Come abbiamo alterato il clima

di Federico Fabbri

Il cambiamento climatico è un processo effettivamente in atto con notevoli conseguenze sul naturale equilibrio del pianeta, fra i più allarmanti il progressivo innalzamento della temperatura globale media. A partire dal 1900 la temperatura è cresciuta di 0.74°C.1

Si ritiene che la causa dell’incremento della temperatura sia l’aumento di alcuni gas nell’atmosfera causato dalle attività umane a partire dalla seconda metà del ’700, quando ebbe inizio la prima rivoluzione industriale.1 I gas in questione sono in particolare anidride carbonica (CO2), metano (CH4) e protossido di azoto (N2O). Rientrano nella categoria dei cosiddetti gas serra in quanto trattengono l’energia solare e dunque il calore nell’atmosfera svolgendo un azione analoga a quella dei vetri in una serra.(link effetto serra)

La terra come un unico immenso essere vivente è un sistema complesso di fattori in equilibrio fra loro, per cui l’aumento dei gas serra e quindi della temperatura porta a una variazione più o meno grande di tutti gli altri fattori collegati.

Essendo come detto poco fa, un processo che avviene su scala planetaria e che coinvolge un’ampia gamma di fattori che si influenzano e modificano l’un l’altro, la sua comprensione richiede l’utilizzo di una moltitudine di tecniche di studio scientifiche e non solo, ed è molto difficile ottenere risultati chiari ed inequivocabili, tanto che molto spesso le conclusioni vengono esposte in termini di probabilità.

Lo studio più grande fatto fin’ora sul cambiamento climatico è quello svolto dall’Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC). I suoi rapporti, quattro fin’ora di cui l’ultimo pubblicato nel 2007 e il prossimo previsto per il 2013, rappresentano il testo guida sull’argomento per gran parte dei governi di tutto il mondo (è stato approvato linea per linea dal governo di 113 paesi(2)) e per la comunità scientifica.

L’IPCC si occupa infatti della pubblicazione di uno studio altamente dettagliato dei cambiamenti climatici, risultato della collaborazione di oltre 2000 esperti di 76 differenti nazioni, con informazioni ricavate da più di 6000 studi scientifici. 2

Anche in questo caso, nonostante il numero sconfinato di esperti coinvolti, le conclusioni sono spesso espresse in termini di probabilità proprio perchè non è possibile determinare con certezza assoluta molti meccanisi di causa effetto che governano la gigantesca macchina del clima terrestre.

L’incremento di 0.74°C è stato osservato direttamente registrando l’andamento delle temperature dal 1900 a oggi e così anche l’aumento di CO2 nell’atmosfera è stato misurato con l’apposita strumentazione, ma come si può dire con certezza che l’aumento nella frequenza dei cicloni tropicali avvenuto negli ultimi trent’anni sia avvenuto per causa del cambiamento climatico?

Com’è facile immaginare la lettura dell’evoluzione di un evento quale la formazione di un ciclone è altamente complessa e difficilmente può essere considerata con certezza assoluta una conseguenza dell’influenza umana sul clima.

Non vi sono evidenze dirette e questo fa si che si attribuisca un livello di probabilità più o meno alta di veridicità dell’ipotesi. Chiaramente in uno studio che si avvale della collaborazione di un numero tanto alto di esperti come quello dell’IPCC, le ipotesi hanno un peso considerevolmente alto e vanno considerate con particolare attenzione.

Cause ed effetti del cambiamento climatico secondo l’IPCC

Vediamo di seguito alcune delle conclusioni ritenute più rilevanti sulle cause e gli effetti del cambiamento climatico riportate nella quarta e ultima relazione dell’IPCC:1

Il riscaldamento del sistema climatico è inequivocabile, come è adesso evidente dalle osservazioni di crescita della temperatura globale media di aria e oceano, lo scioglimento diffuso dei ghiacci e la crescita del livello medio del mare.

  • Dal 1901 al 2005 è avvenuto un aumento della temperatura globale media di 0.74°C.
  • è stata osservato un aumento nel numero annuo di cicloni tropicali dal 1970 ad oggi.
  • Sono state osservate modifiche negli ecosistemi di tutti i continenti e in gran parte degli oceani, causate dal cambiamento climatico in particolare dall’incremento della temperatura.
  • Le emissioni globali di gas serra causate da attività umane sono cresciute dall’inizio dell’epoca industriale.
  • è stato rivelato che la concentrazione atmosferica di anidride carbonica, metano e protossido di azoto è considerevolmente cresciuta come risultato delle attività umane dal 1750 e ora supera notevolmente i valori preindustriali come testimoniato dall’analisi delle carote di ghiaccio in cui è registrato l’andamento climatico da oggi fino a diverse migliaia di anni fa. Si tratta del valore di gran lunga maggiore negli ultimi 650.000 anni. Fra 1970 e 2004 tale concentrazione è aumentata del 70%. Questo incremento avvenuto negli ultimi secoli è causato soprattutto dall’uso dei combustibili fossili e un significativo ma minore contributo è dato dallo sfruttamento della terra.
  • Il metano è prodotto soprattutto da attività agricole e combustibili fossili e l’N2O in particolare dall’agricoltura.
  • Vi è oltre il 90% di probabilità che dalla metà del 20° secolo l’aumento della T media globale sia dovuto all’aumento dei gas serra prodotti dall’uomo.
  • L’incremento di temperatura è stato simulato solamente in modelli che includono l’attività antropica. Vi è una confidenza superiore al 66% che durante gli ultimi 50 anni la somma dell’azione naturale di sole e vulcani avrebbe prodotto un raffreddamento complessivo del clima.

dagli studi effettuati successivamente al 2001 è stata rilevata una distinguibile influenza dell’uomo sulla temperatura media ed altri aspetti del clima: 

  • >90% innalzamento dei mari durante la seconda metà del 20 secolo
  • >66% influenzato l’andamento dei venti incidendo sui cicloni extra-tropicali e l’andamento delle temperature.
  • >66% innalzato le temperature delle notti estremamente calde, delle notti fredde e dei giorni freddi.
  • >66% il riscaldamento di origine antropica durante le ultime tre decadi ha avuto una rilevante influenza su scala globale sui cambiamenti osservati in molti sistemi fisici e biologici.
  • >50% incrementato il rischio di ondate di calore, aree affette da siccità dagli anni ’70 e la frequenza di violente precipitazioni. 1

 

NOTA: le percentuali riportate sono relative alla probabilità che l’ipotesi sia corretta

I gas serra

Fra i gas serra prodotti dall’uomo quello che sta influenzando maggiormente il clima è l’anidride carbonica, sappiamo che il suo aumento è una conseguenza delle attività umane(1), ed i dati relativi al 2005 ci dicono che la CO2 è cresciuta da 280 ppm nel 1700 a 380 ppm con andamento esponenziale 4, ma quali sono le fonti di questo sottile quanto massiccio inquinamento dell’aria?

Prima di tutto la combustione di sostanze ricche in carbonio per la generazione di energia, i combustibili fossili. Questi non sono altro che un derivato dei resti degli organismi marini, in particolare fitoplancton, accumulatisi sui fondali marini nel corso di milioni di anni. Il nome “combustibili fossili” deriva proprio dal fatto che questi materiali derivano da organismi esistiti in epoche remote. (link )

Infatti in sintesi lo sconvolgimento degli equilibri terrestri dovuto all’aumento di anidride carbonica può essere ricondotto al fatto che in un tempo relativamente brevissimo, pochi secoli, bruciando le riserve sotterranee di combustibili fossili, stiamo restituendo all’atmosfera l’anidride carbonica che è stata seppellita in milioni di anni.

Il processo che si osserva facendo bruciare un combustibile fossile ma anche un semplice pezzo di legno non è altro che la rottura dei legami chimici propri di tali materiali (formati in larga parte da carbonio e idrogeno) ad opera dell’ossigeno con conseguente generazione di energia, uno dei risultati principali di questa reazione chimica è che l’ossigeno (O2) si lega al carbonio formando un gas, quel gas è la CO2, come risultato secondario vi è la liberazione in quantità più ridotte di altri gas che terrorizzano i cittadini di tutto il mondo in quanto componenti del tanto temuto smog (link smoke+fog vedi biocombustibili).

A produrre gran parte delle emissioni di anidride carbonica sono tre tipi di combustibili fossili, il carbone il petrolio e il gas (prevalentemente metano). Questi però a parità di energia generata non producono le stesse quantità di CO2. Il primo “nemico” dell’atmosfera è il carbone, seguito dal petrolio e in ultimo dal metano. Questo dipende dal rapporto fra carbonio e idrogeno, il carbone di miglior qualità (l’antracite) è quasi carbonio puro mentre il metano(CH4) è composto da 4 atomi d’idrogeno per atomo di carbonio. La combustione dell’antracite per generare elettricità produce il 67% di emissioni di CO2 in più rispetto al metano, mentre la lignite, meno pregiata e di formazione più recente, ne produce il 130%in più. 5  (link combustione+CO2 vedi biocombustibili)

Metano: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O                                              energia prodotta 891 kJ/mol CO2

Petrolio (isoottano):  2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O     energia prodotta 678 kJ/mol CO2

Da queste relazioni chimiche si può vedere che il metano per ogni molecola di CO2 prodotta produce più energia dell’isoottano uno dei componenti principali del petrolio.

Se prendiamo come esempio i rilevamenti effettuati nel 2002 vediamo che i 21 miliardi di tonnellate di CO2 prodotta in quell’anno dalla combustione dei tre più celebri combustibili fossili provengono al 41% dal carbone, al 39% dal petrolio, e al 20% dal gas.6 Questi dati però non rispecchiano le quantità bruciate, ne l’energia prodotta. Un altro fatto che desta proccupazione è che questo andamento non è uniformemente distribuito nel mondo e a preoccupare è il costante aumento della combustione di carbone nei paesi in via di sviluppo.

Oggi si brucia più carbone che in qualsiasi momento del passato ed è prevista la costruzione di 483 centrali elettriche alimentate a carbone fra il 2009 e il 2019, e altre 710 fra il 2020 e il 2030. Di queste circa un terzo del totale saranno prodotte dalla Cina. 5

Il secondo gas serra per importanza è considerato il Metano, questo è presente nell’atmosfera in quantità minime, ma su una scala temporale di 100 anni ha un impatto sul riscaldamento globale 25 volte maggiore della CO2, però fortunatamente tende a permanere meno tempo nell’atmosfera. 7

I valori rilevati nel 2005 riportano una concentrazione atmosferica di metano di quasi 1.8 ppm ovvero più del doppio dei valori preindustriali (circa 0.7 ppm) e di gran lunga i più alti degli ultimi 650.000 anni. 8

Questo gas è generato dall’attività di batteri che vivono in assenza di ossigeno, infatti viene naturalmente prodotto nelle cavità gastriche, in ambienti stagnanti e paludosi e nelle profondità oceaniche, si ritiene che le attività umane siano la fonte di più del 50% delle emissioni globali  di metano. 9

L’altro gas serra prodotto dall’uomo con un ruolo dominante sul cambiamento climatico è il protossido di azoto (N2O, anche noto come gas esilarante) questo gas presente nell’atmosfera in quantità minori della CO2 ma anche del metano ha un influenza sul riscaldamento globale 298 volte maggiore di quella della CO2 su una scala temporale di 100 anni.7

La concentrazione atmosferica di questo gas è aumentata, a causa delle attività umane, del 18% dall’epoca preindustriale passando da una concentrazione di 270 ppb a 319 ppb nel 2005, un livello mai raggiunto negli ultimi 11.500 anni. Le attività umane, in particolare l’agricoltura per l’uso inflazionato di fertilizzanti ricchi di sostanze azotate 10-8 ma anche le attività industriali e gli allevamenti di animali, sono responsabili del 40% delle emissioni di protossido di azoto 8, il restante 60% è un prodotto naturale di ambienti acquatici e soprattutto  terrestri 10. L’azoto atmosferico (N2) viene infatti elaborato da alcune specie di batteri e convertito in altri composti azotati fra cui proprio il protossido di azoto che in parte si libera nell’atmosfera.

Andamento della quantità di gas serra nell’atmosfera

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E’ stata analizzata dall’IEA (International Energy Agency) [11], la distribuzione delle emissioni di CO2 nel mondo. dai dati relativi al 2009 risulta che i cinque maggiori produttori di CO2 sono Cina, Stati Uniti, India, Russia e Giappone. In essi vive il 45% della popolazione mondiale e assieme producono il 56% delle emissioni globali di CO2.

Osservando però il rapporto fra numero di abitanti e produzione di CO2 si evidenziano forti discrepanze da paese a paese: gli Stati Uniti hanno rilasciato nell’atmosfera il 18% delle emissioni di CO2, nonostante la popolazione sia meno del 5% di quella globale. La Cina il 24% dovendo supportare però una popolazione pari al 20% della popolazione mondiale. L’India col 17% della popolazione mondiale ha contribuito per poco più del 5% alle emissioni globali di CO2. Se l’India ha prodotto una tonnellata di CO2 per abitante, negli Stati Uniti le tonnellate pro capite sono ben 17.

Benchè i paesi industrializzati emettano una quantità di CO2 pro capite maggiore rispetto alla media mondiale, in alcuni paesi in vi di sviluppo questa quantità è significativamente aumentata in  seguito alla rapida espansione della loro economia. Per esempio in Cina fra il 1990 e il 2009 la produzione pro capite di CO2 per abitante è quasi triplicata mentre in India è raddoppiata. In compenso nello stesso lasso di tempo, Stati Uniti e Russia hanno significativamente diminuito il tasso di emissioni pro capite.

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Bibliografia

1 IPCC, 2007: Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, Pachauri, R.K and Reisinger, A. (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 104 pp.

2 https://www.ipcc-wg1.unibe.ch/statement/WGIsummary22122009.html

3 http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/syr/en/mainssyr-introduction.html

4 Global and regional drivers of accelerating

CO2 emissions

Michael R. Raupach*†, Gregg Marland‡, Philippe Ciais§, Corinne Le Que´ re´ ¶_, Josep G. Canadell*, Gernot Klepper**,

and Christopher B. Field†† .

5 Flannery, T. 2005. I Signori del Clima. Corbaccio s.r.l., Milano.

6 Lacour-Gayet, P. 2004. Can the Oil and Gas Industry Help Solve the CO2  Problem? Plenary address. APPEA Journal 2004, pp.39-46

7 Forster, P., V. Ramaswamy, P. Artaxo, T. Berntsen, R. Betts, D.W. Fahey, J. Haywood, J. Lean, D.C. Lowe, G. Myhre, J. Nganga, R. Prinn,

G. Raga, M. Schulz and R. Van Dorland, 2007: Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. In: Climate Change 2007:

The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate

Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University

Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

8 IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment

Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt,

M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 996 pp.

9 (http://www.epa.gov/methane/sources.html#where)

10 IPCC, 2000 – Robert T. Watson, Ian R. Noble, Bert Bolin, N. H. Ravindranath, David J. Verardo and David J. Dokken (Eds.)

Cambridge University Press, UK. pp 375

11 http://www.iea.org/index.asp