Gas serra

Cosa sono i gas serra, come vengono prodotti.

I gas serra sono componenti gassosi dell’atmosfera che contribuiscono all’effetto serra.

I maggiori gas serra naturali sono il vapore acqueo (escluse le nuvole) che causa circa il 36-70% dell’effetto serra sulla Terra, l’anidride carbonica che causa circa il 6-26% e l’ozono che causa circa il 3-7% (Bisogna tenere conto che non è realmente possibile attribuire ad un determinato gas una certa percentuale all’effetto serra perché l’influenza dei singoli gas non è additiva. I valori più alti qui riportati valgono solo per il singolo gas, mentre i valori più bassi per il gas in concomitanza con gli altri).

I principali costituenti dell’atmosfera – azoto (N2) e ossigeno (O2) – non sono gas serra, perché costituite da molecole biatomiche (per esempio N2, O2, H2…..) che non assorbono la radiazione infrarossa (IR).

Gas serra antropogeni

Le attività umane contribuiscono all’effetto serra in primo luogo mediante l’emissione di anidride carbonica (CO2), ma non sono sottovalutare anche altri gas, per esempio il metano. La concentrazione di alcuni gas serra è aumentata nel corso del tempo a causa delle seguenti attività:

  • la combustione di carburanti fossili e la deforestazione comportano un aumento delle concentrazioni di CO2;
  • L’allevamento di bestiame e la coltivazione di riso, l’uso del territorio e la trasformazione di aree umide, le perdite da pipeline e le emissioni da discariche comportano una maggiore concentrazione di metano;
  • L’uso di CFC in sistemi refrigeranti. L’uso di CFC e altre sostanze alogenate in sistemi antincendio e in processi produttivi.

Emissioni mondiali di CO2 (1800-2000)
Secondo l’ipotesi sul riscaldamento globale (global warming), i gas serra derivanti dall’industria e dall’agricoltura sono in parte, o interamente, la causa del recente aumento della temperatura media globale. L’anidride carbonica è l’oggetto principale del Protocollo di Kyoto, il protossido di azoto (N2O) e il metano sono anche considerati in convenzioni internazionali.
I sei gas serra considerati nel Protocollo di Kyoto sono i seguenti; CO2, CH4, N2O, HFC, PFC, SF6):

Gas Serra

Le emissioni di gas serra sono misurate in MtC (milioni di tonnellate di carbonio equivalenti).

Da una tonnellata di carbonio risultano 3,7 tonnellate di CO2. Gli altri gas serra sono indicati con valori equivalenti al carbonio. A questo scopo la quota d’emissione viene moltiplicata per il cosiddetto “Global Warming Potential (GWP)” e poi divisa per 3,7.

Il ruolo del vapore acqueo

Il vapore acqueo è un gas serra naturale che, tra tutti i gas serra, è il maggiore responsabile per l’effetto serra. I livelli di vapore acqueo variano regionalmente, ma, generalmente, le attività umane non influiscono direttamente il livello. Nei modelli climatici, l’aumento della temperatura atmosferica causato dall’effetto serra dovuto alle attività umane comporterà un incremento di vapore acqueo nella troposfera con una umidità relativa approssimativamente costante.

Questo fenomeno comporterà ad un ulteriore aumento della temperatura e questo un aumento di vapore acqueo fino al raggiungimento di un equilibrio.

Questo vapore acqueo agisce come feedback positivo sulla forza motrici esercitata dai gas serra antropogeni come il CO2. Il vapore acqueo è un elemento dell’equazione dei gas serra, nonostante che le emissioni non siano sotto diretto controllo dell’uomo: l’autore del rapporto IPCC TAR (Michael Mann) scrive a proposito “la definizione del vapore acqueo come gas serra è estremamente ingannevole, perché l’emissione di vapore non può essere controllata dagli esseri umani”.

L’aumento di gas serra

Basato sulle misurazioni della copertura di ghiaccio dell’Antartide, è ampiamente accettato che, prima dell’inizio delle emissioni industriali, il livello delle concentrazioni di CO2 atmosferico era intorno ai 280 ppm. Dalle stesse misurazioni risulta che il livello tra 260-280 ppm è stato costante durante gli ultimi 10.000 anni.

Basandosi sull’analisi di foglie fossilizzate e di ghiacci della Groenlandia, alcuni studiosi hanno proposto una maggiore variabilità e un livello sopra i 300 ppm per il lontano periodo di 7-10 kyr. Altri studiosi invece ritengono che questi risultati rivelino piuttosto problemi di calibrazione e di contaminazione che l’attuale variabilità di CO2.

Evoluzione dei principali gas serra

Dall’inizio della rivoluzione industriale, le concentrazioni di molti gas serra sono incrementate. La maggior parte di anidride carbonica è stata emesso dopo il 1945. I gas con la maggiore radiative forcing sono i seguenti:

Gas serra piu imquinanti
Durata della rimanenza e global warming potential (GWP)
Una volta entrati nell’atmosfera, i gas serra vi non rimangono per sempre e possono essere anche eliminati:

  • a seguito di processi fisici (condensazione e precipitazione del vapore acqueo atmosferico);
  • a seguito di processi chimici che si svolgono nell’atmosfera. Questo è il caso di metano che è parzialmente eliminato nella reazione con radicali idrossidi, OH-, presenti nell’atmosfera dando CO2 a vapore acqueo (l’effetto dovuto alla produzione di CO2 non è considerato nel GWP del metano);
  • a seguito di processi chimici che avvengono al contatto dell’atmosfera con altri elementi del pianeta. Questo è il caso di CO2 che viene assorbito dalle piante nel corso della fotosintesi, sciolto negli oceani formando bicarbonato ed ioni di carbonato (CO2 è chimicamente stabile nell’atmosfera);
  • a seguito di processi radiativi. Per esempio, la radiazione elettromagnetica irradiata dal sole e radiazione cosmica rompono i legami molecolari nell’alta atmosfera. Alcuni CFC vengono dissociati in questa maniera liberando Cl e F come radicali liberi con disastrosi effetti per l’ozono (i CFC sono generalmente troppo stabili per essere eliminati mediante reazioni chimiche nell’atmosfera).

La vita di una singola molecola di gas nell’atmosfera è spesso molto più breve rispetto alla vita di una concentrazione anomala dello stesso gas.

A causa degli ampi (equilibrati) flussi naturali verso e dalla biosfera e tra l’atmosfera e la superficie degli oceani, una singola molecola di CO2 rimane, nella media, solo alcuni anni nell’aria; ciò nonostante la vita calcolata di un incremento del livello di CO2 atmosferico ammonta ad un centinaio di anni. Ad eccezione del vapore acqueo in prossimità della superficie, che ha ha una vita di pochi giorni, i gas serra necessitano un lungo tempo per sparire dall’atmosfera. È difficile stabilire con precisione quanto tempo occorre perché l’atmosfera è un sistema molto complesso, però esistono delle stime della rimanenza dei principali gas serra.

Rimanenza e GWP di alcuni gas serra:

  •  CO2, rimanenza variabile (approssimativamente 200-450 anni); GWP = 1
  •  Metano (CH4), rimanenza 12 +/- 3 anni; GWP = 22 (cioè 22 volte maggiore di quello dei CO2)
  •  Perossido di azoto (N2O), rimanenza 120 anni; GWP = 310
  • CFC-12, rimanenza 102 anni; GWP = 6200 – 7100
  •  HCFC-22, rimanenza 12,1 anni; GWP = 1300 – 1400
  • Tetrafluorometano, rimanenza 50.000 anni; GWP = 6500
  • Sulfur hexafluoride, rimanenza 3,200 anni; GWP = 23.900

Fonte: IPCC, table 6.7 (http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/248.htm)
Bibliografia

  • Friederike Wagner, Bent Aaby & Henk Visscher (2002). “Rapid atmospheric CO2 changes associated with the 8,200-years-B.P. cooling event”. PNAS 99 (19): 12011-12014.
  • Andreas Indermühle, Bernhard Stauffer, Thomas F. Stocker (1999). “Early Holocene Atmospheric CO2 Concentrations”. Science 286 (5446): 1815.
  • H.J. Smith, M Wahlen & D. Mastroianni (1997). “The CO2 concentration of air trapped in GISP2 ice from the Last Glacial Maximum-Holocene transition”. Geophysical Research Letters 24 (1): 1-4.

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