I principali gas a effetto serra e le loro sorgenti

Il vapore acqueo e quelli che gli scienziati esperti considerano gli altri quattro gas a effetto serra “più importanti” comprendono la vera e propria “hit parade” dei gas a effetto serra che intrappolano il calore nell’atmosfera terrestre e contribuiscono al riscaldamento globale in tutto il mondo.

C’è un’intera famiglia di gas a effetto serra (GHGs). Ma una cosa importante da ricordare è che non sono tutti “creati allo stesso modo”

Una distinzione particolarmente importante tra loro è il loro diverso potenziale di riscaldamento globale (GWP). Alcuni sono molto più “efficienti” – e questo non è decisamente un complimento in questo contesto – nel trattenere l’energia termica nell’atmosfera, senza permetterne la fuga. Alcuni hanno vita breve, mentre altri possono facilmente durare decenni o più nell’atmosfera. Alcuni gas serra sono emessi in grandi quantità ma, fortunatamente, possono non essere così voraci o “efficienti” come quelli emessi in quantità molto più piccole; altri hanno proprio le qualità opposte – emessi solo in tracce, ma estremamente efficienti nel ricoprire l’atmosfera del pianeta e impedire al calore di fuoriuscire da essa.

Per dare una ragione comprensibile alla famiglia dei gas serra, gli scienziati parlano in termini di anidride carbonica equivalente – CO2e. Questo approccio in effetti rende l’anidride carbonica, CO2, la “moneta” prevalente dei gas serra e del riscaldamento globale.

Consideriamo i principali gas serra uno alla volta, iniziando con il vapore acqueo, il gas serra più abbondante nell’atmosfera secondo il National Climatic Data Center (NCDC) del NOAA.

• Vapore acqueo
• Biossido di carbonio (CO2)
• Metano (CH4)
• Ossido nitroso (N2O)
• Gas fluorurati (HFC, PFC, SF6)
• Riferimenti e risorse

Vapore acqueo

NCDC spiega che i cambiamenti nella concentrazione di vapore acqueo derivano dai feedback climatici legati al riscaldamento dell’atmosfera e non da attività legate all’industrializzazione. Il ciclo di feedback in cui l’acqua è coinvolta è criticamente importante per proiettare il futuro cambiamento climatico, continua l’NCDC, “ma è ancora abbastanza poco misurato e compreso”. L’agenzia continua:

Man mano che la temperatura dell’atmosfera aumenta, più acqua viene evaporata dal deposito a terra (fiumi, oceani, bacini, suolo). Poiché l’aria è più calda, l’umidità assoluta può essere più alta (in sostanza, l’aria è in grado di “trattenere” più acqua quando è più calda), portando a più vapore acqueo nell’atmosfera. Come gas serra, la maggiore concentrazione di vapore acqueo è in grado di assorbire più energia termica infrarossa irradiata dalla Terra, riscaldando ulteriormente l’atmosfera. L’atmosfera più calda può quindi contenere più vapore acqueo e così via. Questo viene definito un “ciclo di feedback positivo”. Tuttavia, esiste un’enorme incertezza scientifica nel definire l’estensione e l’importanza di questo ciclo di feedback. Man mano che il vapore acqueo aumenta nell’atmosfera, una quantità maggiore di esso finirà per condensarsi in nuvole, che sono più in grado di riflettere la radiazione solare in arrivo (permettendo così a meno energia di raggiungere la superficie terrestre e riscaldarla). Il futuro monitoraggio dei processi atmosferici che coinvolgono il vapore acqueo sarà fondamentale per comprendere appieno i feedback nel sistema climatico che portano al cambiamento climatico globale. Al momento, anche se le basi del ciclo idrologico sono abbastanza ben comprese, abbiamo una comprensione molto limitata della complessità dei cicli di feedback. Inoltre, mentre abbiamo buone misurazioni atmosferiche di altri gas chiave per l’effetto serra come l’anidride carbonica e il metano, abbiamo scarse misurazioni del vapore acqueo globale, quindi non è certo di quanto siano aumentate le concentrazioni atmosferiche negli ultimi decenni o secoli, anche se le misurazioni satellitari, combinate con i dati dei palloni e alcune misurazioni a terra in situ, indicano tendenze generalmente positive nel vapore acqueo globale.

Diossido di carbonio (CO2)

Prendiamo ora in considerazione quelli che le agenzie federali e i ricercatori accademici considerano i “più importanti gas serra”.

Il diossido di carbonio (da non confondere con il monossido di carbonio, CO, associato alle emissioni di scarico dei veicoli o agli allarmi CO domestici) si presenta sia naturalmente che come risultato delle attività umane. È un sottoprodotto inevitabile della combustione dei combustibili fossili, come il carbone, la benzina e il gas naturale. Nel 2013, la CO2 ha rappresentato circa l’82% di tutte le emissioni di gas serra degli Stati Uniti dalle attività umane. Citando i dati del National Research Council’s 2011 Advancing the Science of Climate Change, il sito web della U.S. Environmental Protection Agency (EPA) riporta che “le attività umane stanno alterando il ciclo del carbonio, sia aggiungendo più CO2 all’atmosfera che influenzando la capacità dei pozzi naturali, come le foreste, di rimuovere la CO2 dall’atmosfera. Mentre le emissioni di CO2 provengono da una varietà di fonti naturali, le emissioni legate all’uomo sono responsabili dell’aumento che si è verificato nell’atmosfera dalla rivoluzione industriale”. Le concentrazioni di CO2 nell’atmosfera sono aumentate di più di un terzo dall’inizio dell’era industriale. Le proiezioni per i prossimi anni vedono questa tendenza continuare.

Secondo il sito web dell’EPA, le zone umide sono la più grande fonte naturale di metano, emesso da batteri che decompongono materiali organici in assenza di ossigeno. Fonti più piccole includono termiti, oceani, sedimenti, vulcani e incendi selvaggi.

L’EPA riferisce che le emissioni di metano negli Stati Uniti sono diminuite di quasi l’11% tra il 1990 e il 2012, durante il quale le emissioni “sono aumentate dalle fonti associate alle attività agricole, mentre le emissioni sono diminuite dalle fonti associate all’esplorazione e alla produzione di gas naturale e prodotti petroliferi.”

Negli ultimi anni, alcuni rapporti dei media hanno focalizzato l’attenzione sul potenziale di improvvisi e massicci rilasci di metano e idrati di metano, a lungo imbottigliati, attualmente sequestrati dalla tundra congelata. La preoccupazione è che lo scioglimento della tundra artica possa portare a rilasci potenzialmente catastrofici e improvvisi di metano. Un’eccellente risorsa per comprendere ulteriormente questo problema di alta visibilità è un pezzo nella rivista Nature, ampiamente rispettata e sottoposta a revisione paritaria, della scienziata Carolyn Ruppel dell’U.S. Geological Survey Woods Hole. Citando da quel rapporto:

…alcuni scienziati hanno lanciato l’allarme che grandi quantità di metano (CH4) potrebbero essere liberate dalla destabilizzazione diffusa dei depositi di idrati di gas sensibili al clima, intrappolati nei sedimenti marini e associati al permafrost (Bohannon 2008, Krey et al. 2009, Mascarelli 2009). Anche se solo una frazione del CH4 liberato dovesse raggiungere l’atmosfera, la potenza del CH4 come gas serra (GHG) e la persistenza del suo prodotto ossidativo (CO2) hanno aumentato le preoccupazioni che la dissociazione degli idrati di gas potrebbe rappresentare un lento punto di svolta (Archer et al. 2009) per il periodo contemporaneo di cambiamento climatico della Terra.

Rilevando che il metano è circa il 20% più potente della CO2 come gas serra, ma si ossida in CO2 dopo circa un decennio nell’atmosfera, Ruppel scrive che “La suscettibilità dei gas idrati al riscaldamento del clima dipende dalla durata dell’evento di riscaldamento, dalla loro profondità sotto il fondo del mare o dalla superficie della tundra, e dalla quantità di riscaldamento necessaria per riscaldare i sedimenti al punto di dissociare i gas idrati.”

Per coloro che vogliono capire meglio il significato del metano nell’intera discussione sul riscaldamento globale/cambiamento climatico, il pezzo su Nature di Ruppel, capo del Gas Hydrates Project dell’USGS, fornisce informazioni utili e pratiche.

Il protossido di azoto (N2O)

Il protossido di azoto si trova naturalmente nell’atmosfera terrestre come parte del ciclo dell’azoto. Mentre è il prodotto di un’ampia varietà di fonti naturali, le attività umane – agricoltura, combustione di combustibili fossili, gestione delle acque reflue e processi industriali – stanno aumentando le concentrazioni atmosferiche, dice l’EPA. Inoltre, le molecole di protossido di azoto nell’atmosfera hanno una lunga durata – circa 120 anni prima di essere rimosse in un “lavandino” o distrutte come risultato di reazioni chimiche. Una libbra di gas N2O ha l’effetto di riscaldamento equivalente a 300 volte quello di una libbra di anidride carbonica.

In base ai dati del 2012, il diossido di azoto comprende circa il 6 per cento di tutte le emissioni degli Stati Uniti derivanti dalle attività umane. A livello globale, circa due quinti, il 40%, delle emissioni di protossido di azoto sono attribuibili alle attività umane.

Le attività agricole, di trasporto e industriali sono le principali fonti di emissioni di protossido di azoto, come indicato in questo grafico:

Gas fluorurati (HFC, PFC, SF6)

I gas fluorurati sono emessi in quantità minori rispetto agli altri gas serra, ma ciò che manca loro in volume lo compensano in potenza e lunga durata di vita nell’atmosfera, che va da 1-270 anni per gli HFC a 800-50.000 anni per i PFC e circa 3.200 anni per l’SF6. Una volta emessi nell’atmosfera, si disperdono ampiamente in tutto il mondo; vengono rimossi dall’atmosfera solo dalla luce del sole nei livelli più alti dell’atmosfera. Essendo i più potenti tra i gas serra e avendo la durata di vita più lunga, questi gas sono spesso descritti come “gas ad alto potenziale di riscaldamento globale (GWP)”

L’alluminio e i processi di produzione dei semiconduttori sono tra i principali emettitori di gas fluorurati, come illustrato da questo grafico: