Riscaldamento globale

La suddivisione dell’atmosfera terrestre
Tradizionalmente l’atmosfera della Terra si divide in diversi gusci, in funzione della sorgente di energia dominante e della distanza dalla superficie:

Troposfera
Contiene il 90% della massa della Terra ed è la sede dei fenomeni meteorologici. Viene riscaldata dall’irraggiamento infrarosso del suolo e la temperatura decresce con l’altezza. Si estende in altezza fino a 10-15 km. L’aria riscaldata sale, si raffredda e scende verso verso il suolo dove viene nuovamente riscaldata e sale raffreddandosi, e così via, originando un rimescolamento continuo. La temperatura scende di circa 6°C per chilometro e si stabilizza a -60°C nella parte alta della Troposfera (detta Tropopausa).

Stratosfera
È situata subito sopra la Troposfera. I movimenti sono molto più deboli e la temperatura è quasi uniforme, attorno a -60°C. Non esiste praticamente il rimescolamento verticale, l’acqua è ghiacciata e l’aria è molto secca. La zona limite tra Troposfera e Stratosfera (cioè la Tropopausa) è la sede dei venti laminari di alta velocità (le correnti a getto o jet-streams) che percorrono tutto il globo come importantissime componenti della circolazione generale dell’atmosfera. Ad un’altezza compresa tra 20 e 50 km l’assorbimento dei raggi ultravioletti solari crea uno strato di ozono (O₃) senza il quale la vita sulla terra sarebbe impossibile. Il riscaldamento di questo guscio è assicurato dai raggi ultravioletti che formano e distruggono l’ozono.

Mesosfera
È lo strato che sovrasta la Stratosfera, all’interno del quale la temperatura decresce. Nel caso della Terra (ma non per altri pianeti) la Mesosfera è separata dalla Stratosfera da un guscio praticamente isotermo (Stratopausa). La produzione di ozono decresce con l’altezza, mentre l’anidride carbonica (CO₂) gioca un ruolo sempre più importante nell’assorbire l’irraggiamento infrarosso, il che blocca la diminuzione della temperatura: siamo a circa 90 km di altezza, nella Mesopausa.

Termosfera
È la zona situata al di sopra dei 90 km ed è definita come la regione esterna dove la temperatura cresce di nuovo a causa dell’assorbimento della radiazione solare. L’energia assorbita serve alla fotodissociazione e alla fotoionizzazione dell’ossigeno molecolare (O₂). Questo meccanismo porta la temperatura a circa 1000°C attorno ai 250 km di altezza (bisogna notare che queste temperature sono legate all’agitazione termica delle particelle: non c’è la sensazione “fisica” del caldo perchè la materia è molto rarefatta).

Ionosfera
Situata al di sopra di 80 km di altezza, è la regione dove moltissimi atomi sono ionizzati e quindi dove il gas contiene nuclei atomici carichi positivamente ed elettroni carichi negativamente. Gli ioni sono tanto numerosi che questo strato condiziona pesantemente il passaggio delle onde radio. Questa zona fu scoperta nel 1901 tramite le comunicazioni radio attraverso l’Atlantico: infatti, a causa della riflessione delle onde radio corte da parte della ionosfera, è possibile comunicare con zone che non sarebbero raggiungibili se le onde radio viaggiassero in linea retta, senza riflessioni. Anche Venere e Marte possiedono una ionosfera.

Esosfera
È la regione dalla quale un atomo può allontanarsi dalla Terra senza incontrare un altro atomo. È il limite fisico dell’atmosfera.

Magnetosfera
vasta regione esterna alla Terra nella quale l’atmosfera è un plasma. All’interno di questa cavità domina il campo magnetico terrestre che cattura particelle cariche provenienti sia dal Sole che dall’ambiente terrestre. Si comporta come un guscio protettivo rispetto alle particelle cariche molto energetiche che provengono dal Sole.

Nasa, il buco dell’ozono si sta riducendo: è il 20% più piccolo rispetto …

Entropia

Se il primo principio della termodinamica si può formulare in maniera generale dicendo che l’energia totale dell’Universo è costante, per il secondo principio questa energia non può trasformarsi liberamente da una forma a un’altra, ma esistono delle limitazioni. Per esempio, l’energia termica non può passare da un corpo più freddo a uno più caldo, o meglio è estremamente improbabile che questo accada. Inoltre, sempre per il secondo principio della termodinamica, la produzione di lavoro è sempre accompagnata da un riscaldamento. Questo significa che esiste nell’Universo una tendenza spontanea al passaggio verso una forma di energia (il calore) che non è completamente ritrasformabile in un’altra forma di energia, cioè una tendenza verso una forma “degradata” di energia, che non è più utilizzabile.

sorridi In accordo con il secondo principio della termodinamica, si può dire quindi che esiste nei sistemi fisici una tendenza alla degradazione dell’energia e quindi alla sua dispersione nell’ambiente. Questo concetto è strettamente legato al fatto che ogni trasformazione fisica spontanea avviene in un verso determinato: per esempio, il calore passa da un corpo più caldo a uno più freddo, ma non viceversa; l’acqua presente su una superficie libera tende a evaporare, ma il vapore acqueo prodotto non tende spontaneamente a ritrasformarsi in liquido; una palla lasciata rimbalzare al suolo tende a cadere verso il basso, fino a fermarsi a causa dell’attrito. Il processo inverso di questi tre esempi è in accordo con il primo principio della termodinamica, perché l’energia di un sistema in cui il calore passa da un corpo più freddo a uno più caldo, per esempio, si conserva, ma non lo è con il secondo.

Si consideri un sistema fisico costituito da un recipiente contenente un gas, libero di espandersi in un altro contenitore vuoto, collegato al primo tramite una valvola (v. fig. 14.4): inizialmente tutte le molecole del gas si trovano nel primo contenitore, ma se la valvola viene aperta il gas tende spontaneamente a passare nel secondo contenitore, e le sue molecole si distribuiscono uniformemente all’interno dell’intero volume disponibile, rappresentato dai due contenitori. Nulla vieta che le molecole del gas restino nel primo contenitore, o, analogamente, si trasferiscano interamente nel secondo, svuotando il primo, ma questo non accade. Una volta che il processo è avvenuto, ovvero una volta che tutte le molecole si sono uniformemente distribuite all’interno dei due contenitori, è altamente improbabile che il sistema ritorni spontaneamente allo stato di partenza, ovvero che tutte le molecole del gas ritornino spontaneamente nel primo contenitore. Il processo dunque è irreversibile.

Il sistema tende spontaneamente a passare da un iniziale stato più ordinato (tutte le molecole nel primo contenitore) a uno finale più disordinato (le molecole distribuite uniformemente nei due contenitori). Un esempio analogo è quello del passaggio del calore da un corpo più caldo a uno più freddo, che, una volta avvenuto, non tende spontaneamente a verificarsi in senso contrario: anche in questo caso il sistema è passato da uno stato iniziale di ordine (un corpo caldo e uno freddo) a uno stato finale di disordine (i due corpi a uguale temperatura) e il processo non avviene spontaneamente in senso inverso, ovvero è irreversibile.

Generalizzando, si può dire che un sistema fisico isolato soggetto a trasformazioni spontanee tende verso il suo stato di massimo disordine. Per chiarire questo concetto viene introdotta in fisica una grandezza, detta entropia e indicata solitamente con S, che esprime il grado di disordine di un sistema fisico. In termini di entropia, il secondo principio della termodinamica si formula dicendo che ogni trasformazione spontanea di un sistema fisico isolato è irreversibile e porta a un aumento dell’entropia. L’entropia è una funzione di stato, ovvero dipende solo dallo stato iniziale e finale del sistema, ed è indipendente dal tipo di trasformazioni subite dal sistema nel passare da uno stato all’altro. In un sistema termodinamico che subisce una trasformazione, la variazione di entropia di un processo reversibile si definisce come il rapporto tra la quantità di calore scambiato dal sistema e la temperatura assoluta a cui avviene lo scambio.

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A questo punto ho bisogno di condividere un’ipotesi nata mentre leggevo la recente edizione del Prof. Giorgio Nebbia. Sottolineo, un’ipotesi del tutto empirica e opinabile. Visto che in questo periodo il buco nell’ozono si sta riducendo, mi sto chiedendo se si potrebbe usufruire dello spazio ancora aperto per irraggiare, disperdere la quantità di entropia, surriscaldamento, che abbiamo causato.

Per un momento, solo per un momento, si potrebbe guardare alla terra non più come un sistema chiuso, isolato, ma ad un sistema semiaperto? ( vista anche la reciproca interazione con la Luna ). Mi viene in mente il tubo di scappamento del motore a combustione interna. Nell’evoluzione dell’intero sistema siamo passati dal pensiero analitico lineare al pensiero sistemico. Per questa funzione di…..pulizie di Pasqua, forse sarebbe utile connettere il pensiero Cartesiano riduzionista al pensiero sistemico?