I gas serra, origine e caratterisctiche

La concentrazione atmosferica di gas serra in grado di assorbire la radiazione infrarossa provoca un riscaldamento globale, causando variazioni climatiche (vedi figura 1).
In questa pagina viene descritta la storia delle emissioni di gas serra ed il loro effetto climatico.

Figura 1: Realzoni fra i cambiamenti climatici dallIPCC

L'effetto dei gas della serra sull'aumento dell'effetto serra dipende dal loro tempo di residenza nell'atmosfera. Più grande e' il tempo di residenza atmosferico, maggiore e' l'effetto totale di un gas serra sul riscaldamento globale. Il tempo di residenza atmosferico rappresenta il tempo medio di esistenza in aria delle molecole di un gas serra prima di venire in qualche modo rimosse.
Il tempo di residenza medio dei gas serra l'anidride carbonica ed diossido di azoto è più di un secolo. Di consrguenda, tali gas della serra avranno effetto sul riscaldamento globale per molto tempo dopo la loro emissione in atmosfera. In contrasto, il metano ha un tempo di soggiorno di solo una decade.

Cause dell'aumento di emissione dei gas serra

Scenari IPCC

Nel 1990, 1992 e 1996 il Comitato Intergovernativo sui cambiamenti Climatici delle Nazioni Unite (IPCC) scrisse le Relazioni Speciali sugli scenari di Emissione (SRES) contenenti delle previsioni sui cambamenti climatici (cause e conseguenze).
Le ralazioni contengono quiattro diversi scenari, includenti il loro probabile impatto sul clima. Gli scenari relativi alle emissioni costituiscono la base della messa a punto di future strategie per la mitigazione del clima e politiche per prevenire le variazioni climatiche. Due scenari enfatizzano ricchezza e materiali, altri due sostenibilita' ed equita', altri due la globalizzazione e gli ultimi due la regionalizzazione.

Cio' si puo' riassumere con le seguenti combinazioni e numerazioni:

A1: globalizzazione con enfasi su ricchezza umana. Globalizzato e intensivo (forzatura del mercato);
A2: regionalizzazione con enfasi su richezza umana. Regionale intensivo (scontro di civilta');
B1: globalizzazione con enfasi su sostenibilita' ed equita'. Globale intensivo (sviluppo sostenibile);
B2: regionalizzazione con enfasi su sostenibilita' ed equita'. Regionale estensivo (borse verdi).

Figura 2: rappresentazione schematica degli scenari SRES

I principali fattori che possono determinare un aumento dei gas serra sono incremento della popolazione, crescita economica, un sistema di produzione energetica sempre piu' basato sui combustibili fossili, maggiore disboscamento ed impiego del terreno a scopo agricolo/allevamento.

Popolazione

La crescita della popolazione e' determinata dai tassi di natalita' e mortalita'. Secondo gli scenari IPCC la popolazione mondiale sara' compresa tra 7.1 e 15 miliardi di persone nel 2100, a seconda del tasso e estensione della transizione demografica. La crescita della popolazione e' piu' elevata nello scenario regionale intensivo (A2) per il 1996. La regionalizzazione causa una crescita demografica piu' elevata dela globalizzazione.

Crescita economica

La crescita economica e' espressa in PIL (Prodotto Interno Lordo). Gli scenari SRES comprendono un'ampia gamma di livello futuro di attivita' economica. La produzione totale piu'' alta spetta allo scenario A1 con un PIL stimato di 529 mila miliardi di dollari americani nel 2100. La previsione totale piu' bassa si ha invece per lo scenario B2, con un PIL stimato di 235 mila miliardi di dollari nel 2100. Questo vuol dire che la globalizzazione combinata con enfasi sulla ricchezza genererebbe una maggiore crescita economica: questo avviene perche' la crescita della popolazione e' piu' bassa su uno scenario globale, con conseguente piu' piccola divisione del PIL. Anche l'enfasi sulla ricchezza contribuisce per ovvie ragioni ad incrementare il PIL.

Sistema energetico

L'impatto sul futuro impiego energetico dipendera' principalmente dal tipo di carburante. Entrambi gli scenari dipingono una transizione verso maggiori risorse non fossili. Nello scenario sostenibile regionale la transizione verso conbustibili non fossili e' molto piu' graduale. Lo scenario regionale con enfasi sulla ricchezza (A2) mostra una successiva ritransizione al combustibile fossile. Tutti gli scenari prospettano una diminuzione nell'uso del petrolio con parallelo incremento dell'impiego del carbone.

Uso del terreno

Esistono diversi tipi di impiego del terreno, l'IPCC considera come principali boschi, terreno arabile e campi d'erba. La variazione nel loro impiego e' principalmente legata alla richiesta di cibo, alla crescita della popolazione o alle variazioni nelle diete.
Attualmente viene realizzata un'alto disboscamento. Nella maggior parte degli scenari SRES questa tendenza e' invertita a causa di una minore crescita della popolazione con conseguente minore incremento dell'attivita' agricola. Questo fenomeno e' piu' svluppato negli scenari globalizzati: nello scenario globalizzato sostenibile i terreni impiegati per il pascolo del bestiame diminuiscono notevolmente grazie ad una migliore gestione del bestiame e una tendenza al passaggio a una dieta priva di carne.

La tabella seguente mostra un elenco di gas serra con concnetrazioni passate e presenti, vita media, tasso di crescita, sorgenti e potenziale di riscaldamento attuale.

Gas	Concentrazione pre industriale (1860)	Concentrazione nel 2000	Vita media atmosferica (¹)	Tasso di crescita(% all'anno) (²)	Sorgenti antropogeniche globali (GWP) a 100 anni (³)	Potenziale di riscaldamento attuale (Watt/m²)
Vapore acqueo	1 ppc	1 ppc	pochi giorni	0.20%	Tutte quelle citate	sotto 0
Anidride carbonica	288 ppm	370 ppm	50-200 anni	0.45%	Uso dei combustibili fossili (75%), cattiva gestione forestale (n/c), deforestazione (24%), produzione di cemento (0.6%), cattiva gestione dei suoli (n/c)	1
Metano	848 ppb	1750 ppb	12 anni	0.60%	Estrazione combustibili fossili (20%), dighe/bacini (20%), digestione del bestiame (18%), risaie (17%), discariche (10%), deiezioni animali (7%), emissioni di monossido di carbonio	23 (62 riferito a 20 anni)
Ossido di azoto	285 ppb	312 ppb	120 anni	0.25%	Cattiva gestione dei suoli (70%), trasporti (14%), processi industriali (7%)	296
CFC	0	533 ppt	102 anni	1%	Refrigeranti liquidi, schiume	10600
HCFC	0	142 ppt	12 anni	4.20%	Refrigeranti liquidi	1700
HFC	0	12 ppt11	1-264 anni	5.10%	Refrigeranit liquidi, sustituti di CFC e HCFC	12000
Perfluorocarburi	0	79 ppt	3200-50.000 anni	1.40%	Produzione di alluminio (59%), solventi e altro (26%), incisione al plasma (15%)	5700
Esafluoruro di zolfo SF₆	0	4,7ppt	3200 anni	6.30%	Produzione di magnesio, fluido dielettrico	22200
Trifluorometil-zolfo-pentafluoruro SF₅CF₃	0	0.12 ppt	3500 anni	-	non noto	17500
Ozono troposferico	25 ppb	25/26 ppb	settimane	Non identificabile	Indiretto, a partire dagli inquinanti industriali	-
Totale
Areosol	0	variabile	giorni/settimane (molto variabile)	Non identificabile	Uso dei combustibili fossili, combustione della biomassa	-

(1) I vari gas non scompaiono improvvisamente alla fine del loro ciclo di vita, pertanto questi dati sono generalmente approssimati.

(2) Il GPW, potenziale di riscaldamento globale, e' un indice definito come il forcing radiattivo cumulativo fra oggi e un qualche orizzonte temporale scelto (normalmente a 100 anni), causato da una massa unitaria di gas emesso oggi, espresso relativamente a un gas di riferimento come la CO2 e comprende tutti gli effetti indiretti dei gas emessi

(3) I dati del forcing radiattivo vengono dal terzo rapporto di valutazione del gruppo 1 dell'IPCC (Gennaio 2001). I numeri rappresentano l'aumento del forcing dal 1750.

Anidride carbonica

La produzione di anidride carbonica non è la stessa in ogni paese. Nonostante cio' tutti i Paesi devono di ridurre le loro emissioni di gas serra perché la CO₂ è una sostanza inquinante atmosferica non confinabile. Essa è la stessa per tutti i gas serra e gli inquinanti atmosferici.

Emissioni passate

La figura 3 mostra la concentrazione atmosferica di anidride carbonica durante il secolo scorso. Il CO2 è il gas serra a più alta emissione antropogenica. La sua causa principale di emissione è la combustione di combustibili fossili. I combustibili fossili sono olio, carbone e gas naturale. Essi sono sfruttati dagli esseri umani per produrre energia.

Figura 3: Emissioni atmosferiche di anidride carbonica nel secolo scorso

Proiezioni IPCC

Figure 4: Emissioni di anidride carbonica secondo il SRES		È chiaro che una società sostenibile produrra' più energia da fonti rinnovabili rispetto a una società basata su ricchezza crescente. Ciò provoca emissioni finali di anidride carbonica inferiori in entrambi gli scenari sostenibili dell'IPCC (Comitato Intergovernativo sui cambiamenti Climatici delle Nazioni Unite) (figura 4). Lo scenario globale mostra meglio le emissioni di anidride carbonica rispetto al metodo regionale. L'anidride carbonica è offre il principale contributo al riscaldamento globale a causa dei suoi cambiamenti di concentrazione dal periodo pre-industriali. Le emissioni di CO2 sono in gran parte attribuibili a due principali fonti; consumo energetico e cambiamento di utilizzazione del suolo, altre emissioni risultano da molte fonti diverse e da tantissimi settori ed applicazioni.
Proiezioni di emissioni di CO2 nel 2100 vanno da più di 40 a meno di 6 miliardi tonnellate di carbonio elementare, cioe' una gamma che va da sette volte a quasi lo stesso livello di emissioni del 1990.
Metano Esistono sei fonti diverse di metano atmosferico. In ordine di importanza sono le paludi , i combustibili fossili, le discariche, gli animali ruminanti, le risaie e la combustione di biomassa. Il metano ha un potenziale di riscaldamento globale piu' grande dell'anidride carbonica. Tuttavia, le emissioni sono inferiori rispetto a quelle dell'anidride carbonica. Si stima che il metano produca circa un terzo di quantità del riscaldamento globale proveniente dall'anidride carbonica.

Emissioni passate

Dopo la rivoluzione industriale ci fu un aumento nelle concentrazioni atmosferiche globali di metano. Durante i 200 anni scorsi la concentrazione di metano e' aumentata da circa 620 ppb a circa 1700 ppb (figura 5). Anche la potenza radiattiva del metano e' aumentata.

Figura 5: Emissioni passate di metano(IPCC)

Proiezioni IPCC

Ci si aspetta che le emissioni di metano (CH4) aumentino soprattutto nei due piani d'azione regionali. Gli aumenti sono più pronounciato negli scenari regionali ricchi in cui le emissioni possono aumentare fra a 549 e 1069 MtCH4 entro il 2100, rispetto ai 310 MtCH4 del 1990. Nello scenario globale le emissioni di CH4 si stabilizzeranno e successivamente decresceranno prima o poi nel 21esimo secolo.

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Figura 6: Contrasto fra le rilevazione IPCC e NOAA

L'amministrazione di clima oceanico ed atmosferico nazionale (NOAA) segnala che l'accumulo di metano in atmosfera e' notevolmente rallentato (figura 5). Si ritiene che se le tendenze attuali continuano, può annullarsi in alcune decadi (Dlugokencky ed altri, 1998). Tuttavia ciò non era per qualche motivo segnalato nei maggiori notizioari o giornali o sui siti Web importanti.
L'autore del capitolo di IPCC che si occupa delle future concentrazioni di metano ha ammesso che le supposizioni relative al metano dell'IPCC erano basate su una interpretazione del metano vecchia do 5-15 anni. Ciò può spiegare le differenze fra gli scenari di NOAA e quelli IPCC.
Ossido di azoto
La maggioranza del rifornimento naturale di protossido d'azoto gassoso è liberata dagli oceani. I processi che avvengono nel suolo sono responsabili del resto. Il gas è un sottoprodotto del processo biologico di denitrificazione in ambienti anaerobici e del processo biologico di nitrificazione in ambienti aerobici. Circa un terzo delle emissioni di N2O attuali sono antropogeniche. Tali emissioni antropogeniche provengono dai terreni agricoli, dal bestiame e dall'industria chimica (figura 7).
Figura 7: Fonti antropogeniche di emissioni di ossido di azoto

Emissioni passate
La concentrazione atmosferica dell'ossido di azoto (N2O) è aumentato 46 ppb (17%) dal 1750 e continua ad aumentare (figura 8). La concentrazione attuale di N₂O non è stata mai oltrepassata durante almeno mille anni scorsi.
Figura 8: Passate emissioni di ossido di azoto (IPCC)
Proiezioni IPCC
Le emissioni future di ossido di azoto (N₂O) sono pricipalmente causate da approvvigionamento di cibo, dal momento che tali emissioni provengono in gran parte da processi del terreno indotti dall'agricoltura. Come il CH₄, le emissioni di N₂O sono generalmente più alte nello scenario regionale ricco (figura 8).
Le emissioni di N₂O sono igeneralmente soggette a grandi incertezze, perché sono pricipalmente formati tramite processi batterici del terreno e sono quindi difficili da misurare. E' ancora necessaria un'ampia ricerca sulle fonti di N₂O.
Figura 9: Emissioni di ossidi di azoto secondo gli scenari SRES in (a) globale, (b) OECD, (c) vecchia Unione Sovietica, (d) Asia, (e) Africa, (f) America Latina

Altri gas serra

I CFC (cloro-fluoro-carburi) sono residui gassosi che contengono molecole con atomi di carbonio legati esclusivamente a fluoro o cloro. I CFC sono usati per esempio come refrigeranti. Tali composti hanno forse il piu' alto potenziale di riscaldamento globale fra i gas in tracci inclusi nel riscaldamento globale, perché sono molto persistenti. I CFC assorbono la radiazione infrarossa nella lunghezza d'onda di 8-13 µm. Ogni molecola CFC ha la capacita' di causare la quantità di riscaldamento globale causata normalmente da dieci migliaia di molecole di CO₂. I CFC CFCl₃ e CF₂Cl₂ sono stati scaricati nell'atmosfera in grande quantità in passato ed hanno un tempo di residenza elevato. L'applicazione di CFC è ora proibita nella maggior parte dei paesi. Molti paesi hanno accosentito a ridurre le emissioni sotto il protocollo di Montreal del 1987 relativo alle sostanze che distruggono lo strato di ozono.

L'effetto congiunto di metano, protossido d'azoto, ozono e CFC ora è quasi grande quanto quello dell'anidride carbonica. Le concentrazioni di questi gas serra sono solitamente indicate come concentrazione di anidride carbonica efficace.

Fonti

Dlugokencky, E.J., et al., 1998, Continuing decline in the growth rate of the atmospheric methane burden. Nature, 393, 447–450

IPCC climate change info (http://www.ipcc.ch/present/graphics.htm)

Sorrell, S., Emissions Trading After Kyoto. Introduction to Environmental Economics of Science and Technology Policy Research, 2004 (http://www.sussex.ac.uk/Users/prpp4/lec8.ppt)

World Climate Report (http://www.co2andclimate.org/climate/previous_issues/vol3/v3n20/feature1.htm)

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