Sono chiamati gas serra quei gas presenti nell'atmosfera che riescono a trattenere una parte della componente nell'infrarosso della radiazione solare
Sono chiamati gas serra quei gas presenti nell'atmosfera che riescono a trattenere, in maniera consistente, una parte considerevole della componente nell'infrarosso della radiazione solare che colpisce la Terra ed è emessa dalla superficie terrestre, dall'atmosfera e dalle nuvole. Tale proprietà causa il fenomeno noto come "effetto serra".
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I gas serra possono essere di origine sia naturale che antropica (cioè prodotti dalle attività umane)
I principali gas serra sono: Vapore acqueo (H2O), anidride carbonica (CO2), protossido di azoto (N2O), metano (CH4) ed esafluoruro di zolfo (SF6)
L'anidride carbonica (CO2), il metano (CH4) e il protossido di azoto (N2O) sono naturalmente presenti nell'atmosfera ma sono stati notevolmente aumentati dall'attività umana nell'era industriale.
Frazioni molari globali medie mensili di superficie dell'aria secca (nero, asse sinistro) e aumenti annuali (rosso, asse destro) di (a) anidride carbonica (CO2), (b) metano (CH4) e protossido di azoto (N2O) dati NOAA Global Greenhouse Gases Reference.
Oltre a questi gas di origine sia naturale che antropica, esiste un'ampia gamma di gas serra rilasciati in atmosfera di origine esclusivamente antropica, come gli alocarburi, tra i quali i più conosciuti sono i clorofluorocarburi (CFC), e molte altre sostanze le cui molecole contengono atomi di cloro e fluoro, le cui emissioni sono regolamentate dal Protocollo di Montréal.
I gas alogenati sono emessi in quantità molto inferiori rispetto a CO2, CH4 e N2O ed hanno bassissime concentrazioni in atmosfera, ma possono avere un tempo di vita molto lungo e un forte effetto come forzante radiativo, da 3000 a 13000 volte superiore a quella del biossido di carbonio.
Il forzante radiativo è la misura dell'influenza di un fattore (ad esempio l'aumento dell'anidride carbonica o altri gas serra nell'atmosfera) nell'alterazione del bilancio tra energia entrante ed energia uscente nel sistema Terra-atmosfera.
Il potere climalterante di un gas viene espresso in CO2eq (CO2 equivalente) e indica il suo contributo all’aumento dell’effetto serra rispetto a quello della CO2 convenzionalmente posto = 1.
Potere climalterante di alcuni gas espresso attraverso il fattore di conversione in CO2eq
Vapore acqueo
Il principale gas a effetto serra è il vapore acqueo (H2O), responsabile per circa due terzi dell'effetto serra naturale.
Il vapore acqueo atmosferico è parte del ciclo idrologico, un sistema chiuso di circolazione dell'acqua dagli oceani e dai continenti verso l'atmosfera in un ciclo continuo di evaporazione, traspirazione, condensazione e precipitazione.
L’aumento della temperatura atmosferica può far aumentare la qantità di umidità e di conseguenza aumentare ulteriormente l’effetto serra.
Metano
Il metano è il prodotto della degradazione di materiale organico in ambiente anaerobico. La sua concentrazione atmosferica media sta aumentando con un tasso medio annuo valutato tra l'1.1% e l'1.4%. Le principali fonti di metano sono i terreni paludosi, la fermentazione enterica da digestione di bovini allevati, le risaie, la fermentazione del concime organico, la degradazione in ambiente riducente della biomassa, la produzione e la distribuzione di gas naturale, l'estrazione del carbone.
Alocarburi
Tra questi gas i più conosciuti sono i clorofluorocarburi (CFC), gli idroclorofluorocarburi (HCFC), e gli idrofluorocarburi (HFC). La concentrazione di questi gas in atmosfera è molto bassa, ma il loro potenziale di riscaldamento è fino a 13.000 volte superiore della CO2.
Gli alocarburi non derivano da processi naturali; la loro presenza in atmosfera è attribuibile per la maggior parte alle attività umane. Fino alla metà degli anni settanta i CFC erano largamente impiegati come propellenti per le bombolette spray, nei solventi e in alcuni collanti.
Nel 1987, siglando il Protocollo di Montréal, le nazioni del mondo hanno stretto un accordo per ridurre drasticamente l'uso di questi gas perché considerati lesivi dell'ozono atmosferico. I CFC sono stati in gran parte sostituiti dagli HCFC, meno dannosi per l'ozono ma comunque nocivi per l'effetto serra poiché contribuiscono al riscaldamento globale. Oltre ad essere molto potenti, questi gas permangono in aria per periodi molto lunghi, fino a 400 anni.
Protossido di azoto
Il protossido di azoto costituisce una piccolissima parte dell'atmosfera ed è quasi 300 volte più potente dell’anidride carbonica nel trattenere il calore.
La concentrazione del protossido di azoto è cresciuta moltissimo negli ultimi decenni, passando da 275 ppb del periodo pre-industriale ai 312 ppb del 1994. La maggior parte del protossido di azoto in atmosfera deriva da processi microbiologici. Nei terreni e nelle acque, le maggiori fonti di emissione di N2O sono i processi di nitrificazione e denitrificazione, quest'ultimo è il principale responsabile delle emissioni di N2O in ambienti sotterranei.
Ozono
L'ozono è contenuto in minima parte nell'atmosfera ed è concentrato in prevalenza intorno ai 45 km di altezza dove viene formato dalla reazione tra raggi solari UVA e l'ossigeno atmosferico. L'ozono stratosferico funge da filtro verso le radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole, ma nella troposfera si comporta da gas serra sebbene il suo contributo sia minimo.
È un componente essenziale dell'atmosfera, ma se negli strati più alti è utile perché capace di filtrare la radiazione ultravioletta del sole verso la terra, negli strati più bassi, nella troposfera, è da considerarsi un inquinante.
Parte dell'ozono è anche prodotta nei processi di inquinamento atmosferico.
Anidride carbonica
L'anidride carbonica, la cui molecola ha formula CO2, è responsabile per il 5-20% dell'effetto serra naturale ed interagisce con l'atmosfera per cause naturali e antropiche.
I serbatoi naturali della CO2 sono gli oceani, i sedimenti fossili, la biosfera terrestre, l'atmosfera. Gran parte dell'anidride carbonica degli ecosistemi viene immessa nell'atmosfera. Un certo numero di organismi hanno la capacità di assimilare la CO2 atmosferica. Il carbonio, così, grazie alla fotosintesi delle piante, che combina l'anidride carbonica e l'acqua in presenza dell'energia solare, entra nei composti organici e quindi nella catena alimentare, ritornando infine all'atmosfera attraverso la respirazione.
Si possono individuare delle variazioni annuali della concentrazione di CO2 atmosferica. Durante l'inverno si verifica un aumento della concentrazione dovuto al fatto che nelle piante a foglia caduca prevale la respirazione; mentre durante l'estate la concentrazione di CO2 atmosferica diminuisce per l'aumento totale della fotosintesi.
Gli oceani hanno un ruolo fondamentale nel bilancio del carbonio, costituiscono una vera e propria riserva di carbonio sotto forma di ione bicarbonato e contengono quantità enormi di CO2.
L'incremento di temperatura dell'acqua diminuisce la solubilità del biossido di carbonio, pertanto l'aumento della temperatura degli oceani sposta CO2 dal mare all'atmosfera, mentre una diminuzione fa avvenire il contrario.
L'anidride carbonica si va accumulando nell'atmosfera, in quanto i processi di assorbimento da parte dello strato rimescolato dell'oceano non riescono a compensare del tutto il flusso entrante di carbonio.
Le emissioni legate all'attività umana sono dovute all'uso di energia fossile, ossia petrolio, carbone e gas naturale; e la restante parte dovuta a fenomeni di deforestazione e cambiamenti d'uso delle superfici agricole.
Per quanto concerne la persistenza media in anni della CO2 in atmosfera, l'IPCC considera un intervallo compreso tra i 50 e i 200 anni che, dipende sostanzialmente dal mezzo di assorbimento.
Gli aumenti osservati dal 1750 circa (periodo preindustriale) dei gas serra (GHG) sono inequivocabilmente causati dalle attività umane.
Dal 2011, le concentrazioni dei gas serra nell'atmosfera hanno continuato ad aumentare. Nel 2019 sono stati raggiunti 410 ppm per l'anidride carbonica (CO2), 1866 ppb per il metano (CH4) e 332 ppb per il protossido di azoto (N2O). La terra e l'oceano hanno assorbito una proporzione quasi costante (globalmente circa il 56% all'anno) delle emissioni di CO2 dalle attività umane negli ultimi sei decenni.
IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change
State of the climate in 2020, Special Supplement to the Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 102, No. 8, August 2021
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