,04%), il metano, il vapor d’acqua, ozono ecc… Azoto e ossigeno NON sono gas serra, il vapor d’acqua è il principale gas serra ma è SOLO naturale. Gli altri gas sono sia naturali che antropici. Come fa l’anidride carbonica ad essere così “letale” per il riscaldamento globale essendo solo dello 0,04%? Perché, appurato scientificamente che le attività umane attraverso vari usi aumentano la concentrazione di questo gas estraendoli principalmente dal sottosuolo (aumento di circa il 50% dal 1950), non deve essere conteggiato con i gas NON a effetto serra. Quindi Azoto e Ossigeno che non sono gas serra non devono essere conteggiati dall’effetto serra perché sono trasparenti alla radiazione infrarossa in uscita. Il vapor d’acqua (anche nubi) contribuisce per il 70% sul riscaldamento globale ma è un feedback mentre la Co2 contribuisce per il 15-25% ma è una forzante climatica.

Capiamo quindi che del restante 1% degli “altri gas”, l’anidride carbonica risulta una componente davvero principale per il riscaldamento globale. Il metano del 2-3% ma va detto che questo gas è ancora più potente rispetto l’anidride carbonica. Inoltre l’anidride carbonica ha tempo di permanenza in atmosfera tra 50 e 200 anni circa mentre il metano di solo 10 anni o poco più. Il metano si ossida poi in anidride carbonica guardacaso. La stragrande maggioranza dell’anidride carbonica è assorbita dagli oceani perché solubile, gli oceani quindi tendono per processi chimici ad acidificarsi abbassando il PH delle acque facendo rischiare la sopravvivenza delle specie viventi marine.

Il valore normale di PH è di 8 grazie ad un effetto tampone dovuto al di discioglimento di rocce alcaline (weathering) e all’apporto di ioni dai fiumi (runoff), ma immettendo altra anidride carbonica si rischia seriamente di cambiare questo equilibrio. Gli oceani hanno un limite di assorbimento della Co2, già a un PH di 7 l’acqua non riesce sufficientemente ad assorbire altra Co2 riemmettendola in aria accellerandone i fenomeni atmosferici.
In atmosfera esiste il ciclo del carbonio che è un ciclo chiuso. L’anidride carbonica viene emessa da terre emerse e oceani e viene riassorbita in quantità identiche, le attività umane ne modificano il processo estraendola dal sottosuolo quindi aumentandola in circolazione.

IDROSFERA

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Idrosfera

È l’insieme di tutte le acque presenti che rappresentano il 71% della terra. L’alta capacità termica dell’acqua agisce da regolatore alle temperature superficiali della superficie terrestre. La circolazione e il trasferimento di calore nelle acque oceaniche hanno una variabilità da giorni ad anni negli strati superficiali (0-2000mt di profondità) mentre da secoli a millenni negli strati di acqua più profondi

BIOSFERA

CLIMATOLOGIA - LEZIONE 1
Biosfera

Comprende la totalità degli esseri viventi, la vita è comparsa circa 3,8 miliardi di anni fa contro i quasi 5 miliardi di anni di vita del pianeta. Le sue interazioni con gli altri componenti del sistema climatico si esplicitano attraverso l’estrazione o l’emissione di gas necessari alle reazioni chimiche della vita come ossigeno e anidride carbonica e un contributo all’albedo superficiale e all’umidita’ (flora). Gli alberi tramite la fotosintesi emettono ossigeno e assorbono anidride carbonica (e viceversa), inoltre assorbono acqua dal terreno e immettendola in atmosfera come vapore attraverso le foglie.
Al contrario dei ghiacci, la vegetazione non ha un albedo riflettente quindi assorbe molta energia solare
La biosfera è strutturata in modo gerarchico tramite la catena alimentare suddivisa in altri ecosistemi ed è questo il sottoinsieme più sensibile e vulnerabile ai cambiamenti climatici.

CRIOSFERA

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Criosfera

L’importanza di tale sottoinsieme risiede nel fatto che il trasferimento di energia da una superficie verso l’esterno cambia in modo radicale se tale superficie è coperta da neve/ghiaccio. La riflettivita’ (albedo) cresce, riducendo l’assorbimento di energia da parte della superficie (feedback positivo).
Se neve e ghiaccio (di colore bianco quindi chiaro) si riducono riflettono meno radiazione solare, e se riflettono meno radiazione solare essa viene catturata maggiormente dalla superficie terrestre (di colore marrone quindi scuro) aumentandone a sua volta la velocità di riscaldamento. Pensate un attimo alla vostra autovettura lasciata sotto il sole: se è di colore scura assorbe maggiore radiazione solare e si scalda più velocemente di una di colore chiara.

LITOSFERA

Litosfera

Praticamente è la crosta terrestre che interagisce con il sistema climatico in diversi modi: -attraverso le eruzioni vulcaniche che emettono polveri ed aerosol che riducono la radiazione solare incidente provocando un raffreddamento globale o locale. Oltre a polveri e aerosol emettono anche gas serra provocando un riscaldamento che vanno quindi a controbilanciare.
-Attraverso l’orogenesi cioè il processo che su scale di migliaia e milioni di anni origina montagne e catene montuose che vanno a modificare la circolazione delle correnti, l’albedo e i meccanismi di feedback climatici.
-Epirogenesi: processo che origina la deriva orizzontale e i movimenti verticali delle zolle continentali modificando l’albedo planetario, la circolazione oceanica e il trasferimento di calore tra poli ed equatore.

Slide prese dalle lezioni di climatologia ambientale presso università per adulti di Lugo dove lo staff è presente al corso ogni lunedì.

A cura di
Ramon Rubino


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