Le domande:
Ogni giorno sentiamo parlare di Riscaldamento Globale di quanto l’ uomo riesce a modificare il clima con le sua attività … ma qualcuno si é preso la briga di fare due conti ? Se aumenta di un grado la temperatura globale quanta energia ci vuole ? L’ uomo é davvero in grado di produrre direttamente tanta energia per riscaldare la terra di due o tre gradi ?
Non trovando risposte mi é venuto in mente di buttare giù qualche conteggio per cercare di chiarirmi le idee.
Da notare che mi sono preso la briga di rifare i conti, ma tutti i risultati si possono trovare con un pò di pazienza sul web.
Spero quindi che questo articolo riesca a chiarire le idee sulle quantità di energia in gioco negli scambi termici del nostro pianeta.
Da dove cominciare ?
Intanto cerchiamo di conoscere un pò meglio l’atmosfera, ovvero quanta aria c’ é sul nostro pianeta … quanto pesa.
Per calcolarlo abbiamo bisogno di un barometro e di un calcolo anche approssimativo della superficie terrestre.
La pressione atmosferica é mediamente di 1atm = 101 325 Pa = 101 325 N/m2= 10 332 kgf/m2 che per capirsi sono circa 10,332 tonnellate per metro quadrato di superficie.
L’ atmosfera lo sappiamo bene é composta d’aria che é un miscuglio di gas e conoscendo la composizione é facile calcolare il peso di ogni gas .
La tabella seguente l’ ho ricavata da wikipedia e ho tolto la componente di vapore acqueo e degli altri gas presenti in tracce. Un aria semplificata quindi …
| Gas | Percentuale molare | Peso Molecolare | Peso di ogni elemento per mole (g) | Peso di ogni gas kg per m2 |
| Azoto | 78,084% | 28,013 | 21,8737 | 7802,361 |
| Ossigeno | 20,945% | 31,999 | 6,7022 | 2390,678 |
| Argon | 0,933% | 39,948 | 0,3727 | 132,948 |
| CO2 | 0,038% | 44,010 | 0,0169 | 6,012 |
| Totale | 100,000% | 28,9654 | 10332,000 |
Da notare che ogni m2 di superficie terrestre “gravano” 10 tonnellate di aria di cui solo 6 chilogrammi sono di CO2!
La prima volta che ho visto questi dati anni fa ho cominciato ad avere qualche perplessità su come potesse la CO2 esser responsabile del riscaldamento globale.
Questi 6 kg di gas quasi inerte, secondo studi molto accurati, riescono a scaldare 10 tonnellate d’ aria solo facendo rimbalzare la radiazione infrarossa ! La cosa é davvero incredibile ! (… Infatti io non ci credo 🙂 )
La superficie della terra é di 5,100 656 · 1014 m2.
Moltiplicando questo valore per il peso dell’ aria per metro quadro otteniamo circa 5,1 · 1015 tonnellate e detto così non fa tanto effetto, ma dicendo 5,1 milioni di miliardi di tonnellate forse si capisce meglio. L’ aria non é così leggera … direi abbastanza pesante in fondo .
Spesso quando sentiamo parlare di riscaldamento globale vengono fuori percentuali, valori di watt per m2 che secondo me non rendono bene l’ idea dell’energia complessiva in gioco. Wikipedia ci aiuta ancora e troviamo il valore del calore specifico dell’aria che é di 1005 j/(kg·K) ( aria secca).
Abbiamo tutti i dati per calcolare la quantità di calore necessaria per scaldare di un grado l’ atmosfera del nostro pianeta … 1005 · 5,1 · 1015 = 5,125 · 18 j = 5,125 Ej = … sono 5,125 miliardi di miliardi di joule.
A questo punto voglio confrontare questo valore con l’ energia dissipata dall’ uomo sul nostro pianeta .. e su wikipedia troviamo il dato della produzione annua di energia elettrica che é di 471 Ej.
| Tipo di combustibile | Potenza in TW | Energia/anno in EJ |
| Petrolio | 5,60 | 180 |
| Gas naturale | 3,50 | 110 |
| Carbone | 3,80 | 120 |
| Idroelettrico | 0,90 | 30 |
| Nucleare | 0,90 | 30 |
| Geotermia, eolico, solare, legno |
0,13 | 4 |
| Totale | 15,00 | 471 |
Da questo valore bisogna togliere i valori delle energie rinnovabile e quindi rimangono 437 Ej. Per produrre energia elettrica in genere bisogna anche sprecare dell’ energia termica, presumendo un rendimento molto ottimistico del diciamo il 40-45 %. Dopo aver consumato l’ energia elettrica quest’ ultima si trasformerà nuovamente in termica e alla fine in atmosfera e negli oceani ce ne finiranno circa 1000Ej complessivamente (elettrica consumata + termica sprecata nella produzione tramite ciclo termodinamico ) .
Questo vuol dire che se l’ atmosfera fosse isolata, l’umanità in un anno la farebbe scaldare di circa 195°.
Nulla in confronto all’ energia che arriva sulla terra dal sole al secondo che é di 0,174 Ej/s = Ew . Da notare che questo valore l’ ho calcolato perché sul wikipedia non mi sembrava esatto ed infatti ho ottenuto un valore diverso. Se il calcolo che ho fatto é giusto, sulla terra in un giorno arrivano 0,174·84600=15033,6 Ej . Se davvero tutta questa energia finisse nell’atmosfera e se l’ atmosfera fosse isolata in un giorno la temperatura dell’aria aumenterebbe di circa 3000°.
In realtà le cosi non sono per niente semplici e tutta l’energia solare viene dispersa dal nostro pianeta verso “l’ infinito”. La temperatura si stabilizza un punto di equilibrio nel quale l’ energia radiativa entrante e uscente sono uguali. Una parte dell’ energia però rimane immagazzinata alla temperatura di equilibrio nei “materiali” in grado di trattenerla e questi sono l’aria dell’ atmosfera, l’acqua degli oceani e le rocce e i ghiacci della crosta terrestre.
Tutto questo ci fa capire come l’ umanità sia ancora un tantino “indietro come tecnologia” rispetto al Sole per la produzione di energia 🙂
Il sole invia i 1000Ej sulla terra in circa 1h e 35 min … e 1000Ej sono lo stesso quantitativo di energia che l’ uomo riesce a immettere nel nostro pianeta producendo e consumando energia elettrica in un anno.
Conclusioni:
Se si spegnesse il Sole e dovessimo scaldare l’atmosfera con i con i nostri mezzi saremmo destinati a surgelare in poche ore! Questo dato ci dovrebbe far riflettere su quanta presunzione c’ é nell’affermare che l’ uomo é il responsabile dei cambiamenti climatici. L’ uomo con le emissioni termiche dirette probabilmente non riesce e a spostare il termometro di un millesimo di grado.
Ancora un dubbio:
Siamo davvero così sfortunati da riuscire indirettamente e con gli effetti non voluti delle emissioni di CO2 a surriscaldare il nostro pianeta?
Con questo dubbio vi lascio !
Luci0 … Gabriele Santanché.
Riferimenti :
http://it.wikipedia.org/wiki/Aria
http://it.wikipedia.org/wiki/Calore_specifico
http://it.wikipedia.org/wiki/Risorse_e_consumo_di_energia_nel_mondo
http://it.wikipedia.org/wiki/Terra
Se guardi il link di Alessandro, puoi vedere che ci sono tante temperature medie… dipende da cosa misuri. Quella che si avvicina di più al corpo nero e’ indicata come “near surface layer” , di cui purtroppo il sensore di quel satellite si è fumato nel 2008…
http://discover.itsc.uah.edu/amsutemps/execute.csh?amsutemps
Che significa ciò? Significa che a seconda di “quel che misuro” e di “come lo misuro” posso dimostrare praticamente quel che voglio… Se guardiamo i vari canali disponibili su quel sito troviamo che in alcuni casi si ha un aumento, in altri una diminuzione…
Ciao
Luca
nitopi(Quote) (Reply)
La terra é sempre in equilibrio termico ovvero tanta energia arriva tanta ne viene dispersa dalla terra. Se l’ energia inviata dal sole varia, varia la temperatura … più energia equivale a un aumento di temperatura ad una diminuzione una diminuzione della temperatura. Questo perché la terra scaldandosi alla stregua di un “corpo nero” emette verso l’ infinito più energia ed in questo modo viene trovato un nuovo punto di equilibrio. l problema é che il modello é troppo asettico, infatti la terra é assimilata ad una superficie grigia senza massa e senza capacità termica … e comunque viene fuori un valore di -18°C. Questa temperatura non coincide con le misurazioni reali di +14 +15°C… Per sistemare la faccenda si attribuisce all’ effetto serra la differenza tra la temperatura calcolata e quella reale e si dice che per la terra si ha un effetto serra di 33°C.
Se si confrontano i valori con quelli di altri pianeti tipo Venere e Marte si ottengono valori ad esempio per Venere si ottiene un valore di -39°C e una temperatura media di 427°C corrisponde un effetto serra elevatissimo di 466°C ma per Marte che ha un atmosfera composta al 96% di CO2 ha un effetto serra di molto limitato da -56°C si passa a -53°C ovvero un effetto serra di 3°C.
Il problema é tutto qui si definisce cos’ é l’effetto serra di un pianeta, si intuisce e si misura e ma non se ne conosce il meccanismo.
Quello che penso é che tutto sia collegato alla capacità termica del “fluido refrigerante” del pianeta a contare. Tanto fluido su Venere tanto effetto “serra” una quantità media sulla Terra misto liquido gassoso effetto serra medio, poco fluido refrigerante effetto “serra” basso. L’ idea é questa ma poi c’ é bisogno di inquadrarla in un contesto termodinamico e qui son dolori.
Luci0(Quote) (Reply)
@Luci0
SI, Si, e’ chiaro.
Prima stavo meditando (senza dirtelo…) su una idea che mi era balenata qualche giorno fa..
E’ chiaro che la terra non e’ un corpo nero.
E’ altrettanto chiaro che puoi mirurare la temperatura in moltissimi punti ( se la misuri 20km sotto la crosta… altro che co2 😉 ) .
Mi era venuto in mente che potesse esistere un “livello corpo nero” nell’atmosfera (cioè la quota a cui mediamente la temperatura dell’aria corrisponde a quella prevista per il corpo nero… ) . Più è e alto peggiore e’ l’effetto serra….
Guardando il grafico postato, le misure “near surface layer” (non so cosa sia, in effetti) sono molto vicine ai -18 che si troverebbe per il corpo nero.
Ciao
Luca
nitopi(Quote) (Reply)
si lucio, infatti io non ho risposto in merito al tuo articolo, ma in merito alla fantasiosa idea che l’atmosfera sia paragonata ad un isolante semitrasparente tipo vetro, che poi da li il nome “serra” , non viene mai menzionato il fatto che il calore sale verso l’alto, che ci sono i venti in quota che “scambiano” che il nostro è un modello climatico dinamico non riproducibile in laboratorio come una teca di vetro riempita di gas dove non è possibile scambiare calore con l’esterno..
nella serra manca il raffreddamento, mentre il nostro pianeta con “l’infinito” scambia in modo molto efficiente, se mancassero gli accumulatori di calore (oceani) surgeleremmo tutti proprio perchè del calore che arriverebbe sulla terra dal sole, mancando i serbatoi di accumulo,ne rimarrebbe ben poco..
alessandro(Quote) (Reply)
Io trovo il modello “corpo nero” … alquanto oscuro 😀 ed estremamente troppo semplicistico …
Il NIA effetto serra se vi piace.
Il modello radiativo parte da una semplificazione iniziale ovvero distribuisce l’energia solare su tutta la sfera terrestre, in questo modo sulla terra la temperatura non potrebbe mai superare i -18°C .
Stavo pensando di fare un modello iniziale di questo tipo dividere la terra in due ovvero lato esposto e lato oscuro, il calore viene immagazzinato in una capacità termica di oceano + atmosfera il calore accumulato viene rilasciato durante la notte. Questo permetterebbe di avere un surplus di temperatura diurna perché altrimenti rimarrebbe ancorata ai famosi -18°C ottenuto con il modello radiativo. Insomma il modello radiativo andrebbe migliorato … aggiunta la capacità termica per mq di superficie, un modello simile a quello che si usa in astronautica tanto per capirsi.
Luci0(Quote) (Reply)
ciao Giovanni,
l’esempio del sito che citi dimostra solo che +1824900-1824900=0, il che non ci aiuta molto nel capire la dinamica del sistema Terra.
Il disegnino da Trenberth e Kiehl del 1997 di quel sito mette dei numeri, ma ci si può chiedere: come sono stati calcolati? E la CO2 dove entra? e soprattutto: quanto?
Ci sono teorie che dicono che il feedback legato alla CO2 è negativo, non positivo come tutti modelli “standard” suggeriscono, e che le variazioni di temperatura osservate dipendono da altri fattori come l’attività solare, la circolazione oceanica, il vulcanismo, ecc.ecc.
Escludere per esempio che il sole abbia effetti sul clima e sulla temepratura sembra dipendere più da una scelta politica che da una seria analisi scientifica…
Kjai(Quote) (Reply)
io credo che tu abbia centrato la questione, x quel poco che vale il mio parere. Chiaro che un’atmosfera densa come quella di Venere avrà più effetto di una scarsa come quella di Marte. Con la Terra in mezzo. Però io non negherei l’effetto serra in primis, che ha senso fisico eccome. Negherei solo la possibilità da parte della CO2 di alterare mostruosamente questo effetto, e _soprattutto_ di poter riscaldare la terra con un feedback positivo. Soprattutto vedendo dal tuo articolo quanto piccoli solo i numeri legati alla produzione umana di calore…
IN effetti paiono aver un po’ esagerato con le medie. Di giorno si accumula calore, cosa visibile con un aumento di temperatura. DI notte si cede calore, e la T scende.
A mio avviso però ci sono grosse difficoltà nel calcolo, perché per calcolare la capacità termica devi valutare quant’è lo spessore che si riscalda, sia di terra sia di acqua. E quant’è il coefficiente di scambio termico per convezione tra terra/acqua e atmosfera, e quant’è il contributo convettivo nell’atmosfera, ecc.ecc… Per esempio ho letto, mi pare partendo dal sito di Spencer, tutta una complessa trattazione di quanto è profondo lo strato di mare che assorbe la radiazione, quanto scambia con la superficie, quanto con i livelli profondi… Ho la sensazione che lo spessore di materia che assorbe la radiazione può diventare il numero magico con cui fai venire i numeri che vuoi… ecco, non molto scientifico… 🙂
Kjai(Quote) (Reply)
Ho deciso … vedo di pubblicare un articolo su NIA per spiegare cos’ é l’ equilibrio radiativo
Il link non funziona … ma a parte tutto mi sembra che l’ effetto serra viene fuori dal modello troppo semplicistico.
Luci0(Quote) (Reply)
Ok… ma a me interessa più sollevare il problema … più che risolverlo, ovvero non sono uno scienziato e non credo di esserne capace! Io comunque pensavo di mettere solo l’ acqua e l’ aria, per l’ acqua si potrebbe mediare tra il volume totale degli oceani e prendere 50 metri d’ acqua moltipilcata la superficie degli oceani e vedere se viene fuori qualcosa che faccia alzare la temperatura media … se sì siamo sulla buona strada. Se la ricerca porta ad un qualche risultato come credo si potrebbe rimettere in discussione l’ “effetto serra” planetario e come minimo ridimensionarlo.
Luci0(Quote) (Reply)
C’era già il povero I like CO2 che aveva osato qui su nia dimostarre che l’effetto serra nn esiste…chissà magari col senno di poi…ricordo cmq che quei suoi pezzi fecero molto scalpore, per nn dire altro, e nn solo qui su nIA… poi lo stesso i like co2 aveva il suo bel caratterino, ma nn ho mai pensato fosse un eretico…
simon
ice2020(Quote) (Reply)
@ice2020
L’ articolo era questo …http://daltonsminima.altervista.org/?p=12001.
Ma quello che amo di più é questo
http://daltonsminima.altervista.org/?p=12005 parla proprio dell metodo per calcolare la temperatura dei pianeti con la legge di Stefan-Bolzmann http://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Stefan-Boltzmann anche se lui citò Kirchhoff
————-
Eppure per la Terra si è applicato quel metodo, si è detto: “siccome
in base alla legge di Kirchhoff la Terra dovrebbe essere 33°C più
fredda, la differenza è data dall’atmosfera che trattiene il calore”.
Ma la sperimentazione lunare ha dimostrato che ciò è errato, e usare
la legge di Kirchhoff sui corpi solidi sferici in rotazione è un po’
come applicare le formule per calcolare le aree delle figure piane, al
calcolo dei volumi dei solidi.
Voi che direste se qualcuno volesse convincervi che il volume di un
cubo di 10 cm. di lato è pari alla somma delle aree delle sei facce
(600), anziché alla misura del lato elevata alla terza potenza (1000)?
Eppure è concettualmente quanto si è fatto per calcolare il calore
emesso dai pianeti irradiati dal Sole!
La prova ulteriore che la costante di Boltzmann e la legge di
Kirchhoff sono inapplicabili ai pianeti ed ai satelliti rotanti, è
fornita anche da un fatto che si è scoperto solo nel 1997, e cioè che
la stessa NASA (che pure ha usato spesso la costante di Boltzmann
nelle sue tavole per illustrare l’effetto-serra), fin dai primi anni
’60 aveva capito che non era possibile usare quel metodo per calcolare
con precisione le temperature lunari, e infatti NON lo usò quando si
trattò di mandare gli astronauti sulla Luna con le missioni Apollo!
Si è scoperto che la NASA utilizzò un algoritmo speciale con un
correttivo che teneva conto delle variazioni di radiazione solare
durante l’intera “giornata” lunare.
————-
Io invece sto cercando i punti deboli della teoria dell’ “effetto serra” per cercare di migliorare il modello, ma per farlo mi debbo studiare il modello iniziale e un bel pò di teoria. Forse il metodo NASA andrebbe bene!
Luci0(Quote) (Reply)
Il mio dubbio è che quei 50 metri non siano significativi. Perché potrebbero essere troppi, e allora avresti troppa capacità termica, o troppo pochi, e ne avresti troppo poca. In entrambi i casi ottieni un risultato che dipende dal caso (o dal c**o se preferisci :)) e non dalla realtà delle cose…
Però fallo, e vediamo cosa esce! 😉
Kjai(Quote) (Reply)
Io credo che parlare di effetto serra non chiarisca il fenomeno fisico e generi confusione.
Una serra è un luogo chiuso, in cui il calore resta intrappolato perché non c’è convezione. La Terra non è una serra.
Però un effetto riscaldante da parte dell’atmosfera esiste: il calore emesso dalla Terra come radiazione infrarossa (calore) viene in parte captato dai gas presenti nell’atmosfera (soprattutto l’acqua) che si riscaldano. Senza stare a fare troppa fisica, se l’atmosfera (lo strato di mezzo) si scalda è ragionevole che il pianeta si raffreddi meno velocemente.
Che poi lo chiamiamo effetto serra o effetto Minkiovsky chi se ne frega! 🙂
Ma mi sfugge una cosa. Il dubbio è sulla correttezza del calcolo per arrivare a -18 °C giusto?
Quindi invece che Corpo nero (-18 °C) + 33 °C (“effetto serra”) sarebbe: Corpo nero (-18 °C) + x °C (fenomeni vari) + y °C (“effetto serra”), con y << 33 °C?
Kjai(Quote) (Reply)
L’ articolo http://www.ilovemycarbondioxide.com/pdf/Greenhouse_Effect_on_the_Moon.pdf sull’ dell’ effetto serra sulla luna o meglio dell’ effetto “capacità termica” sulla luna.
Questa é già una prima conferma su quanto stavamo discutendo . Ovvero l’effetto capacità termica esiste e alla NASA lo hanno calcolato. A questo punto va semplicemente trovato il metodo con cui si calcola …
Luci0(Quote) (Reply)
Limpido e chiarissimo….
Bisogna tenere conto della conduzione termica del calore che di giorno penetra nel suolo, mentre di notte viene riemesso.
Per la luna l’effetto e’ clamoroso perchè giorno e notte sono molto lunghi.
Per la terra temo che sia meno efficace.
Però sulla terra c’e’ l’effetto del gas…
Ciao
Luca
nitopi(Quote) (Reply)
Sulla Terra l’effetto “capacità temica” é notevole perché c’é l’acqua che però si sposta e si mescola … mentre sulla Luna c’ é solo regolite in pratica ogni m2di suolo lunare é isolato orizzontalmente rispetto all’altro. Su Marte c’é tantissima CO2 ma la massa termica é ridotta l’ effetto capacità termica é scarso e nemmeno il mitico effetto serra riesce ad aumentare la temperatura.
Intuitivamente non si riesce ad avere un quadro decente, l’ unica cosa é proporre un modello di studio e ragionare su quello.
Luci0(Quote) (Reply)
sbergonz(Quote) (Reply)
@Luci0
Ci ho ripensato nella notte.
E’ molto plausibile, visto che la rotazione el la convezione atmosferica fanno un buon effetto di omogenizzazione , che si debba ragionare sulle variazioni stagionali… Se vai a ripescare il mio articolo sulla propagazione del calore e sulla misura della temperatura forse recuperiamo qualche formula 😉
ad occhio si dovrebbe considerare la propagazione attraverso 5-6 metri di rocia.
Per l’acqua il discorso e’ molto più complesso perchè buona parte del serbatoio si rimescola… bisognerebbe fare un differente modello per quello…. mo ci penso.
Ciao
Luca
nitopi(Quote) (Reply)
Ho trovato un articolo a livello universitario dove vengono analizzati tutti i vari modelli per spiegare il “mitico effetto serra” http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0707/0707.1161v4.pdf gli autori arrivano alla conclusione appunto che l’ effetto serra é un mito.
Il difetto di tale approccio é quello di non proporre un modello migliore che possa essere condiviso. Ovvero l’ effetto serra é il risultato di un modello errato e troppo semplicistico. Questo errore é diventato un dogma come nel medioevo quello della terra che é piatta, o che la terra é il centro dell’ universo. Bisogna però trovare un modello alternativo e possibilmente migliorativo !
Luci0(Quote) (Reply)
@nitopi
Io proverei con un modello ultra semplificato ovvero … un acqua non congelabile, calore specifico costante, bloccata su ogni mq di superficie o come fosse metallica, terra trasformata in prisma a 24 lati, oppure in un solido prismatico, a superfici piane, con rotazione a scatti di un ora.
Ogni faccia inizialmente é a 0°K o (meglio 3°K) in queste condizioni non può dissipare calore, quando la terra ruota di un questa porzione riceverà radiazione solare con una certa angolazione, e continuerà a scaldarsi in modo radiativo e già qui la cosa é complicata, perché in un ora la temperatura potrà aumentare solo compatibilmente alla capacità termica.
Luci0(Quote) (Reply)