Bilancio energetico della Terra e forzatura radiativa dei cambiamenti climatici
Leggi questo articolo per conoscere il bilancio energetico sulla Terra e il forzamento radiativo dei cambiamenti climatici.
Introduzione:
La nostra terra riceve radiazioni a onde corte dal sole; un terzo dei quali viene riflesso e il resto viene assorbito dall'atmosfera, dagli oceani, dalla terra, dal ghiaccio e dal biota. L'energia che viene assorbita dalla radiazione solare è bilanciata a lungo termine dalla radiazione uscente dalla terra e dalla sua atmosfera.
Ma l'equilibrio tra l'energia assorbita ed emessa come radiazione infrarossa a onde lunghe può cambiare a causa di molti fattori naturali come la produzione di energia solare, le lente variazioni dell'orbita terrestre e fattori antropogenici che causano l'effetto serra, il riscaldamento globale, l'inverno nucleare e l'esaurimento di strato di ozono e buco dell'ozono in Antartide. L'assorbimento della radiazione infrarossa è generalmente chiamato forzante radiativo.
La nostra atmosfera è divisa in vari strati orizzontali. Ognuno è caratterizzato dalla pendenza del suo profilo di temperatura. A partire dalla superficie terrestre questi strati sono chiamati troposfera, stratosfera, mesosfera e termosfera. Nella troposfera e nella mesosfera la temperatura diminuisce con l'altitudine, mentre nella stratosfera e nella termosfera aumenta con l'altitudine.
Le altitudini di transizione che separano questi strati sono chiamate tropopausa, stratopausa e mesopause. Oltre l'80% della massa di atmosfera e tutte le nuvole di vapore acqueo e le precipitazioni si verificano nella troposfera. All'equatore potrebbe essere di circa 18 km ma scendere a 10-12 km a latitudini medie e ai poli potrebbe essere solo di circa 5-6 km. Nella troposfera, la temperatura normalmente diminuisce da 5 a 7 ° C per km.
Questa regione è in genere un luogo molto turbolento in quanto vi sono forti movimenti verticali che portano a una rapida e completa miscelazione di aria. Questa miscelazione migliora la qualità dell'aria perché riduce rapidamente i vari inquinanti. Sopra la troposfera c'è lo stratosphese, che è uno strato stabile di aria secca.
Gli inquinanti che entrano nella stratosfera possono rimanere lì per molti anni prima di essere reimmessi nella troposfera, dove vengono più facilmente dissipati e infine rimossi mediante sedimentazione o precipitazione. Nelle radiazioni stratosferiche le radiazioni ultraviolette vengono assorbite dall'ozono (O 3 ) e dall'ossigeno (O 2 ), in modo che l'aria venga riscaldata. L'inversione della temperatura risultante causa la stabilità di questa zona. La troposfera e la stratosfera rappresentano congiuntamente circa il 99, 9% della massa dell'atmosfera.
Dopo la stratosfera si trova la mesosfera. In questa regione anche l'aria si mescola abbastanza rapidamente. Sopra la mesosfera si trova la termosfera. Nella termosfera il riscaldamento è dovuto all'assorbimento di energia solare da parte dell'ossigeno atomico. Nella termosfera si trova una banda densa di particelle cariche, chiamata ionosfera. Riflette le onde radio sulla Terra, quindi prima dell'invenzione dei satelliti la ionosfera era particolarmente importante per le comunicazioni a livello mondiale.
Effetto serra:
Le radiazioni solari a onde corte con lunghezza d'onda inferiore a 3 μ m possono facilmente passare attraverso l'atmosfera, mentre le radiazioni terrestri a onda lunga emesse dalla superficie terrestre (più di 3 μm) sono parzialmente assorbite dal numero di gas traccia presenti nell'atmosfera. Questi gas traccia sono noti come gas serra. (GHG).
I principali gas serra sono il biossido di carbonio (CO 2 ), il metano (CH 4 ), il protossido di azoto (N 2 O), il vapore acqueo e l'ozono (O 3 ) presenti nella troposfera e nella stratosfera. Oltre a questi gas naturali ad effetto serra, negli ultimi decenni sono stati aggiunti anche clorofluorocarburi (CFC) e altri alocarburi nell'elenco, a causa di varie attività umane.
Quando le radiazioni solari o i raggi cosmici passano attraverso l'atmosfera sono influenzati da vari gas e aerosol nell'aria. Questi gas possono far passare l'energia radiante o i raggi solari attraverso i raggi non affetti, o disperdere i raggi per riflessione o possono fermarli assorbendo queste radiazioni in ingresso.
Allo stesso modo, questi gas assorbono anche le radiazioni infrarosse in uscita (1R) emesse dalla superficie terrestre. La maggior parte delle radiazioni termiche a onda lunga emesse da terra viene assorbita da gas a effetto serra radioattivamente attivi. Il vapore acqueo (H 2 O), un gas serra molto importante, assorbe fortemente le radiazioni termiche in meno di 8 μm e oltre i 18 μm, nonché le bande centrate a 2, 7 μm e 4, 3 μ m.
Tra 7 e 12 μm si trova una finestra atmosferica che è un cielo relativamente chiaro per le radiazioni terrestri in uscita. Le radiazioni in queste lunghezze d'onda passano facilmente attraverso l'atmosfera ad eccezione di una piccola ma piuttosto importante banda di assorbimento tra 9, 5 μm e 10, 6 μm, che è associata all'ozono. Tutta la radiazione solare in arrivo con lunghezza d'onda inferiore a 0, 3 μm, cioè la radiazione ultravioletta (UV), viene assorbita dall'ossigeno e dall'ozono.
Questo assorbimento delle radiazioni UV avviene nella stratosfera, che protegge la superficie terrestre dalle radiazioni ultraviolette nocive. I gas a effetto serra radioattivamente attivi assorbono la lunghezza d'onda superiore a 4 μm. A causa di questo assorbimento, l'atmosfera viene riscaldata e quindi irradia energia verso la terra e lo spazio come mostrato nel diagramma (figura 1). Questi gas serra agiscono come la coperta termica intorno al globo, aumentando la temperatura della superficie terrestre.
Il termine effetto serra si basa sul concetto di serra convenzionale in vetro. Il vetro trasmette facilmente le radiazioni solari a onde corte nella serra e assorbe tutte le radiazioni a onda lunga irradiate dall'interno della serra. Questo trapping delle radiazioni è in parte responsabile delle elevate temperature all'interno della serra. Gran parte di questo effetto è dovuto semplicemente alla riduzione del raffreddamento convettivo dello spazio interno causato dall'involucro. Il riscaldamento degli interni della tua auto dopo il parcheggio al sole è un altro semplice esempio di effetto serra.
Se la terra non avesse un effetto serra naturale, la sua temperatura media sarebbe di -19 ° C. Quindi possiamo dire che l'effetto serra è responsabile del riscaldamento della terra. Anche se l'effetto serra è un fenomeno naturale ed è stato presente da tempo immemorabile, ma dopo la rivoluzione industriale o possiamo dire che dagli anni '50 a causa della rapida industrializzazione, del taglio delle foreste per usi terrestri e, del tremendo aumento dei veicoli ecc. serra, i gas nell'ambiente sono aumentati molte volte a causa della quale la temperatura della terra sta aumentando a velocità molto più veloce. Questa è una delle principali cause di preoccupazione per tutti i paesi sviluppati e in via di sviluppo.
Forza radiativa del cambiamento climatico:
Anche se l'effetto serra è un fenomeno naturale che è responsabile per avere la temperatura terrestre a 34 ° C più alta di quella che sarebbe stata se non avesse gas radiativamente attivi nell'atmosfera. E 'abbastanza chiaro ora che le fonti di emissione di molti gas e aerosol prodotte dall'uomo stanno influenzando l'effetto serra, portando all'incertezza nella previsione del futuro clima globale Come mostrato nel modello del flusso energetico globale globale
L'energia solare in arrivo che viene assorbita dalla terra e dalla sua atmosfera è di 235 w / m 2, che è bilanciata da 235 w / m 2, di radiazione a onda lunga in uscita. Se per qualsiasi motivo viene aggiunta una quantità extra di energia all'energia radiante in arrivo, temporaneamente questo equilibrio sarà disturbato anche se, con il passare del tempo, il sistema climatico si adatterà a tale cambiamento aumentando o diminuendo la temperatura superficiale di terra, fino a quando l'equilibrio è riacquistato. Matematicamente possiamo rappresentare il processo come segue. Inizialmente il sistema bilanciato ha uguale energia solare in ingresso assorbita (Qabs) e energia radiante in uscita (Qrad)
Quando il sistema viene perturbato dal forzante radiativo cioè AF (w / m 2 ) dall'energia assorbita in arrivo, verrà stabilito un nuovo equilibrio nel tempo in modo che
qui i delta si riferiscono ai cambiamenti nella quantità di energie assorbite e radianti. Sottrarre 1 da 2 dà
Fino ad ora abbiamo descritto l'effetto serra come un fenomeno naturale a causa del quale la temperatura media della terra è di 34 ° C più alta di quella che sarebbe stata se non avesse gas radiativamente attivi nell'atmosfera. Il concetto di forzatura radiativa dei cambiamenti climatici può essere applicato all'accumulo di gas serra (GHG) nell'atmosfera a causa del quale l'equilibrio tra le radiazioni solari in entrata e le radiazioni terrestri in uscita viene disturbato.
Può anche essere applicato a cambiamenti di aerosol e particolato dovuti a fonti naturali e artificiali, esaurimento dell'ozono nella stratosfera, accumulo di ozono prodotto chimicamente nella troposfera e variabilità delle radiazioni solari che raggiungono l'atmosfera terrestre.
A causa di questi fattori sono possibili sia forzature positive che negative. La forzatura positiva contribuisce al riscaldamento globale mentre la forzatura negativa contribuisce al raffreddamento della terra. I gas e il particolato presenti nell'atmosfera sono in grado di esercitare effetti forzanti radiativi diretti e indiretti.
Il forzamento diretto è causato da sostanze nell'atmosfera che sono state effettivamente emesse da qualche fonte. Le forzature indirette sono quelle che si verificano quando quelle sostanze provocano tali altri cambiamenti atmosferici che influenzano le proprietà radiative dell'atmosfera.
Per esempio gli aerosol influenzano direttamente la forzatura assorbendo o riflettendo la radiazione solare, mentre esercitano anche un effetto indiretto inducendo cambiamenti nell'albedo delle nuvole. Allo stesso modo gli alocarburi come i clorofluorocarburi (CFC) esercitano anche effetti diretti e indiretti. L'effetto diretto degli alocarburi è un aumento del forzante radiativo perché questi gas, cioè il carbonio, il fluoro, il cloro e / o il bromo assorbono le radiazioni terrestri a grande onda dalla terra. Inoltre causano un effetto indiretto distruggendo l'ozono (O 3 ) nella stratosfera.
L'ozono viene assorbito nella finestra radiativa atmosferica di mezzogiorno, quindi la distruzione dell'ozono apre la finestra e consente alla terra di raffreddarsi più facilmente, quindi possiamo dire che l'effetto diretto degli alocarburi contribuisce al riscaldamento globale laddove il loro effetto indiretto di distruggere l'ozono aiuta a raffreddare il pianeta. Nella tabella di seguito riportata viene fornito il riepilogo delle stime correnti del forzante radiativo che sono dovute agli effetti diretti e indiretti dei gas serra, degli aerosol, del particolato e delle radiazioni solari.
I contributi degli halocarburi sono semplificati in questa figura poiché il loro effetto di raffreddamento indiretto associato alla distruzione dell'ozono non è incluso nei dati. Se si includono questi effetti indiretti, allora la forzatura totale degli alocarburi diventa effettivamente inferiore all'11%. Ora discuteremo di questi principali gas serra in dettaglio.
Anidride carbonica (CO 2 ):
Si tratta di un importante gas a effetto serra con la percentuale più alta, pari al 50-60% e rappresenta quasi i due terzi dell'attuale forzante radiativo. Le prime misurazioni precise e dirette dell'anidride carbonica atmosferica iniziarono nel 1957 al Polo Sud e nel 1958 a Monaloa, nelle Hawaii.
La concentrazione di CO 2 a quel tempo era di circa 315 ppm e cresceva quasi al ritmo di 1 ppm all'anno fino a metà degli anni ottanta e ora sta crescendo al ritmo di circa 1, 6 ppm / anno. La CO 2 viene prelevata dall'atmosfera dalle piante nel processo di fotosintesi come mostrato in questa equazione
In primavera e in estate la crescita delle piante è massima. Il livello di CO 2 scende e raggiunge il punto più basso verso ottobre nell'emisfero settentrionale. Nella respirazione, il processo che gli esseri viventi usano per ottenere energia, l'equazione di cui sopra è invertita. Nel complesso respiratorio le molecole organiche vengono decomposte restituendo carbonio all'atmosfera.
Nei mesi autunnali e invernali il tasso di respirazione supera il tasso di fotosintesi. Esiste una sostituzione netta di carbonio nell'atmosfera che si traduce in una concentrazione massima di CO 2 negli emisferi settentrionali intorno a maggio. Così il carbonio si sposta continuamente dall'atmosfera alla catena alimentare (nella fotosintesi) e ritorna all'atmosfera (nella respirazione).
La reazione per la respirazione è la seguente:
Le concentrazioni di CO 2 sono aumentate quasi del 30% rispetto a prima della rivoluzione industriale.
Metano (CH 4 ):
L'accumulo di metano nell'atmosfera rappresenta 0, 47 w / m 2 di forcing radiativo, che rappresenta il 19% del totale delle forzature dirette. In epoca preindustriale la concentrazione di metano nell'atmosfera era di circa 700 parti per miliardo (ppb) per molte centinaia di anni, ma nel 1800. la sua concentrazione aumentò rapidamente. Nel 1992 ha raggiunto 1714 ppb, che era quasi due volte e mezzo più dei livelli preindustriali.
Il metano è un gas naturale presente nell'atmosfera, ma la sua concentrazione è in rapido aumento a causa delle attività umane. Le fonti naturali di metano sono zone umide e gli oceani rilasciano 160 milioni di tonnellate di metano all'anno, mentre le fonti artificiali rappresentano circa 375 milioni di tonnellate di gas metano. Circa il 50% di antropogeniche, le emissioni di CH4 sono il risultato della produzione di cibo umano e circa il 27% è dovuto all'uso di combustibili fossili.
Man mano che la produzione di cibo e di energia aumenta per soddisfare la domanda di una popolazione in crescita, le emissioni di metano continueranno ad essere una frazione significativa del forzante radiativo totale. Lo schema a barre sottostante (figura 3) illustra il contributo percentuale di diverse fonti antropogeniche di emissioni di metano.
Il metano ha effetti sia diretti che indiretti sul forzante radiativo. Poiché il CH 4 ha una maggiore durata in atmosfera, continua ad assorbire la radiazione infrarossa per un tempo più lungo, aumentando il suo potenziale di riscaldamento globale. Vi è anche preoccupazione per la possibilità che, a causa del riscaldamento globale, una grande quantità di metano attualmente congelata nel permafrost nelle regioni più settentrionali del mondo possa essere liberata e consentire la decomposizione anaerobica di materia organica congelata nel permafrost producendo così più metano. Il riscaldamento dovuto al maggiore rilascio di metano potrebbe aggiungere al riscaldamento originale.
Ossido nitroso:
È un altro gas naturale presente in natura, che ha aumentato la concentrazione a causa delle attività umane. Nei periodi preindustriali la sua concentrazione era di 275 ppb. che attualmente è 312 ppb con un aumento del 13%. L'ossido nitroso viene rilasciato nell'atmosfera durante il processo di nitrificazione del ciclo dell'azoto.
L'ossido nitroso rappresenta il 6% del forzante radiativo. Le fonti naturali di N2O rilasciano circa 9 milioni di tonnellate di azoto nell'atmosfera ogni anno, con una parte maggiore proveniente dagli oceani e dai terreni umidi delle foreste. Le fonti artificiali contribuiscono per circa il 40% delle emissioni totali di N 2 O, ovvero 5, 7 milioni di tonnellate all'anno (IPCC, 1995), principalmente a causa dell'agricoltura tropicale.
La conversione delle foreste a praterie e l'uso di fertilizzanti azotati su terreni coltivati sono le principali fonti di emissioni di N 2 O. Altre fonti sono la combustione di carburanti contenenti N 2, convertitori catalitici a 3 vie nelle automobili e molti processi industriali come la produzione di nylon. N 2 O ha anche una lunga durata di vita atmosferica stimata a circa 120 anni, il che significa che le perturbazioni nel suo ciclo naturale avranno ripercussioni di lunga durata. Viene lentamente degradato nella stratosfera per fotolisi.
idrocarburi alogenati:
Queste sono molecole a base di carbonio che contengono cloro, fluoro o bromo. Questi sono potenti gas serra. Questi sono anche importanti dal punto di vista ambientale perché contribuiscono al riscaldamento globale e anche alla presenza di atomi di cloro e bromo che trovano la loro strada nella stratosfera e hanno la capacità di distruggere l'ozono in quello strato. Gli alocarburi includono clorofluorocarburi. (CFC) e idroclorofluorocarburi (HCFC).
I CFC sono non tossici, non reattivi e non infiammabili e insolubili in acqua. A causa della loro natura inerte, non vengono distrutti dalle reazioni chimiche né rimossi dalla troposfera dalle piogge. Quindi hanno una lunga vita atmosferica. Possono essere rimossi solo mediante fotolisi, ovvero la rottura di radiazioni solari a onde corte, che avvengono quando le molecole raggiungono la stratosfera.
Ma il cloro liberato dalla fotolisi dei CFC distrugge l'ozono stratosferico. Al fine di prevenire questa riduzione dell'ozono stratosferico, gli HCFC vengono introdotti al posto dei CFC. L'aggiunta di idrogeno rompe la loro inerzia in modo che vengano distrutti dalle reazioni chimiche nella troposfera prima di essere trasportati alla stratosfera. Ma hanno ancora un potenziale potenziale
esaurire lo strato di ozono. Gli idrocarburi (HFC) non contengono cloro, quindi sono persino migliori degli HCFC.
Gli halon contengono bromo che è anche un elemento che distrugge l'ozono. Sono molecole molto stabili e non si decompongono nella troposfera, quindi rilasciano il bromo solo dopo aver raggiunto la stratosfera e sono rotti dalla fotolisi. Sono usati negli estintori.
Ozono (O 3 ):
L'ozono ha una forte banda di assorbimento a 9 μm, cioè nel bel mezzo della finestra atmosferica che lo rende un importante gas a effetto serra. È un gas principale nello smog fotochimico in quanto la produzione di smog è associata alla maggiore industrializzazione, quindi la sua concentrazione è maggiore nei paesi sviluppati cioè, nell'emisfero settentrionale che nell'emisfero meridionale.
La loro concentrazione varia anche stagionalmente con concentrazioni più elevate in estate poiché i mesi estivi danno energia alla formazione dell'ozono Anche la forzatura radiativa dell'ozono troposferico è alquanto incerta, compresa tra 0, 2-0, 6 w / m 2 . Le concentrazioni di ozono stratosferico diminuiscono a causa degli attacchi di cloro e bromo rilasciati dai CFC e dagli halon esposti ai raggi UV.
Secondo una stima, la perdita nell'ozono stratosferico ha forzato il negativo medio di circa -0.1 w / m 2 con incertezza del fattore 2. Questa riduzione dell'ozono è indirettamente il risultato dell'uso di CFC e halon. Quindi questo forzante negativo tende a compensare un forzante positivo causato dall'emissione di alocarburi. Come dopo il protocollo di Montreal, le emissioni di CFC e halon nell'atmosfera sono ridotte, quindi ci si aspetta che l'ozono inizi a riprendersi nei prossimi anni e questa forzatura negativa diminuirà.
In questo modo vediamo che le forzanti radiative di questi gas serra influenzano la temperatura e il clima globali. Il forzante positivo aumenta la temperatura mentre il forzante negativo diminuisce lo stesso. Come abbiamo discusso, questi forzanti oltre al fatto di essere fenomeni naturali sono anche indotti dalle attività umane, quindi dobbiamo pensarci due volte prima dell'uso di tale tecnologia, che contribuisce all'aumento dei gas serra e al riscaldamento globale che porta ai cambiamenti climatici.
Gas serra e clima globale:
L'aumento della concentrazione di CO 2 misurato nell'Osservatorio di Maunalao alle Hawaii nel 1958 da 315 ppm a 345 ppm nel 1985 è dovuto principalmente a due attività umane principali, come la combustione di combustibili fossili ad un tasso allarmante e la distruzione della copertura forestale considerati CO 2 sink del pianeta. Il consumo di carbone e di petrolio è aumentato di molte volte negli ultimi anni come illustrato nella figura (19) L'aumento della CO 2 ha un effetto immediato sull'aumento della temperatura globale. Oltre al livello di CO 2 dei gas serra (GHG) è anche aumentato nel corso degli anni, come abbiamo discusso in precedenza.
Secondo il rapporto della NASA, l'aumento dei CFC è di circa il 5% all'anno, mentre l'aumento del metano è di circa l'1% all'anno. Se l'aumento dei GHG avviene al ritmo attuale, allora il punto di raddoppio per ciascuno di questi gas che contribuiscono all'effetto serra sarà nel 2030. Sebbene l'effetto dei gas serra sul clima sia lento e impercettibile immediatamente ma a lungo termine è l'impatto sul cambiamento climatico diventa allarmante e irreversibile. La percentuale delle emissioni di gas serra di 12 paesi principali è riportata in figura (figura 5)
È interessante notare che nelle emissioni dei gas serra i paesi sviluppati sono i principali contributori e il contributo dei paesi in via di sviluppo è solo del 15%. in epoca post-industriale, sebbene circa il 75% della popolazione mondiale viva, sta sviluppando paesi del terzo mondo. Fino a poco tempo fa la maggior parte dei gas serra veniva emessa e rimossa dalla troposfera dai principali cicli biogeochimici della Terra senza interferenze da parte delle attività umane, ma dopo la rivoluzione industriale, specialmente dal 1950, abbiamo immesso enormi quantità di gas serra nell'atmosfera. Vi è una crescente preoccupazione ora che questi GHG possono migliorare l'effetto serra naturale e portare al riscaldamento globale del pianeta.
I possibili impatti del riscaldamento globale sono i seguenti:
(i) Salita al livello del mare:
A causa del riscaldamento globale, l'espansione termica del mare, lo scioglimento dei ghiacciai di montagna, lo scioglimento dei ghiacci della Groenlandia e lo scioglimento delle lastre dell'Antartide provocheranno di conseguenza un innalzamento del livello del mare.
(ii) resa del raccolto:
Si prevede che a causa dell'aumento del livello di CO2, i raccolti saranno aumentati anche se altri fattori potrebbero ridurre questi effetti.
(iii) salute umana:
Nei prossimi decenni, man mano che il globo si scalda, più persone saranno probabilmente colpite da malattie tropicali.
(iv) Bilancio idrico:
Nonostante l'innalzamento del livello del mare, in futuro il mondo più caldo avrà una crisi idrica in alcune parti, mentre altre parti saranno più umide di oggi. In questo modo il - bilancio idrico sarà disturbato. Di seguito sono illustrati gli impatti generali (figura 6).
Problema di riduzione dell'ozono e radiazioni:
Il gas di ozono si verifica nell'atmosfera in piccole quantità. È un gas dall'odore pungente di colore blu. Al livello del suolo, in media ogni centimetro di aria contiene circa 10 -19 molecole di gas la cui concentrazione di ozono è di circa 0, 1 ppm. Quasi il 90% dell'ozono atmosferico si trova nella stratosfera. L'ozono viene costantemente prodotto e distrutto nella stratosfera. Ma molti gas tracciati inquinanti come NO, NO 2, CI, ecc. Che potrebbero facilmente reagire con l'ozono si dirigono verso la stratosfera e reagiscono con l'ozono per produrre ossigeno. Questo è comunemente chiamato "deplezione dell'ozono".
A causa di questo impoverimento dell'ozono nella stratosfera, le radiazioni ultraviolette del sole raggiungono facilmente la terra, poiché lo strato di ozono agisce come uno scudo protettivo. Queste radiazioni UV hanno effetti dannosi sulla nostra salute, sui nostri ecosistemi, sui sistemi acquatici e sulla vegetazione, ecc. Secondo una stima nel periodo 1969-1988, nell'emisfero settentrionale c'era una riduzione dell'ozono dal 3-5 al 5%.
Comunemente ci sono 3 modi principali di esaurimento dell'ozono nella stratosfera. Questi sono:
(i) Sistema di idrogeno
(ii) Sistema di azoto e
(iii) sistema di cloro
(i) Sistema di idrogeno (sistema OH):
Questo sistema distrugge solo il 10% dell'ozono.
La reazione è vista sopra i 40 km sopra la crosta terrestre È la seguente :
OH può anche essere formata dall'ossidazione del metano
(ii) Sistema di azoto (sistema N 2 O):
Il 60% della distruzione dell'ozono avviene attraverso questo sistema. N 2 O che è prodotta negli oceani e nel suolo dall'azione batterica del microrganismo diffusa verso l'alto nella stratosfera e lì reagisce con "0" in presenza di luce per produrre NO che poi distrugge O 3 .
Le reazioni di questo processo sono le seguenti:
(iii) Sistema di cloro (sistema CFCI 3 o CF 2 CI 2 ):
Anche se il cloro neutro distrugge pochissimo ozono, i clorofluorocarburi (CFCl s ) e altri alocarburi sono i principali distruttori di ozono. Questi composti rimangono inerti nella troposfera ma si dissociano nella stratosfera.
Le reazioni sono le seguenti:
In questo modo vediamo che questi processi portano alla riduzione dell'ozono nella stratosfera. Verso la fine degli anni '80, le misurazioni effettuate da satelliti e palloncini hanno dimostrato che la zona impoverita di O 3 si estende in tutta l'Antartide. L'esaurimento si concentra principalmente tra 12-14 km di altitudine, coprendo gran parte della bassa stratosfera di queste latitudini.
Questo buco dell'ozono si sviluppa ogni anno nel mese di agosto e settembre. Ciò che causa il buco dell'ozono è una questione controversa. Ma il consenso comune è che una sequenza di stadi è responsabile dell'efficienza pecuaria con cui il cloro distrugge l'ozono sull'Antartide. L'esaurimento dell'ozono è una delle principali cause di preoccupazione per il suo ruolo di filtro della radiazione ultravioletta del sole. La banda di radiazione ultravioletta etichettata UV-C (2, 0 x 2, 9 x10 -7 nm) viene eliminata dall'atmosfera.
Questa banda UV-C è letale per i microrganismi e può distruggere sia gli acidi nucleici che le proteine. La protezione dagli UV-C è interamente dovuta al suo assorbimento da parte dell'ozono. Una banda di radiazione UV tra 2.9 × 10 -7 nm e 3.2 × 10 -7 è più importante di quella che è nota come "radiazione UV biologicamente attiva o UV-B". gruppo musicale. Le radiazioni UV-B hanno effetti dannosi sugli esseri umani, sulle piante e sugli animali. Ora discuteremo sugli effetti dannosi di UV-B sugli esseri umani, sulle piante e sugli animali e sul nostro ambiente in dettaglio.
(i) per la salute umana:
L'effetto più dannoso è che l'incidenza del cancro della pelle è aumentata dalle radiazioni UV-B. Le due evidenze a favore di questo sono: (i) il cancro della pelle è principalmente la malattia delle persone dalla pelle bianca e il pigmento scuro della melanina è noto per essere l'efficace filtro UV-B. La seconda prova è da epidemiologia cioè lo studio di quei fattori che influenzano l'insorgenza della malattia nella popolazione umana. Il melanoma è una forma particolare di cancro della pelle in molte aree con alti tassi di mortalità.
Colpisce i giovani anche se altre forme di cancro della pelle si verificano prevalentemente nelle persone relativamente più anziane. Questi cancri sono angoscianti ma di solito trattati con successo. L'occorrenza di melanoma è in aumento negli ultimi decenni in tutte le popolazioni di pelle bianca. Gli studi suggeriscono che il melanoma è associato ad alta esposizione agli UV-B.
Secondo uno studio condotto dall'EPA, ogni diminuzione dell'1% della colonna di ozono può determinare un aumento del 3% dell'incidenza dei tumori della pelle non melanoma. L'esposizione a radiazioni ultraviolette biologicamente attive (UV-B) può anche avere effetti dannosi diretti sul corpo umano poiché queste radiazioni hanno la tendenza a sopprimere il sistema immunitario del corpo. Le radiazioni UV-B causano anche danni ai nostri occhi.
(ii) Sulle piante terrestri:
Per lo più le piante terrestri sono adattate agli attuali livelli di radiazione visibile e poco si sa sugli effetti delle radiazioni UV-B potenziate nelle piante. La maggior parte degli studi sugli effetti dell'aumento delle radiazioni UV-B si concentra sulle piante coltivate e più di 300 specie sono state esaminate finora, circa due terzi dei quali mostrano una certa sensibilità per le radiazioni nonostante il grado di sensibilità per diverse specie e persino diversi coltivatori della stessa specie variano considerevolmente.
I sintomi della sensibilità inducono una ridotta crescita delle piante, foglie più piccole, riduzione dell'efficienza della fotosintesi e una ridotta produzione di semi e frutti. In alcuni casi si osservano anche cambiamenti nella composizione chimica delle piante, che influiscono sulla loro qualità alimentare. Sebbene siano disponibili pochi dati sull'effetto delle radiazioni UV-B sulla vegetazione boschiva, suggeriscono che l'aumento dei livelli di UV-B potrebbe anche influire sulla produttività delle foreste.
Si suggerisce inoltre che una ridotta crescita delle piante indotta da radiazioni ultraviolette biologicamente attive (UV-B) potrebbe sconvolgere il delicato equilibrio presente negli ecosistemi naturali, in modo che la distribuzione e l'abbondanza delle piante possano essere influenzate.
(iii) sugli ecosistemi marini:
La vita negli oceani è anche vulnerabile alle radiazioni UV. Ci sono prove che la radiazione solare UV-B ambientale è anche un importante fattore limitante negli ecosistemi marini, sebbene non sia un fattore altrettanto importante come la luce visibile o la temperatura dei livelli di nutrienti. L'impatto delle radiazioni UV-B migliorate dipende dalla profondità a cui penetra. In acque limpide è più di 20m ma in acque poco chiare è solo 5m.
Le radiazioni UV-B migliorate hanno dimostrato di danneggiare molte specie di piccoli organismi acquatici, zooplancton, granchi larvali e gamberetti e pesci giovanili. La riduzione della fotosintesi del fitoplancton è osservabile a causa delle radiazioni UV.
(iv) sul clima:
La nostra principale preoccupazione è associata al ruolo principale dell'Ozono nella temperatura atmosferica. Con il ciclo creativo e distruttivo del ciclo dell'ozono c'è un assorbimento complessivo della radiazione solare, che viene infine rilasciata come calore nella stratosfera. Questo riscalda la stratosfera e produce inversione di temperatura alla tropopausa, infettando che non ci sarebbe stratosfera senza lo strato di ozono. Così l'esaurimento dell'ozono stratosferico raffredderebbe questa regione e modificerebbe in certa misura la struttura della temperatura della stratosfera.
Radiazioni atmosferiche e inverno nucleare:
Il particolato e gli aerosol esercitano la loro influenza sul clima interrompendo il flusso delle radiazioni solari all'interno del sistema atmosferico terrestre. Questa attenuazione o riduzione della radiazione solare causata dalla presenza di particelle e aerosol nell'atmosfera è un'indicazione della torbidità atmosferica, una proprietà correlata alla polverosità o alla sporcizia dell'atmosfera.
Quando la radiazione colpisce un aerosol nell'atmosfera, allora se la particella è otticamente trasparente rispetto all'energia radiante la attraversa inalterata e nessun cambiamento avviene nel bilancio energetico dell'atmosfera. Comunemente la radiazione viene riflessa, dispersa o assorbita e la proporzione di riflessione, dispersione o assorbimento dipenderà dalla dimensione, dal colore e dalla concentrazione delle particelle nell'atmosfera e anche dalla natura della radiazione stessa. Il particolato o gli aerosol, che disperdono o riflettono la radiazione, aumentano l'albedo di atmosfera e riducono la quantità di radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre.
Gli aerosol o le particelle che assorbono la radiazione hanno un effetto opposto e aumentano la quantità di radiazione solare in arrivo. Ognuno di questi processi ha il potenziale per modificare il bilancio energetico della terra attraverso la loro capacità di cambiare il percorso delle radiazioni attraverso l'atmosfera. Oltre a interrompere il flusso della radiazione solare in arrivo, la presenza di aerosol ha anche un effetto sulla radiazione terrestre.
La superficie terrestre essendo ad un livello di energia più basso irradia energia alla fine infrarossa dello spettro. Il particolato e gli aerosol come le particelle di fuliggine, sabbia e polvere rilasciate nello strato limite assorbono le radiazioni infrarosse prontamente specialmente se sono più grandi di 1, 0 um di diametro e come risultato di queste temperature di assorbimento nella troposfera tende ad aumentare. Un grande volume di particolato viene rilasciato nell'ambiente attraverso processi naturali come le eruzioni vulcaniche.
Il particolato rilasciato viene portato via dai siti di origine dal vento e dalle pressioni dell'aria della circolazione atmosferica in luoghi lontani. Le attività umane creano solo il 15-20% di particolato e la fonte principale di tale materia è la guerra, ad esempio nella guerra del Golfo nel 1991 più di 600 pozzi di petrolio sono stati bruciati dalle forze irachene. Questi pozzi hanno continuato a bruciare per molti mesi.
Durante quel periodo enormi quantità di fumo, SO 2, CO 2, idrocarburi non bruciati e nitrati rilasciati nell'ambiente. La maggior parte di questa materia è rimasta nella metà inferiore della troposfera entro l'altezza di 5 km dalla superficie terrestre. Durante il periodo degli ultimi cinquanta anni circa, nonostante gli accordi tra le superpotenze per limitare l'uso di armi nucleari di questi continua nella maggior parte dei paesi.
Le radiazioni e le radiazioni ionizzanti di queste armi stanno inquinando l'atmosfera a un ritmo allarmante. Ora una nuova possibilità di inverno nucleare viene aggiunta anche in questa moderna battaglia di supremazia, che è forse il colpo finale per tutti i sopravvissuti allo scambio nucleare. L'ipotesi dell'inverno nucleare basata sul presupposto che il fumo e la polvere rilasciati nell'atmosfera durante la guerra nucleare aumenterebbe la torbidità atmosferica in misura tale che un'alta percentuale di radiazione solare in arrivo non sarebbe in grado di raggiungere l'atmosfera inferiore e la superficie terrestre. Quindi la temperatura della terra diminuirà drasticamente.
È probabile che la vegetazione delle regioni tropicali subisca un danno significativo. Le piante tropicali prosperano con temperature miti e delicate. Sono suscettibili a moderate cadute di temperature e incapaci di sviluppare resistenza al freddo come fanno le piante temperate. A basse temperature e in condizioni di scarsa illuminazione dell'inverno nucleare potrebbero scomparire in queste regioni. Oltre al danno alla vegetazione nell'ecosistema naturale, anche le piante coltivate saranno danneggiate.
Le colture tropicali come riso, mais, banana ecc. Di solito sono danneggiate dalla temperatura che scende a 7-10 ° C anche per pochi giorni e un raffreddamento moderato sarebbe sufficiente a causare il fallimento del raccolto. Stiamo già affrontando il problema della carenza di raccolti che sarebbe aggravato dall'inverno nucleare.
Oltre a questi effetti atmosferici di basse temperature, bassi livelli di luce e violente tempeste, dovremmo anche affrontare il continuo calo radioattivo, alti livelli di inquinamento atmosferico tossico e aumento delle radiazioni ultraviolette. Tutti questi effetti, insieme alla carenza di cibo e acqua potabile, renderebbero la vita estremamente stressante e pericolosa. Quindi per salvare il nostro futuro e la vita delle generazioni future è essenziale che siano presi i provvedimenti necessari per arginare le guerre e promuovere la pace mondiale non solo per il bene dell'umanità, ma anche per proteggere il nostro ambiente.
Radiazioni e riscaldamento globale:
Il nostro sistema climatico include l'atmosfera, l'idrosfera, la litosfera e la biosfera. Questi sono tutti interrelati e il disturbo in uno colpisce l'altro. Nell'atmosfera CO 2 e i vapori d'acqua assorbono fortemente la radiazione infrarossa (nella lunghezza d'onda di 14000 a 25000 nm) e bloccano efficacemente una grande frazione di terre emesse dalle radiazioni.
La radiazione così assorbita dalla CO 2 e dai vapori d'acqua, cioè H 2 O, viene parzialmente emessa sulla superficie terrestre causando il riscaldamento globale. La fuliggine o il carbone nero assorbe direttamente la radiazione solare e causa il riscaldamento del 15-30% della terra. L'International Panel On Climate Change (IPCC) nel suo primo rapporto di valutazione ha concluso che la temperatura del livello più basso della terra aumenterebbe in media tra 2 ° C e 6 ° C entro la fine del prossimo secolo, con conseguenze molto disastrose.
Abbiamo osservato nel secolo scorso che il decennio degli anni novanta è stato il più caldo nell'emisfero settentrionale. Le radiazioni cambiano e l'attività vulcanica è considerata la causa principale degli anni caldi degli anni Novanta, specialmente nel 1990, 1994, 1997 e 1998. Nel 1998 l'Europa e il Giappone hanno sperimentato il caldo torrido. A Londra è stata l'estate più secca di 300 anni e la Germania ha vissuto l'estate più calda di sempre.
In Giappone la siccità è stata così grave che migliaia di fabbriche sono state chiuse lì. A causa dell'innalzamento della temperatura, il ghiaccio ai poli si scioglie molto rapidamente causando l'innalzamento del livello del mare. Nel clima caldo la neve e la copertura ghiacciata della terra tendono a diminuire. Poiché neve e ghiaccio sono buoni riflettori delle radiazioni in arrivo, quindi una diminuzione di neve e ghiaccio aumenterà l'assorbimento delle radiazioni e migliorerà il riscaldamento della terra. Quando la temperatura aumenta, il terreno diventa secco e la polvere e il particolato entrano facilmente nell'atmosfera.
L'IPCC afferma che entro il 2100 dC il livello del mare aumenterà di 30-110 cm se il nostro attuale modello di consumo energetico continuerà come tale. L'innalzamento del livello del mare avrà gravi conseguenze. Molte aree densamente popolate potrebbero essere allagate, si potrebbe verificare una grave erosione delle aree costiere, l'intrusione di acqua salata nelle aree terrestri renderebbe salinizzabili molte acque sotterranee e oltre il 30% delle terre coltivate perderebbe la produttività. Esiste la possibilità che nell'oceano Indiano e Pacifico molte isole bellissime come Maldive, Marshall, Tonga, Tavalu, ecc. Vengano spazzate via. Molte zone costiere basse sarebbero in pericolo.
Altri effetti includono il rallentamento della circolazione termoalina, l'esaurimento dello strato di ozono, gli intensi uragani, l'abbassamento del pH dell'acqua di mare e la diffusione di infezioni e malattie come la dengue, la peste bubbonica, le infezioni virali e molte altre malattie batteriche nelle persone. Inoltre ci sarebbe il pericolo di estinzione di molte specie vegetali e animali.
Il riscaldamento globale provocherà temperature più calde in alcune regioni e anche aridità in alcune aree, quindi ci saranno dislocazioni che andrebbero al di là del controllo di qualsiasi società moderna. Nessun continente è stato risparmiato dagli effetti negativi del riscaldamento globale.
Alcune ripercussioni del riscaldamento globale nei precedenti due decenni si riflettono nelle seguenti conseguenze:
1. Il livello medio del mare è aumentato di 15 cm.
2. In Antartide, lo scioglimento dei ghiacci ha ridotto la popolazione di pinguini di Adelia di un terzo negli ultimi 25 anni.
3. L'Australia aveva sperimentato la peggiore siccità nel 2003, dovuta all'effetto Elnino, cioè al riscaldamento dell'Oceano Pacifico equatoriale.
4. New York ha sperimentato luglio più secco nel 1999 con innalzamento della temperatura oltre i 35 ° C per quasi 15 giorni.
5. In Tibet, i giorni più caldi sono stati registrati temperature nel giugno 1998, a Lhasa con temperature superiori a 25 ° C per quasi tutto il mese.
6. In Spagna nel 2006 si è verificata una grave siccità e più di 306.000 hack di foreste sono andate in fiamme
7. Secondo il Programma delle Nazioni Unite per l'ambiente (UNEP), il perossido di ghiaccio artico si sta sciogliendo a causa del riscaldamento globale e rilasciando carbonio e metano rinchiusi in esso.
8. I ghiacciai dell'Himalaya si stanno ritirando ad un ritmo allarmante. Queste sono l'origine della maggior parte dei fiumi dell'India settentrionale. Il ghiacciaio di Gangotri è una delle principali fonti del potente Gange, e gli affluenti del Gange costituiscono l'ancora di salvezza di centinaia di milioni di persone che vivono nel bacino di Gangetic. Secondo un rapporto della Commissione internazionale per la neve e il ghiaccio, il ghiacciaio di Gangotri si allontana di 20-30 metri all'anno e ha perso circa un terzo dei suoi 13 chilometri di lunghezza. L'essiccazione di questo ghiacciaio significa essiccazione del Gange che avrà conseguenze devastanti per il popolo del bacino del Gange.
