John Tyndall e l’assorbimento del calore radiante
150 anni fa John Tyndall presentava alla Royal Society il suo lavoro sull’assorbimento del calore radiante da gas e vapori ponendo così le basi per la costruzione della moderna teoria del clima.
Mentre nel 1861 si costruiva l’Italia unita, John Tyndall “dettava la sua lezione” davanti alla Royal Society sull’assorbimento di “calore radiante” nei gas. Non che i due eventi abbiano una qualche relazione; ma così come l’Italia di oggi è frutto degli eventi passati, ciò che oggi è la scienza del clima è frutto anche di quel lavoro pionieristico di Tyndall.
Come è costume ancora oggi, Tyndall inizia riconoscendo il contributo di idee ed esperienze di chi l’ha preceduto. Fra questi non poteva certo mancare De Saussurre e le sue misure di radianza solare in quota, che lo portò a scoprire quanto fosse più intensa che al livello del mare.
Non poteva nemmeno mancare Fourier, che da considerazioni sulla propagazione del calore dedusse il ruolo dell’atmosfera e per questo è considerato da molti il “padre” dell’effetto serra. Molto meno noto, o del tutto sconosciuto, ai più è Macedonio Melloni, italiano fuggito all’estero per motivi politici (Enrico Fermi non è stato nè il primo nè l’unico, purtroppo) del quale Tyndall cita “l’ammirevole apparecchio termo-elettrico” e parla di lui come un “così ecellente sperimentatore”.
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Ma torniamo alla lezione. Partendo dall’idea di Fourier che l’atmosfera terrestre lascia passare liberamente il calore del sole ma in qualche modo ostacola la dispersione del “calore radiante” terrestre, Tyndall si ripropose di misurarne l’effetto. Facile a dirsi per chi oggi avrebbe solo da comprare sorgenti, rivelatori e gas; con poca spesa sarebbe possibile rifare l’esperimento in un laboratorio scolastico.
All’epoca di Tyndall, invece, andava costruito tutto l’esperimento passo dopo passo, per poi magari doverlo rifare per rimediare a qualche difetto. E’ così che Tyndall impiegò due anni prima di riuscire ad ottenere dati affidabili e diverse pagine per descrivere i problemi riscontrati (“Il corso dell’indagine durante l’intero periodo fu una lotta incessante con difficoltà sperimentali.”) e le soluzioni adottate. Quasi a giustificarsi, Tyndall osserva che “Risultati approssimati erano facilmente ottenibili, ma io miravo a misurazioni esatte”. E in effetti, a leggere l’articolo non può non rilevarsi l’attenzione prestata a tutti i dettagli e l’accuratezza dei risultati ottenuti.
Ma cosa trovò di tanto interessante da meritarsi di essere ricordato a distanza di 150 anni? Tyndall mostrò i risultati di assorbimento relativo a nove gas e venti vapori. Per quanto di diretto interesse climatologico, Tyndall mostrò che i due principali gas che compongono l’atmosfera presi singolarmente, N2 e O2, sono trasparenti nell’infrarosso e che sono invece vapor acqueo, ozono e anidride carbonica ad assorbire. Inoltre trovò che la quantità di energia assorbita è approssimativamente proporzionale alla concentrazione del gas solo finché l’assorbimento è basso, aumentando meno che proporzionalmente oltre una carta concentrazione.
Tyndall aveva trovato il responsabile del meccanismo proposto da Fourier a inizio secolo, erano dei gas a bassa concentrazione, principalmente il vapor acqueo, miscelati in atmosfera e non l’atmosfera di per sé. Riconobbe l’importanza delle conseguenze che questo aveva nella comprensione del clima e sopratutto dei cambiamenti climatici, le ere glaciali, che i geologi avevano appena scoperto. Scrive infatti che “Pertanto non è necessario assumere alterazioni della densità e dell’altezza dell’atmosfera per render conto delle diverse quantità di calore conservate alla terra ai diversi momenti: a ciò basterebbe un lieve cambiamento nei suoi costituenti variabili.”
Un decennio più tardi Tyndall usò la nota analogia della diga per spiegare l’effetto dell’assorbimento dei raggi infrarossi in atmosfera:
“Come una diga costruita su un fiume causa un approfondirsi locale del flusso, così la nostra atmosfera, buttata come una barriera sui raggi terrestri, produce un innalzarsi locale della temperatura alla superficie della Terra. Questo, ovviamente, non implica un’accumulazione indefinite più di quanto la implichi la diga, poiché la quantità persa per radiazione terrestre è, finalmente, uguale alla quantità ricevuta dal Sole.”
Con questi lavori erano stati messi i primi mattoni per la costruzione di una teoria del clima, teoria che verrà progressivamente sviluppata nei decenni seguenti. Pur non conoscendo ancora le onde elettromagnetiche né la fisica delle molecole e con la termodinamica ancora agli albori, le conoscenze di 150 anni fa erano state sufficienti a confermare l’esistenza dell’effetto serra, a comprendere come funziona e a cosa era dovuto.
Testo di Riccardo Reitano
20 responses so far
Un gigante del pensiero e gigante anche in moltri altri sensi. Personaggi irripetibili di un epoca irripetibile. Non a caso, proprio in questo stesso articolo si cita De Saussurre, legato alla conquista del M. Bianco, mentre Tyndall qualche decennio dopo scalò per primo il Weisshorn, la più alta montagna della Svizzera. Veri uomini rocciosi! Non oso pensare a cosa potrebbero pensare oggi, un secolo e mezzo dopo se dovessero resuscitare ed entrare in certi blog psudo climatici… come minimo volerebbero picozzate!
Bravo Reitano!
Un bel richiamo ai fondamenti della scienza del clima.
Dedicato a quelli che si domandano con finta ingenuità “possiamo credere ad una teoria come l’AGW, che è solo un prodotto di modelli al computer?” (Scafetta nella disfida con Caserini). Oppure Visconti (citazione riportata a pagina 128 di “A qualcuno piace caldo”).
A parte il fatto che i modelli di simulazione sono usati con ottimi risultati in tutte le discipline scientifiche e tecnologiche e non si capisce perché mai nella climatologia non dovrebbero andare bene, nella scienza del clima c’è tanta fisica tradizionale a partire dal fondamentale lavoro di Tyndall.
Per fare solo un altro esempio, anche i grafici riportati a pagina 86 di “Tempeste” di Hansen – che descrivono gli spettri della radiazione solare e di quella termica terrestre al passaggio attraverso l’atmosfera, confrontati con le rispettive radiazioni teoriche “di corpo nero” – sono solida fisica anni ’30.
Con buona pace delle pseudo scienze new-age e simili.
homoereticus
mi è quasi dispiaciuto trattare solo l’aspetto inerente l’effetto serra, ci sarebbe molto altro da raccontare su Tyndall, sia sull’uomo che sulla sua scienza.
Gianfranco
grazie! Vorrei aggiungere che anche i modelli climatici non sono affatto recenti creature di menti astratte. Sono vecchiotti anche loro e hanno dovuto sostenere il duro confronto con la realtà meteorologica e climatica di molti decenni. Non è davvero possibile dismetterli così semplicemente. Infine, se il nostro interesse si limitasse alla sola temperatura media globale, non avremmo bisogno di complicati modelli climatici; a loro chiediamo ben altro!
Un bellissimo pezzo di storia della scienza ! HA ragione chi ha scritto che quella stagione inglese fu irripetibile ! Ricordo Darwin e gli istituti di ricerca che pullulavano nella capitale Londra. Invidio chi di voi ha una laurea scientifica !
. . . segue dal mio commento precedente.
Dedicato anche a chi lamenta la presunta – da loro – insufficiente base sperimentale della scienza del clima (e.g. il solito ineffabile Visconti citato a pagina 123 di “A qualcuno piace caldo”). A chi depreca che in campo climatico non si possano fare esperimenti di laboratorio “galileiani” (mi vengono in mente quelli a base di molle, pulegge e biglie su piani inclinati che mi venivano inflitti al liceo e che a me non davano mai i risultati previsti – difatti ho poi scelto un indirizzo di fisica teorica – ma sto divagando).
Le osservazioni astronomiche di Galileo e di Keplero alla base della teoria della gravitazione, quelle che hanno portato Roemer alla sua pionieristica misurazione della velocità della luce e poi tante altre nei successivi secoli di sviluppo della scienza moderna sono appunto osservazioni, non esperimenti di laboratorio del tipo accennato prima.
Negare valore di esperimenti alle osservazioni – letture del gran libro della natura – escluderebbe oltre alla climatologia anche l’astrofisica e la cosmologia dal novero delle scienze empiriche: chi ha il coraggio di dirlo a Margherita Hack?
Alla base della scienza del clima, come di ogni disciplina scientifica, ci sono le osservazioni e le tecniche di calcolo e di simulazione (infatti il gran libro della natura è scritto in lingua matematica) accanto a fior di esperimenti tradizionali come quelli di Tyndall.
A proposito, ho scoperto che gli strumenti di laboratorio di Macedonio Melloni sono conservati all’Università di Napoli; Mazzarella ci avrà mai dato uno sguardo?
Grazie a Climalteranti e a Riccardo Reitano per questo articolo, un viaggio alle radici della scienza.
PS: Un dettaglio, la parte finale è ripetuta
Bene. Si può discutere sull’effetto serra, ma non negare che esista. Grazie Reitano, grazie Tyndall.
@Elisabetta C.
Anche senza laurea scientifica, il testo di Tyndall che finisce con la metafora della diga è da leggere – http://www.jstor.org/stable/108823
@Giovanni D.
Ottimista?
oca sapiens
grazie per il link al secondo articolo di Tyndall che ho dimenticato di mettere.
Per chi volesse leggere solo l’originale in inglese della citazione, si trova a pagina 95 dell’originale, 38esima pagina del file.
Elisabetta
laurea scientifica o meno, anche io ho da invidiare qualcuno, quelli che, oltre ad averla, si trovavano in Inghilterra in quel periodo 🙂
Giovanni
negare l’esistenza dell’effetto serra e’, per fortuna, cosa riservata solo a pochi “arditi”. Forse potremmo fare un salto di solo pochi decenni e fare il secondo passo, Arrhenius. E’ sorprendente quante cose sia riuscito a comprendere e quantificare, senza nemmeno l’ausilio della più semplice calcolatrice di un cellulare.
@ Riccardo Reitano
“Inoltre trovò che la quantità di energia assorbita è approssimativamente proporzionale alla concentrazione del gas solo finché l’assorbimento è basso, aumentando meno che proporzionalmente oltre una carta concentrazione.”
Plaudo sempre a chi, volontariamente e gratis, cerca di far capire ai poveri mortali cosa sia l’effetto serra atmosferico, o meglio cosa dimostri la teoria dell’AGW. Purtroppo io ancora non la colgo questa dimostrazione e a riguardo:
Posto che il CO2 è saturato in meno di 200 mt da terra, e che quindi l’aumento della sua concentrazione nulla cambia nell’assorbimento degli ir della sua banda, se non nel TOA cioè nella banda superiore della troposfera dove ad un aumento della concentrazione di CO2 teoricamente corrisponde un aumento dell’assorbimento degli ir, (peccato però che di ir nella banda di assorbimento del CO2 al TOA ne arrivino pochissimi) la domanda è sempre quella come avviene la trasmissione dell’energia assorbita dal CO2 nei primi 200 mt di atmosfera?
Per convezione? cioè per scontro con altre molecole come l’acqua ad es?
Solo per radiazione? Questo è impossibile perchè nella bassa troposfera è impensabile che la molecola di CO2 eccitata.
per radiazione e convezione? Probabilmente ma in quale proprorzione.
Lei Reitano in altra discussione disse che il numero di scontri tra la CO2 e l’H20 deve essere uguale a numero di scontri di ritorno tra la molecla di acqua e quella di CO2: questo però in atmosfera è impossibile, sia perchè la molecola di acqua è 100 volte più numerosa del CO2 sia perchè l’acqua sale verso l’alto scarica l’energia all’esterno verso lo spazio come ir (nella banda dell’acqua però non in quella del CO2) e poi scende sulla terra come pioggia.
Va da sè che se l’energia assorbita dal CO2 è trasmessa in atnosfera per convezione tutta la mitigazione climatica con la riduzione delle emissioni è solo un truffa.
Costa
mille altre volte abbiamo provato a chiarire questi dubbi e, ricordo, anche sfruttando una pubblicazione di Lindzen e un post di Spencer per mostrare come sul meccanismo dell’effetto serra i dubbi fra gli scienziati, anche scettici, propio non esistono. Comunque.
“Posto che il CO2 è saturato in meno di 200 mt da terra, e che quindi l’aumento della sua concentrazione nulla cambia nell’assorbimento degli ir della sua banda, se non nel TOA […]”
Non è vero, si riduce la cosiddetta lungheza d’assorbimento e gli IR emessi dalla superficie verranno assorbiti in uno spessore di atmosfera inferiore. Questo ha delle conseguenze (vedi terzo punto).
“(peccato però che di ir nella banda di assorbimento del CO2 al TOA ne arrivino pochissimi)”
Nemmeno questo è vero o è espresso male. Non ne arrivano direttamente dalla superficie (nel senso di lunghezza di assorbimento), ma l’atmosfera emette IR anch’essa, secondo le note leggi.
“la domanda è sempre quella come avviene la trasmissione dell’energia assorbita dal CO2 nei primi 200 mt di atmosfera?”
Ogni strato emette verso e riceve dagli strati superiori e inferiori. L’alterazione del bilancio in uno di questi si riflette sugli altri. Se la lunghezza d’assorbimento, ad esempio, si dimezza, la stessa quantità di energia sarà assorbita in metà spessore, Questo produrrà un aumento della temperatura di quello strato (e una variazione del lapse rate) che si propagherà agli altri. Tutto tornerà come prima una volta ristabilito il lapse rate. In questo intervengono anche il calore sensibile (convezione) e il calore latente (ove appropiato). Ma per quanto riguarda l’effetto serra, il meccanismo grazie al quale si ristabilscono l’equilibrio e il lapse rate è ininfluente. L’unica cosa che conta è la quota a cui si trova la temperatura di emissione di equilibrio; la temperatura superficiale, a lapse rate costante, verrà determinata di conseguenza.
“Lei Reitano in altra discussione disse che il numero di scontri tra la CO2 e l’H20 deve essere uguale a numero di scontri di ritorno […]” etc.
Il numero di collisioni dipende dal prodotto delle concentrazioni di entrambi costituenti. Essendo coinvolta una coppia, non si distingue fra una molecola di CO2 che urta una di, ad esmepio, N2 e una di N2 che urta una di CO2; è esattamente la stessa cosa.
“sia perchè l’acqua sale verso”
la velocità verticale di una massa d’aria è di qualche metro al secondo. La velocità delle singole molecole è ordini di grandezza superiore e la frequenza delle collisioni corrispondentemente elevata; ai fini delle collisioni possiamo considerare l’aria nel suo complesso sostanzialmente immobile.
“Va da sè che se l’energia assorbita dal CO2 è trasmessa in atmosfera per convezione tutta la mitigazione climatica con la riduzione delle emissioni è solo un truffa.”
Questo è ovviamente falso. Come detto prima, l’unica cosa che conta è la quota alla quale troviamo la temperatura di equilibrio, indipendemente dal meccanismo che lo ha ripristinato.
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Il tuo usare la parola “truffa” tradisce la convinzione nella malafede degli scienziati e di chi li sostiene (io fra questi). E’ inaccettabile. Altre volte hai usato espressioni offensive e una volta indirizzate personalmente a me. Capirai quindi che quanto ho scritto non era rivolto a te ma a un ipotetico lettore di passaggio che potrebbe essere fuorviato dai tuoi tentativi di propagandare, qui come in altri blog, l’idea di questa ipotetica truffa.
@ Reitano
Guardi che ho scritto : se l’energia assorbita dal CO2 è trasmessa in atmosfera per convezione tutta la mitigazione climatica con la riduzione delle emissioni è solo un truffa.”
è un condizionale non è un insulto, non avrà la coda di paglia.
Cmq la ringrazio delle spiegazioni, Spencer e Lindzen contestano proprio il ruolo del vapore acqueo, ci sono altri autori che dicono che invece è la convezione a prevalere al contrario di quello che dice lei…ma non su riviste ISI che io sappia e quindi non le cito.
Sulle collisioni mi sembra che descriva una condizione ipotetica ( su cui non c’è nulla da discutere) ma che sia diversa dalla situazione reale.
Costa
vedo che lei propio non riesce a staccarsi dello stile rissa e insulti. Avrei la coda di paglia perché sono partecipe cosciente della truffa? A me ogni tanto sembra che lei oltre a non avere idea della scienza di cui parla non si rende conto di ciò che dice in generale, per poi lamentarsi dei post cancellati. E questa è la migliore delle ipotesi.
@Costa
Hanno inventato i libri. Te ne sei mai accorto? Fra questi, uno che riesca una buona volta a farti capire un meccanismo così semplice come l’effetto serra (lo sai che persino Spencer è convinto che la Terra sia sferica?), prima o poi, lo si trova, ho pochi dubbi a riguardo. Per la legge dei grandi numeri, se non altro prima o poi.
A meno che non vi siano preconcetti dogmatici a monte o difficoltà di comprensione. E allora di dubbi a riguardo ne avrei a iosa.
Anyway: come ti ho già detto zillanta volte e a volte anche spiegandotelo per bene con schemini, disegnini e ideogrammi, non c’è convezione che tenga. A guidare è la radiazione, essendo *sorgente* di calore, non si scappa. La convezione è solo un meccanismo di risposta e per fortuna che c’è! Inutile perdere ulteriore tempo, ricerca i disegnini e i corogrammi. Queste cose la comunità scientifica non le discute più, essendo roba del 19esimo secolo acquisita, dimostrata, sperimentata…e non essendo la stessa comunità residente al famoso paese…
//”ci sono altri autori che dicono che invece è la convezione a prevalere al contrario di quello che dice lei”//
ma la cosa ti sorprende, come un fanciullo? C’è persino chi afferma che la Terra sia piatta o cava, al contrario di quello che penso tu pensi.
//”Sulle collisioni mi sembra che descriva una condizione ipotetica”//
Ecco: ti entrasse una buona volta in testa l’importanza della statistica nella fisica termodinamica, avresti già fatto un piccolo grande passo in avanti.
steph
“Ecco: ti entrasse una buona volta in testa l’importanza della statistica nella fisica termodinamica, avresti già fatto un piccolo grande passo in avanti.”
il problema è che il complotto per la maxi truffa del millennio degli scienziati di oggi è nato con i fisici dell’ottocento! Devo ammettere che come fisico mi inorgoglisco 🙂
@ Steph e Reitano
Voi avete la passione per l’insegnamento, si vede, altrimenti non sareste qui a a discutere, abbiate pazienza ma mai mi vergognerò di chiedere cose che non capisco (specie se mi riguardano)
Siccome Steph non ha focalizzato bene il quesito attuale ricapitolo
Effetto serra atmosferico: ogni strato assorbe ir e li riemette di strato in strato secondo le leggi di TD, il CO2 è saturato ma l’aumento del CO2 capta più ir al TOA che altrimenti sfuggirebbero.
Giusto?
Convezione: leggo Eli rabbett che dice che solo poche molecole di CO2 in bassa troposfera dopo aver assorbito gli ir fanno in tempo a riemetterli, la maggior parte collide con altre molecole.
Qui non capisco se l’energia se va per convezione o per radiazione e vi chiedo lumi
Risposta di Steph sul suo blog: mi sembra di aver capito che mi consiglia di non tener conto di Eli rabbet (con quel nome e con quel server del resto, e poi non è una peer review) e ribadisce: ogni strato assorbe e riemette seocno le leggi fisiche note ecc ecc punto.
Risposta di Reitano: la stessa, ma la spiega, dicendo che ci sono anche le collisioni della molecole di CO2 eccitata dopo l’assorbimento di ir, ma il loro numero coincide con le collisioni che le molecole di CO2 ricevono.
Qui non capisco: le molecole hanno pesi e forme diverse e soprattutto c’è l’acqua che è in concentrazione 100 volte superiore al CO2 ed ha un comportamento particolare (detta terra terra) si aggrega e condensa quindi suppongo io (ma forse sbaglio) che le molecole di acqua colpite non facciano in tempo a restituire il colpo
Risposta di Coco al Reitano: quello da lei descritto sulle collisioni è un sistema in equilibrio che in atmosfera non esiste e quindi in atmosfera prevale la convezione.
continua
E poi dopo mesi leggo questo: http://tallbloke.wordpress.com/2010/08/03/roy-clark-a-null-hypothesis-for-co2/
Lo so lo so il psot si riferisce a una peer review ma la rivista non è ISI. Nelle citazioni il ruolo dell’acqua nell’effetto serra atmosferico ipotizzato sembra sia in contraddizione con quello detto dal Reitano
Discussione attuale: Reitano dice: “Ogni strato emette verso e riceve dagli strati superiori e inferiori. L’alterazione del bilancio in uno di questi si riflette sugli altri. Se la lunghezza d’assorbimento, ad esempio, si dimezza, la stessa quantità di energia sarà assorbita in metà spessore, Questo produrrà un aumento della temperatura di quello strato (e una variazione del lapse rate) che si propagherà agli altri. Tutto tornerà come prima una volta ristabilito il lapse rate. In questo intervengono anche il calore sensibile (convezione) e il calore latente (ove appropiato). Ma per quanto riguarda l’effetto serra, il meccanismo grazie al quale si ristabilscono l’equilibrio e il lapse rate è ininfluente. L’unica cosa che conta è la quota a cui si trova la temperatura di emissione di equilibrio; la temperatura superficiale, a lapse rate costante, verrà determinata di conseguenza.”
Qua capisco poco Il meccanismo di cui parla è ininfluente su cosa? Sul calore sensibile? e cosa lo dimostra?
E sulle collisioni il Reitano dice: “Il numero di collisioni dipende dal prodotto delle concentrazioni di entrambi costituenti. Essendo coinvolta una coppia, non si distingue fra una molecola di CO2 che urta una di, ad esempio, N2 e una di N2 che urta una di CO2; è esattamente la stessa cosa”
Mah e quando invece si tratta di atmosfera con tutte le molecole che collidono tra loro, cosa dimostra che l’acqua (condensando) non porti via (per convezione) parte dell’energia degli ir assorbita dal CO2 e trasmessa da questa per collisione?
@ Steph
lascio cadere la tua ironia a nulla serve (mi basta ricordare il tuo articolo dove descrivi CM come la spectre)
ti ho risposto nella discussione (una previsione da cestinare) raccogliendo almeno 10 peer review del 2011 che smentiscono punto per punto quello che hai detto mi hanno cancellato e quindi basta discussioni su CA questa è l’ultima
Chi censura ha sempre torto.
@ Reitano
se si è offeso ma ha frainteso.
ripeto: se la trasmissione fosse per convezione e non per radiazione la mitigazione climatica sarebbe una truffa.
Cosa c’è di sbagliato in questa frase?
se fosse vero non sarebbe una truffa per lei?
Lei dice che la convezione è ininfluente, va beh allora non è una truffa.
se me la spiegasse meglio però potrei capirne di più
Costa
dal dizionario Sabatini Coletti online:
truffa:
1 dir. Reato contro il patrimonio, commesso da chi ricava illecito profitto con danno altrui, mediante inganni e raggiri
2 estens. Imbroglio
Mi sembra ovvio che si tratti di un’azione deprecabile e chi la pone in atto una persona eticamente, se non penalmente, condannabile. Capisco che il fraintendimento è sempre dietro l’angolo, salvo poi notare che questo termine o similari vengono sistematicamente usati. Difficile fraintedere.
Ma facciamo finta di prendere per buono il fraintendimento e parliamo di fisica che mi viene più congeniale, qualche lettore di passaggio potrebbe essere interessato.
Io credo che prima di affrontare le questioni più complicate si dovrebbero capire quelle più semplici. In particolare ho l’impressione che le basi dell’effetto serra siano confuse.
La prima cosa da chiarire credo sia che ai fini dell’equilibrio planetario l’unica cosa che conta è la temperatura (e conseguente emissione IR) dello strato di atmosfera da cui gli IR possono sfuggire, i famosi 255 K. Al fine di determinare l’equilibrio, quale sia la struttura termica dell’atmosfera sottostante non ha importanza.
Quest’ultima è invece importante per determinare la temperatura superficiale. Con un lapse rate costante, la differenza di temperatura con la superficie è data dal lapse rate per la quota a cui si trova lo strato che emette. Sempre nel caso di lapse rate costante, se lo strato che emette si sposta a quote più alte e temperature più basse, tutto il profilo di temperatura dovrà “sollevarsi” per riportare lo strato emittitore a 255 K.
Ai fini di questo discorso, il meccanismo che determina il lapse rate non ha importanza, conta solo quanto vale. Se potessimo magicamente bloccare l’emissione di tutta l’atmosfera tranne quella dello strato che emette verso lo spazio e il lapse rate che misuriamo fosse determinato esclusivamente dalla convezione, l’equilibrio termico del pianeta non cambierebbe.
Facciamo ora un’altro passo avanti, cosa determina il lapse rate? Se consideriamo solo l’equilibrio radiativo, otteniamo un lapse rate eccessivo (circa 10 °C/Km) che produrrebbe un’atmosfera instabile alla convezione. La convezione riduce il lapse rate (o meglio il correlato gradiente di temperatura potenziale), portandolo ai circa 6.5 °C/Km misurati.
Se si vogliono davvero comprendere i dettagli di questi meccanismi non credo che, come suggerisce steph, esista altra strada che prendere un qualunque libro di fisica dell’atmosfera. Mi darai atto che è arduo condensare in poche righe un capitolo di un libro (scritto da qualcuno più qualificato di me).
Due parole sul “mistero delle collisioni”. C’è un principio, stabilito oltre cento anni fa dal solito Boltzman (guarda caso propio studiando le collisioni nei gas), che prende il nome di principio del bilancio dettagliato. Dice che in un sistema in equilibrio termodinamico (anche solo locale) le transizioni fra qualsiasi coppia di stati sono a bilancio nullo, cioé uguali nei due sensi (notare la non casuale somiglianza con la legge di Kirchhoff su emissività e assorbimento). Nel nostro caso significa che se X molecole di CO2 al secondo decadono non-radiativamente per collisione, altrettante verranno eccitate con lo stesso meccanismo. Le magie della termodinamica!
Infine, ciò che dice Coco altrove e ad altri non mi riguarda (divento vecchio, ripeto sempre le stesse cose). Per evitare di continuare a parlare di termodinamica (un altro libro da studiare!), iniziamo con il concetto base di equilibrio locale da Wikipedia.
Faccio notare di passaggio che se l’atmosfera non fosse in equilibrio termodinamico locale, la temperatura, che è un concetto squisitamente termodinamico, non sarebbe definita e avremmo risolto il problema del riscaldamento globale. Geniale!
@ Reitano
Purtropppo questo sarà il mio ultimo post su CA colgo quindi l’occasione per ringraziarla perchè mai nesssuno mi ha spiegato l’effetto serra atmosferico in modo così capillare.
Su termodinamica: Probabilmente data la mia incompetenza non riesco a spiegarmi, ma quello che lei descrive è un fenomeno esclusivamente radiativo, (questo penso di averlo capito) dice che nel meccanismo c’è anche un pò di calore latente e calore sensibile ma che è ininfluente.
Cosa dimostra che è ininfluente?
Su collisioni: dice: “Nel nostro caso significa che se X molecole di CO2 al secondo decadono non-radiativamente per collisione, altrettante verranno eccitate con lo stesso meccanismo. Le magie della termodinamica!”
Perfetto, anche questo penso di averlo capito , ma mi chiedo se l’acqua si aggrega e condensa come fa a ritornare la collisione che ha ricevuto? Cos adimostra che l’acqua non porta con se parte dell’energia assorbita dalla CO2 e passata dalla CO2 all’acqua (direttamente o indirettamente) per collisione?
Su ipotesi nulla: ha letto l’articolo? cosa ne pensa? è vero che gli ir antropogenici di ritorno sono di talmente bassa entità che mai nessuno li ha misurati?
Se non fosse vero lei ha le misurazioni?
se fosse vero? come è possibile che una forzante non misurabile ma solo deducibile dalle leggi della TD sia in grado di dare più del 90% del riscaldamento globale degli ultimi decenni?
Costa
con ordine le risposte.
“Su termodinamica: Probabilmente data la mia incompetenza non riesco a spiegarmi, ma quello che lei descrive è un fenomeno esclusivamente radiativo, (questo penso di averlo capito) dice che nel meccanismo c’è anche un pò di calore latente e calore sensibile ma che è ininfluente.
Cosa dimostra che è ininfluente? ”
Quello che ho scritto è che ai fini del bilancio energetico planetario il meccanismo con cui si determina il lapse rate è ininfluente. Lo dice il fatto che all’equilibrio l’unica cosa che conta è la temperatura dello strato che emette verso lo spazio. Scendendo giù verso la superficie, invece, la temperatura è determinata dal lapse rate.
“Su collisioni: dice: “Nel nostro caso significa che se X molecole di CO2 al secondo decadono non-radiativamente per collisione, altrettante verranno eccitate con lo stesso meccanismo. Le magie della termodinamica!”
Perfetto, anche questo penso di averlo capito , ma mi chiedo se l’acqua si aggrega e condensa come fa a ritornare la collisione che ha ricevuto? Cos adimostra che l’acqua non porta con se parte dell’energia assorbita dalla CO2 e passata dalla CO2 all’acqua (direttamente o indirettamente) per collisione?”
La gran parte delle collisioni avvengono con il costituenta di gran lunga maggioritario, N2; poi viene O2 e solo dopo viene H2O. E di queste ultime, quante riusciranno a condensare prima di urtare a loro volta? E anche se condensano, il calore latente devono lasciarlo all’ambiente circostante. Per questo il calore latente è un meccanismo di trasporto di energia dalla superficie all’atmosfera.
“Su ipotesi nulla: ha letto l’articolo? cosa ne pensa?”
Non l’ho letto, ma so che Roy Clark fa parte della schiera di quelli che negano l’effetto serra perché viola il secondo principio della termmodinamica. Che la sua ipotesi nulla sia che la CO2 è ininfluente immagino sia solo l’ovvia conseguenza di questo errore.
“è vero che gli ir antropogenici di ritorno sono di talmente bassa entità che mai nessuno li ha misurati?
Se non fosse vero lei ha le misurazioni?”
Non è vero, sono stati misurati. Ci sono diversi articoli ma a pagamento; cito ad esempio Philipona 2004 perché li ha misurati dietro casa nostra, in Svizzera. Scaricabile liberamente conosco solo l’exetend abstract di Evans 2006 (h/t Skeptical Science).
[…] e che si sviluppassero le tecniche e i materiali adatti ad analizzarli. Di queste nuove conoscenze si avvantaggiò Tyndall che per primo misurò l’assorbimento infrarosso in diversi gas, inclusi CO2 e vapor acqueo. […]