Conoscere i principali gas serra e la loro influenza sul riscaldamento globale

I gas serra (GHG) sono gas che assorbono parte dei raggi solari e li ridistribuiscono sotto forma di radiazioni nell'atmosfera, riscaldando il pianeta in un fenomeno chiamato effetto serra. I principali gas serra che abbiamo sono: CO2, CH4, N2O, O3, alocarburi e vapore acqueo.

Il nome effetto serra è stato dato in analogia al riscaldamento generato dalle serre, normalmente in vetro, durante la coltivazione delle piante. Il vetro permette il libero passaggio della luce solare e questa energia viene in parte assorbita, in parte riflessa. La parte assorbita ha difficoltà a passare nuovamente attraverso il vetro, essendo irradiata di nuovo nell'ambiente interno.

Lo stesso ragionamento può essere utilizzato per riscaldare la Terra, dove i gas serra svolgono il ruolo di vetro. Il sole, essendo la principale fonte di energia della Terra, emette un insieme di radiazioni chiamate spettro solare. Questo spettro è composto da radiazione luminosa (luce) e radiazione calorifica (calore), in cui spicca la radiazione infrarossa. La radiazione luminosa è di breve lunghezza d'onda, passa facilmente attraverso l'atmosfera, mentre la radiazione infrarossa (radiazione calorifica) ha una lunghezza d'onda lunga, avendo difficoltà ad attraversare l'atmosfera ed essere assorbita dai gas serra durante questa operazione.

Guarda questo video prodotto da Minuto da Terra su come funzionano davvero i gas serra:

Guarda anche il video del portale eCycle sul problema:

Perché è preoccupante l'intensificazione dell'effetto serra?

L'effetto serra, come spiegato, è un fenomeno naturale che permette la vita sulla Terra come la conosciamo, poiché senza di essa il calore sfuggirebbe, provocando un raffreddamento che renderebbe il pianeta inabitabile per molte specie.

Il problema è che questo effetto si è notevolmente intensificato a causa delle azioni umane: nel 2014 è stato registrato un record di emissioni di CO2 nell'atmosfera, secondo l'Organizzazione meteorologica mondiale (WMO). Questa intensificazione è dovuta principalmente alla combustione di combustibili fossili, da parte di industrie e automobili, all'incendio di foreste e bestiame, con conseguente riscaldamento globale.

Secondo l'OMM, negli ultimi 140 anni la temperatura media globale è aumentata di 0,7 ° C. Anche se non sembra molto, è stato sufficiente a causare un cambiamento climatico significativo. E la previsione è che, se il tasso di inquinamento continua ad aumentare al ritmo attuale, nel 2100 la temperatura media aumenterà da 4,5 ° C a 6 ° C.

Questo aumento della temperatura globale provoca lo scioglimento di grandi masse di ghiaccio nelle regioni polari, provocando un aumento del livello del mare, che può portare a problemi come la sommersione delle città costiere e la migrazione forzata di persone; aumento delle catastrofi naturali come uragani, tifoni e cicloni; desertificazione di aree naturali; siccità più frequenti; cambiamenti nei modelli di pioggia; problemi nella produzione alimentare, poiché le variazioni di temperatura possono influenzare le aree produttive; e l'interferenza con la biodiversità, che può portare all'estinzione di diverse specie. Possiamo quindi vedere che il riscaldamento globale è più di un aumento della temperatura: è correlato ai più svariati cambiamenti climatici.

Quali sono i principali gas che provocano questo effetto?

1. CO2

L'anidride carbonica è un gas liquefatto, incolore, inodore, non infiammabile, idrosolubile, leggermente acido e identificato dall'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) come il principale contributore al riscaldamento globale, essendo in Il 78% delle emissioni umane e rappresenta il 55% delle emissioni globali di gas serra totali.

Questo gas è prodotto naturalmente nella respirazione, dalla decomposizione di piante e animali e dalla combustione naturale nelle foreste. La sua produzione è naturale ed essenziale alla vita, il problema sta nel grande aumento di questa produzione di CO2, che danneggia il pianeta.

L'uomo è in gran parte responsabile di questo aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera. La combustione di combustibili fossili e la deforestazione sono le due attività principali che contribuiscono all'elevato rilascio di questo gas nell'atmosfera.

La combustione di combustibili fossili, sostanze di origine minerale formate da composti di carbonio, tra cui carbone minerale, gas naturale e derivati del petrolio, come benzina e gasolio, utilizzati per generare elettricità ed alimentare automobili, sono i responsabile dell'esagerata emissione di anidride carbonica nell'atmosfera, provocando inquinamento e alterazione dell'equilibrio termico del pianeta. La deforestazione è anche responsabile di provocare uno squilibrio di anidride carbonica nell'atmosfera, perché oltre a rilasciare gas bruciando la legna, riduce il numero di alberi responsabili della fotosintesi, che assorbono la CO2 presente nell'atmosfera.

L'intensificazione dell'effetto serra non riguarda solo la vita terrestre, ma ha anche un impatto importante sulla vita marina. Il riscaldamento dell'acqua di mare agisce direttamente sui coralli. I coralli sono cnidari che vivono in simbiosi con un'alga del genere Symbiodinium(zooxantelle). Queste alghe alloggiano nelle cavità dell'esoscheletro di carbonato di calcio (colorazione bianca) dei coralli, che le aiutano a rimuovere la luce solare che penetra nelle acque marine, e l'energia in eccesso prodotta dalla fotosintesi di queste alghe viene trasferita al corallo ( oltre a dargli colore). Quando la temperatura dell'acqua di mare aumenta, queste alghe iniziano a produrre sostanze chimiche tossiche per il corallo. Per difendersi, lo cnidario ha la strategia di espellere le alghe. Il processo di espulsione è traumatico e l'energia in eccesso che le alghe hanno dato al corallo scompare durante la notte. Il risultato è lo sbiancamento e la morte di questi coralli (vedi di più nel nostro articolo "Il cambiamento climatico porterà allo sbiancamento dei coralli, avvertimento delle Nazioni Unite").

Gli studi dimostrano che il bestiame e i suoi sottoprodotti sono responsabili di almeno 32 miliardi di tonnellate di anidride carbonica (CO2) all'anno, o il 51% di tutte le emissioni di gas a effetto serra nel mondo. "Ben oltre lo sfruttamento animale: l'allevamento del bestiame promuove il consumo di risorse naturali e danni ambientali su scala stratosferica"

Inoltre, l'elevata concentrazione di CO2 fa aumentare la sua pressione parziale in relazione alla miscela di gas nell'atmosfera, che accelera il suo assorbimento a diretto contatto con un liquido, come nel caso degli oceani. Questo maggiore assorbimento provoca uno squilibrio, poiché la CO2, a contatto con l'acqua, forma acido carbonico (H2CO3), che si scompone e rilascia ioni H + (responsabili dell'aumento di acidità del mezzo), ioni carbonato e bicarbonato, saturando il Oceano. L'acidificazione degli oceani è responsabile di ostacolare la capacità degli organismi calcificanti di formare gusci, portandoli alla loro scomparsa (vedi di più nel nostro articolo "Acidificazione degli oceani: un grave problema per la vita sul pianeta").

Inoltre, la CO2 ha un lungo tempo di permanenza nell'atmosfera, che varia da 50 a 200 anni; quindi, anche se riuscissimo a smettere di emetterlo, ci vorrebbe molto tempo prima che il pianeta si riprenda. Ciò mostra la necessità di ridurre il più possibile le emissioni, consentendo di assorbire naturalmente l'anidride carbonica dagli oceani e dalla vegetazione, principalmente dalle foreste, e utilizzando tecniche per neutralizzare la CO2 già emessa.

Come l'anidride carbonica, altri gas serra hanno un impatto sul pianeta. Per costruire un modello comparativo tra i potenziali di riscaldamento globale di questi gas, è stato creato il concetto di carbonio equivalente (CO2-equivalente). Questo concetto si basa sulla rappresentazione degli altri gas serra nella CO2, quindi l'effetto serra di ogni gas nella CO2 viene calcolato moltiplicando la quantità di un gas per il suo potenziale di riscaldamento globale (GWP) , che è correlata alla capacità di ciascuno di essi di assorbire calore nell'atmosfera (efficienza radiativa) in un dato tempo (solitamente 100 anni), a fronte della stessa capacità di assorbimento del calore da parte della CO2.

2. CH4

Il metano è un gas incolore, inodore, con poca solubilità in acqua e che diventa una miscela altamente esplosiva se aggiunto all'aria. È il secondo gas serra più importante e contribuisce per circa il 18% al riscaldamento globale. La sua concentrazione oggi è di circa 1,72 parti per milione per volume (ppmv), con un aumento dello 0,9% all'anno.

La sua produzione mediante processi naturali proviene principalmente da paludi, attività termiti e oceani. L'aumento della sua concentrazione in atmosfera, però, è dovuto principalmente a processi biologici, come la decomposizione anaerobica (in assenza di ossigeno) degli organismi, la digestione animale e la combustione di biomasse, oltre ad essere presenti nelle discariche, nel trattamento dei reflui liquidi e nelle discariche. , nell'allevamento del bestiame, nelle risaie, nella produzione e distribuzione di combustibili fossili (gas, petrolio e carbone) e nei bacini idroelettrici.

Tra gli output derivanti dai fattori umani, è stato valutato dall'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) che la metà di tutte le emissioni di metano proviene dall'agricoltura, dallo stomaco di bovini e ovini, da depositi di escrementi usati come fertilizzanti e anche da piantagioni di riso. Poiché la crescita della popolazione tende solo ad aumentare, così fa il rilascio di metano.

Il metano ha un tempo di permanenza nell'atmosfera più breve (dieci anni) rispetto all'anidride carbonica, tuttavia il suo potenziale di riscaldamento è molto maggiore, avendo un impatto 21 volte maggiore rispetto alla CO2 (vedi di più nel nostro articolo "Il gas metano incendi e minaccia 2 gradi "). Oltre all'elevata capacità di assorbire la radiazione infrarossa (calore), il metano genera altri gas serra, come CO2, O3 troposferico e vapore acqueo stratosferico. Se ci fossero uguali quantità di metano e anidride carbonica nell'atmosfera, il pianeta sarebbe inabitabile.

Un grande assorbimento di questo gas serra avviene attraverso la reazione chimica tra esso e il radicale idrossile (OH) nella troposfera, responsabile della rimozione di oltre il 90% del metano emesso. Questo processo è naturale, ma influenzato dalla reazione dell'idrossile con altre emissioni di gas generati dall'uomo, principalmente monossido di carbonio (CO) e idrocarburi emessi dai motori dei veicoli. Oltre a questo, ci sono altri due pozzi più piccoli, che vengono assorbiti da terreni aerati e trasportati nella stratosfera. Affinché il metano stabilizzi le sue concentrazioni presenti nell'atmosfera, sarebbe necessaria un'immediata riduzione dal 15 al 20% delle emissioni globali.

3. N2O

Il protossido d'azoto è un gas incolore, con un odore gradevole, basso punto di fusione e di ebollizione, non infiammabile, non tossico e con bassa solubilità. È uno dei principali gas che contribuiscono all'intensificazione dell'effetto serra e al conseguente riscaldamento globale. Sebbene le emissioni siano basse rispetto ad altri gas, il suo effetto serra è circa 300 volte più intenso di quello della CO2 e rimane nell'atmosfera per molto tempo - circa 150 anni. N2O è in grado di assorbire una quantità di energia molto elevata, essendo il gas che provoca la maggior distruzione nello strato di ozono, responsabile della protezione della superficie terrestre dai raggi ultravioletti.

N2O può essere prodotto naturalmente da foreste e oceani. Il suo processo di emissione avviene durante la denitrificazione del ciclo dell'azoto. L'azoto (N2) presente nell'atmosfera viene catturato dalle piante e convertito in ammoniaca (NH3) o ioni ammonio (NH4 +) in un processo chiamato nitrificazione. Queste sostanze vengono depositate nel terreno e utilizzate successivamente dalle piante. L'ammoniaca depositata può subire un processo di nitrificazione generando nitrati. E, attraverso il processo di denitrificazione, i microrganismi presenti nel suolo possono trasformare i nitrati in azoto gassoso (N2) e protossido di azoto (N2O), emettendoli nell'atmosfera.

La principale fonte umana di emissioni di protossido di azoto è l'attività agricola (circa il 75%), mentre la produzione energetica e industriale e la combustione di biomasse contribuiscono per circa il 25% alle emissioni. L'IPCC sottolinea che circa l'1% del fertilizzante azotato utilizzato nelle piantagioni finisce nell'atmosfera sotto forma di protossido di azoto.

Nell'attività agricola ci sono tre fonti di produzione di N2O: suoli agricoli, sistemi di produzione animale ed emissioni indirette. L'aggiunta di azoto al suolo può avvenire attraverso l'uso di fertilizzanti sintetici, letame animale o residui colturali. E il suo rilascio può avvenire tramite processi di nitrificazione e denitrificazione effettuati da batteri nel suolo, o tramite decomposizione del letame. Le emissioni indirette possono verificarsi, ad esempio, a causa dell'aumento della produzione di N2O nei sistemi acquatici, a seguito di un processo di lisciviazione (erosione con lavaggio dei nutrienti) dai terreni agricoli.

Nella produzione di energia, i processi di combustione possono formare N2O bruciando carburante e ossidando N2 atmosferico. Grandi quantità di questo gas serra vengono emesse dai veicoli dotati di convertitori catalitici. La combustione della biomassa rilascia N2O durante la combustione della vegetazione, la combustione dei rifiuti e la deforestazione.

C'è ancora una piccola, ma significativa, emissione di questo gas nell'atmosfera che proviene dai processi industriali. Questi processi includono la produzione di acido adipico e acido nitrico.

Un pozzo naturale per questo gas sono le reazioni fotolitiche (in presenza di luce) nell'atmosfera. Nella stratosfera, la concentrazione di protossido di azoto diminuisce con l'altezza, stabilendo un gradiente verticale nella sua velocità di miscelazione. Una frazione di N2O emessa sulla superficie si decompone, principalmente a causa della fotolisi ultravioletta, quando entra nella stratosfera, attraverso la tropopausa.

Secondo l'IPCC, per stabilizzare le attuali concentrazioni di protossido di azoto dovrebbe esserci una riduzione immediata di circa il 70-80% della sua produzione.

4. O3

L'ozono stratosferico è un inquinante secondario, cioè non viene emesso direttamente dalle attività umane, ma si forma per reazione con altri inquinanti rilasciati nell'atmosfera.

Nella stratosfera, questo composto si trova naturalmente e ha l'importante funzione di assorbire la radiazione solare e impedire l'ingresso della maggior parte dei raggi ultravioletti. Tuttavia, quando si forma nella troposfera dalla giunzione di altri inquinanti, è altamente ossidante e dannoso.

L'ozono troposferico può essere ottenuto in quantità limitate a causa dello spostamento dell'ozono stratosferico e in quantità maggiori da complesse reazioni fotochimiche associate all'emissione di gas da parte dell'uomo, normalmente biossido di azoto (NO2) e composti organici volatili. Questi inquinanti vengono rilasciati principalmente nella combustione di combustibili fossili, nella volatilizzazione dei combustibili, nella zootecnia e nell'agricoltura.

Nell'atmosfera, questo composto contribuisce attivamente all'intensificazione dell'effetto serra, con un potenziale maggiore della CO2, ed è responsabile del fumo grigio nelle città. La sua elevata concentrazione può portare problemi alla salute umana, i cui effetti principali sono il peggioramento dei sintomi di asma e carenza respiratoria, nonché altre malattie polmonari (enfisema, bronchite, ecc.) E cardiovascolari (arteriosclerosi). Inoltre, un lungo tempo di esposizione può causare una riduzione della capacità polmonare, lo sviluppo di asma e una riduzione dell'aspettativa di vita.

5. Alocarburi

Gli alocarburi più noti in questo gruppo di gas sono i clorofluorocarburi (CFC), gli idroclorofluorocarburi (HCFC) e gli idrofluorocarburi (HFC).

Il clorofluorocarburo è una sostanza artificiale a base di carbonio che contiene cloro e fluoro. Il suo utilizzo iniziò intorno agli anni '30, in alternativa all'ammoniaca (NH3), in quanto meno tossica e non infiammabile, nell'industria della refrigerazione e del condizionamento, schiume, aerosol, solventi, prodotti per la pulizia ed estintori.

Questi composti erano considerati inerti fino agli anni '70, quando si scoprì che causavano buchi nello strato di ozono. La diminuzione dello strato di ozono favorisce l'ingresso dei raggi ultravioletti che provocano l'effetto serra e, allo stesso tempo, aumentano i rischi per la salute umana, come nel caso dei tumori della pelle dovuti ad un'eccessiva esposizione solare.

Con questi dati, il Brasile, tra gli altri paesi, ha aderito alla Convenzione di Vienna e al Protocollo di Montreal nel 1990, impegnandosi con il Decreto 99.280 / 06/06/1990 ad eliminare completamente i CFC entro gennaio 2010, tra le altre misure . Gli obiettivi non sono stati raggiunti, ma c'è una grande tendenza attuale di invertire i danni allo strato di ozono, come riportato dal Programma di sviluppo delle Nazioni Unite (UNDP). L'aspettativa è che, entro il 2050, il livello verrà ripristinato ai livelli precedenti al 1980.

La distruzione dello strato di ozono da parte di questi composti è notevole. La degradazione dello strato avviene nella stratosfera, dove la luce solare fotolizza questi composti, rilasciando atomi di cloro che reagiscono con l'ozono, diminuendone la concentrazione nell'atmosfera e distruggendo lo strato di ozono.

Innanzitutto, l'ozono si degrada attraverso la decomposizione delle molecole di CFC attraverso la radiazione solare nella stratosfera:

CH3Cl (g) → CH3 (g) + Cl (g)

Quindi, gli atomi di cloro che sono stati rilasciati reagiscono con l'ozono, secondo la seguente equazione:

Cl (g) + O3 → ClO (g) + O2 (g)

Il ClO (g) formato reagirà di nuovo con atomi privi di ossigeno, formando più atomi di cloro, che reagiranno con l'ossigeno e così via.

ClO (g) + O (g) → Cl (g) + O2 (g)

Poiché la reazione degli atomi di cloro con l'ozono avviene 1.500 volte più velocemente della reazione tra atomi privi di ossigeno presenti nell'atmosfera che decompongono l'ozono, si verifica un'intensa distruzione dello strato di ozono. Pertanto, un atomo di cloro è in grado di distruggere 100 molecole di ozono.

Per sostituire l'uso di CFC, sono stati prodotti HCFC, che sono molto meno dannosi per lo strato di ozono, ma causano comunque danni e contribuiscono in modo determinante all'intensificazione dell'effetto serra.

I gas HFC interagiscono con i gas serra, contribuendo al riscaldamento globale. Questi gas hanno un'efficienza radioattiva molto superiore a quella dell'anidride carbonica, secondo il confronto con il Global Warming Potential (GWP). Lo sviluppo di questi composti ha ridotto il problema della distruzione dello strato di ozono, ma ha aumentato la temperatura del pianeta, a causa del riscaldamento globale generato dall'emissione di questi composti.

Vedi anche il video prodotto dall'Istituto Nazionale per la Ricerca Spaziale (Inpe) sul degrado dello strato di ozono da CFC.

6. Vapore acqueo

Il vapore acqueo è il maggior contributore all'effetto serra naturale, poiché trattiene il calore presente nell'atmosfera e lo distribuisce in tutto il pianeta. Le sue principali fonti naturali sono le superfici di acqua, ghiaccio e neve, la superficie del suolo e le superfici di piante e animali. Il passaggio al vapore attraverso processi fisici di evaporazione, sublimazione e traspirazione.

Il vapore acqueo è un costituente dell'aria molto variabile, che cambia facilmente di fase a seconda delle condizioni atmosferiche prevalenti. Questi cambiamenti di fase sono accompagnati dal rilascio o assorbimento del calore latente, che, associato al trasporto del vapore acqueo attraverso la circolazione atmosferica, agisce nella distribuzione del calore nel globo.

Le attività umane hanno poca influenza diretta sulla quantità di vapore acqueo nell'atmosfera. L'influenza avverrà indirettamente, attraverso l'intensificazione dell'effetto serra derivante da altre attività.

L'aria fredda trattiene una piccola quantità di acqua rispetto all'aria calda, quindi l'atmosfera nelle regioni polari contiene poco vapore acqueo rispetto all'atmosfera nelle regioni tropicali. Quindi, se c'è un'intensificazione dell'effetto serra che genera un aumento della temperatura globale, ci sarà più vapore acqueo presente nell'atmosfera a causa di tassi di evaporazione più elevati. Questo vapore, a sua volta, tratterrà più calore, contribuendo all'intensificazione dell'effetto serra.

Cosa possiamo fare per ridurre l'intensificarsi di questo fenomeno?

L'elevata emissione di questi gas serra è il risultato delle attività umane secondo la principale linea di pensiero scientifico al lavoro. La sua diminuzione dipende da un cambiamento nell'atteggiamento di aziende, governi e persone. I cambiamenti nella cultura sono necessari per l'educazione finalizzata allo sviluppo sostenibile. È necessario che più persone inizino a cercare alternative che causano meno impatti e che coprano le autorità e le aziende che riducono l'emissione di gas.

In Brasile, le principali fonti di emissioni di gas serra (GHG), sia unità fisiche che processi che rilasciano alcuni gas serra nell'atmosfera, sono: deforestazione, trasporti, bestiame, fermentazione enterica, centrali elettriche alimentate a combustibili fossili e processi industriali.

La deforestazione è un importante contributo, che può essere mitigato dal rimboschimento e dall'uso di materiale riciclato. Per ogni tonnellata di carta riciclata, vengono salvati da 10 a 20 alberi. Ciò rappresenta un risparmio di risorse naturali (gli alberi non tagliati continuano ad assorbire CO2 attraverso la fotosintesi) e il riciclaggio della carta utilizza metà dell'energia necessaria per produrla con il processo convenzionale. Una lattina riciclata consente di risparmiare energia equivalente al consumo di un televisore acceso per tre ore.

Il settore dei trasporti è molto rilevante nelle emissioni da combustione di combustibili fossili, e può essere mitigato da tecnologie dominate e diffuse nel Paese, come l'etanolo e il biodiesel, dall'utilizzo di veicoli elettrici o alimentati da celle a idrogeno, o dall'utilizzo dei trasporti alternative, come bicicletta e metropolitana. Come nei trasporti, nelle centrali termoelettriche, anche la sostituzione dei combustibili fossili con energie più pulite, come quella della canna da zucchero, aiuta a ridurre l'emissione di questi gas.

La fermentazione enterica contribuisce all'emissione di gas dalla digestione dei ruminanti. Questa fonte può essere ridotta migliorando l'alimentazione del bestiame e migliorando il pascolo (adeguata fertilizzazione del suolo). Sostituire gli additivi alimentari con additivi che attaccano i protozoi nel rumine riduce le emissioni di metano dagli animali dal 10 al 40%. L'idea è che questi additivi uccidano i protozoi, che contribuiscono in gran parte alla produzione di idrogeno utilizzato dai batteri archea (presenti nell'intestino dei ruminanti). Poiché questi batteri guadagnano energia assorbendo idrogeno e anidride carbonica, in un processo che si traduce in metano, con meno idrogeno disponibile ci sarà una minore produzione di metano.

C'è anche la necessità di migliorare il processo di produzione delle industrie, alla ricerca di modi per avere un impatto minore e non emettere molti gas GHG.

Questi cambiamenti avverranno solo caricando le persone, quindi tutti devono spostarsi! Se non prendiamo provvedimenti immediati, pagheremo un prezzo molto alto per l'abbandono dei nostri atteggiamenti.