Informazioni su questo esperimento
Senza la sua atmosfera, la Terra sarebbe una palla gelata a circa −18 °C. La luce solare attraversa facilmente l’aria e riscalda il suolo, ma il suolo caldo emette radiazione infrarossa, gran parte della quale viene assorbita da gas come il vapore acqueo e l’anidride carbonica, che ne rimandano una parte verso il basso. Questo effetto serra mantiene la temperatura media della superficie intorno ai 15 °C. Segui i flussi di energia, aggiungi anidride carbonica, modifica la quantità di luce solare riflessa e osserva la superficie riscaldarsi verso un nuovo equilibrio.
Obiettivi di apprendimento
- Descrivi i flussi di radiazione solare e infrarossa tra il Sole, l’atmosfera e la superficie.
- Spiega come i gas serra riscaldano la superficie senza creare energia.
- Spiega il bilancio radiativo e perché un pianeta si riscalda finché la radiazione in uscita non eguaglia la luce solare assorbita
- Spiega il ruolo dell’albedo e della retroazione del vapore acqueo
- Interpreta il riscaldamento previsto in caso di raddoppio dell’anidride carbonica
Come si usa
- 1Spegni l’atmosfera. Qual è la temperatura superficiale? Riaccendila. Quanto è più calda la Terra con un’atmosfera?
- 2Osserva le frecce in equilibrio. Verifica che l’energia che arriva alla superficie sia uguale a quella che ne esce.
- 3Scegli «Raddoppiato» (560 ppm). Di quanto si riscalda la superficie e quanto tempo ci vuole?
- 4Disattiva la retroazione del vapore acqueo e ripeti. Quale parte del riscaldamento è causata da questa retroazione?
- 5Aumenta l’albedo a 0,4, come se una porzione maggiore della Terra fosse coperta di ghiaccio o nuvole. Che cosa succede?
- 6Imposta l’anidride carbonica al livello attuale. Confronta il riscaldamento con gli 1,2 °C osservati dal 1850 circa.
Il modello
Ipotesi
- Un singolo strato atmosferico assorbe una frazione ε della radiazione infrarossa proveniente dalla superficie e riemette la stessa frazione alla propria temperatura, verso l’alto e verso il basso. Lascia passare direttamente la luce solare.
- Con la concentrazione preindustriale di CO₂, lo strato assorbe il 77,9 % della radiazione infrarossa, dando una temperatura di 15 °C. La CO₂ modifica questa frazione in modo da produrre il forzante standard.
- La retroazione del vapore acqueo aumenta l’assorbimento degli infrarossi dell’1 % per ogni kelvin di riscaldamento, producendo circa 3 °C con il raddoppio della CO₂, un valore vicino alla stima centrale della scienza del clima. Nuvole e ghiaccio sono rappresentati solo dal cursore dell’albedo.
- La capacità termica è quella di circa 100 m di oceano. L’oceano profondo, che ritarda il riscaldamento per secoli, è escluso.
Provalo in classe
- Q1Usa la legge di Stefan-Boltzmann per mostrare che la Terra senza atmosfera avrebbe una temperatura di circa 255 K.
- Q2Perché un gas serra riscalda la superficie ma raffredda l’alta atmosfera?
- Q3Spiega perché la retroazione del vapore acqueo amplifica il riscaldamento causato dall’anidride carbonica.
- Q4Perché la temperatura continua ad aumentare per diversi anni dopo che la concentrazione di anidride carbonica smette di crescere?
- Q5Lo scioglimento del ghiaccio marino riduce l’albedo. È un feedback positivo o negativo? Spiegalo.
Domande frequenti
L’effetto serra viola la conservazione dell’energia?
No. La superficie riceve la luce solare e anche la radiazione di ritorno dall’atmosfera, quindi deve essere più calda per riemettere tutta quell’energia. Al limite superiore dell’atmosfera, la Terra continua a emettere esattamente la stessa quantità di energia che assorbe.
Perché l’effetto dell’anidride carbonica è logaritmico?
Il centro della principale banda di assorbimento della CO₂ è già quasi opaco, quindi l’aggiunta di altro gas allarga la banda soprattutto ai margini. Ogni raddoppio aggiunge all’incirca lo stesso forzante, circa 3,7 W/m².
Quanto è realistico un modello a uno strato?
Stima abbastanza correttamente l’entità dell’effetto serra naturale e il riscaldamento dovuto al raddoppio della CO₂, il che lo rende un buon modello didattico. I modelli climatici reali rappresentano numerosi strati, nuvole, oceani e ghiacci, e indicano un intervallo probabile da 2,5 a 4 °C per il raddoppio della CO₂.