mercoledì 29 dicembre 2010

Il vero termostato

In questi giorni molto freddi, un normale termostato ordinario funziona al meglio. Mantenendo la temperatura di casa ad una soglia costante prestabilita, evita un'eccessiva dispersione di calore e un eccessivo consumo di energia, ma evita pure che - in caso di temperatura esterna molto fredda - si debba ricorrere a fonti di calore extra.
Il termostato non produce calore proprio, ma il suo ruolo è quello di accendere o spegnere la stufa a seconda che la temperatura di casa sia inferiore o superiore a quella prestabilita e regolata dallo stesso strumento. Se si volesse seguire con attenzione la temperatura della casa, vedremmo che non rimane costante al valore impostato, ma mostra piuttosto una sorta di "variabilità naturale" dal momento in cui la temperatura di casa scende al di sotto del valore impostato e poi oltrepassa questo limite in un lasso di tempo compreso fra i minuti e le decine di minuti, a causa dell'inerzia termica della casa e del fatto che il riscaldamento della stufa (se accesa) è più potente della costante perdita di calore verso l'esterno. Se il termostato viene improvvisamente impostato su un valore molto alto, la temperatura inizierà a salire con un un ritmo dettato dall'inerzia della casa e dalla forza della stufa. Ruotando il termostato di nuovo sul valore normale, il riscaldamento si ferma.

Provate a sostituire il termostato con il principale gas serra (GHG) non condensante (cioè la CO2 atmosferica, ma in misura minore anche gli altri GHG) e avrete una bella e stretta analogia con il controllo della temperatura globale della Terra.
La CO2 atmosferica svolge infatti un ruolo simile a quello del termostato di casa nel fissare la temperatura di equilibrio del pianeta e nel mantenere la sua struttura stabile (oggi ci sono persino prove geologiche in tal senso, ne parlerò in un futuro post dedicato). La principale differenza con lo strumento di casa è che la CO2 - in quanto essa stessa potente GHG - contribuisce a riscaldare la superficie terrestre mediante l'effetto serra globale, che può anche essere definito come la differenza fra la temperatura planetaria del corpo nero emettente radiazione infrarossa (in equilibrio con la radiazione solare assorbita) e la temperatura media globale alla superficie terrestre. Proprio l'assorbimento e l'emissione di radiazione ad onda lunga in atmosfera da parte dei GHG spiega la forte differenza suddetta, che - assumendo un albedo planetario costante - è di circa 33 gradi C (circa + 15 gradi C invece dei - 18 gradi C che emergono dalla legge di Boltzmann).

Ed è proprio questo riscaldamento sostenuto che consente al vapore acqueo e alle nubi di mantenere la loro distribuzione più o meno stabile e costante in atmosfera, così come gli effetti di feedback amplificanti il riscaldamento iniziale fornito dai GHG non condensanti e, nel processo, il grosso dell'effetto serra terrestre totale (senza questo riscaldamento iniziale fornito in primis dalla CO2 l'atmosfera sarebbe quindi priva dei più potenti GHG!).
L'allocazione dei diversi contributi all'effetto serra, infatti, ci ricorda che l'acqua, come si sa, ha l'effetto più forte: circa il 50% è attribuibile al contribuente dominate, cioè il vapore, il 25% alle nuvole e circa il 20% alla CO2 che è il primo e più importante gas serra non condensante e quindi - a differenza dell'acqua - forzante e non (solo) feedback in quanto tale.

Gli effetti radiativi associati alla formazione di vapore ai livelli di quasi-saturazione e alla successiva condensazione in nubi sono molto più forti rispetto al livello di equilibrio del forcing radiativo dei GHG non condensanti e questo si traduce in grandi fluttuazioni termiche locali che - insieme alle risposte similmente non lineari che coinvolgono la capacità e l'inerzia termica dell'oceano - costituiscono il core della "variablità naturale" regionale tipica del sistema climatico su scala interannuale e decennale (e che tanto intrigano top researchers come Trenberth).
Tutto questo sottostà però all'incognita della spada di Damocle: se la temperatura di equilibrio globale terrestre verrà mantenuta fissa è un conto; se sarà costretta e forzata anche in futuro a riequilibrarsi in risposta alle variazioni dei livelli di GHG atmosferici è tutto un altro conto.

E il conto del main non-condensing GHG è alquanto inquietante, il seguente grafico animato (video h/t Cassandra) è davvero molto illuminante ed esplicito a riguardo: il respiro del pianeta o la rana che bolle (come ha giustamente segnalato un lettore nel blog di Bardi) ma io direi forse l'acqua calda nella pentola, la rana saremmo noi :-D
Insomma: il termostato al lavoro, a senso unico.

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