Bassa Atmosfera

Approfondimento

Vapore acqueo e nuvole

Il vapore acqueo è il più importante gas serra nell'atmosfera e rende conto per circa il 60% * dell'effetto serra totale. Fino a tempi recenti, gli scienziati ritenevano che il contenuto del vapore acqueo dell'atmosfera fosse più o meno costante e che il vapore acqueo non contribuisse al potenziamento dell'effetto serra indotto dall'uomo. Tuttavia, poiché la Terra continua a riscaldarsi, la quantità di vapore acqueo nell'aria aumenterà e in futuro l'acqua potrebbe essere responsabile di un ulteriore riscaldamento.

* alcune fonti suggeriscono che l'acqua troposferica (incluso l'assorbimento ad onda lunga delle nuvole) sia responsabile per l'80% dell'effetto serra.

Probabilmente le maggiori incertezze nelle proiezioni future sul clima sorgono dal fatto che non conosciamo l'impatto dei cambiamenti dei livelli di vapore acqueo nell'aria e dal fatto che non siamo sicuri su come le nuvole possano influenzare la quantità di radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre.
 

Saturazione

La capacità dell'aria di trattenere vapore acqueo aumenta con la temperatura. L'aria più calda può assorbire più acqua. La curva di saturazione mostra quanta acqua può trattenere l'aria ad una certa temperatura prima che inizi la condensazione (es. una umidità relativa del 100%). Nell'atmosfera, l'aria è di solito non satura. L'umidità relativa, RH, varia notevolmente ed è data dalla seguente equazione:

p = pressione parziale del vapore acqueo (valore fisso)

p_sat = pressione del vapore acqueo saturo, questa dipende fortemente dalla temperatura dell'aria.

Generalmente, un aumento della temperatura dell'aria comporta un aumento dell'evaporazione e del vapore acqueo presenti nell'aria. Mentre le condizioni termodinamiche sono quasi soddisfatte per i processi di evaporazione nello strato limite troposferico (fino a 1-2 km in altitudine), le condizioni nella troposfera libera sono molto più complicate. In futuro, è qui che probabilmente si manifesterà l'aumento del potenziale serra dell'acqua.

Formazione delle nuvole

La conseguenza dell'aumento di umidità è un aumento della copertura nuvolosa. Le nuvole interagiscono in due modi con la radiazione. Da un lato agiscono come gas serra, assorbendo la radiazione infrarossa proveniente dalla Terra e intrappolando il calore nella bassa atmosfera. Dall'altro lato, aumentano l'albedo della Terra riflettendo la radiazione solare in entrata nello spazio prima che raggiunga la Terra, raffreddando efficacemente il pianeta. Dipende fortemente dal tipo di nuvola e da quale effetto sia il più forte ma si ritiene che, in media, domini l'effetto di raffreddamento.

Doppio feedback

Perciò è probabile che il riscaldamento globale aumenti il contenuto di vapore acqueo dell'aria e aumenti la formazione delle nuvole. E' probabile che questi due effetti comportino reazioni opposte. Uno potrebbe portare ad un ulteriore riscaldamento, l'altro ad un raffreddamento. Tuttavia il ruolo delle nuvole alte è ancora incerto.

3. Feedback nel ciclo dell'acqua

Il riscaldamento globale comporta un aumento delle concentrazioni di vapore acqueo e più vapore acqueo causa un ulteriore riscaldamento - un feedback positivo che porta a temperature sempre più elevate. Tuttavia, un aumento delle concentrazione di vapore acqueo comporta anche più nuvole. Un aumento nelle nuvole potrebbe causare un raffreddamento in quanto le nuvole possono riflettere la radiazione solare in entrata nello spazio. Tuttavia, alcuni modelli matematici suggeriscono che le nuvole alte possano avere un feedback positivo e possano favorire un ulteriore riscaldamento. La nostra conoscenza delle nuvole non è ancora sufficiente per spiegare esattamente come influenzano il clima.

Incertezze

Su scala regionale si possono osservare notevoli differenze tra la quantità di nuvole che si forma e la quantità di vapore acqueo nell'atmosfera. Queste scale sono spesso più piccole della grandezza della griglia utilizzata nei modelli climatici, perciò i modelli climatici non considerano ogni nuvola che compare nell'atmosfera.

Anche l'effetto del vapore acqueo e delle nuvole sul clima è incerto perché molti modelli non considerano:

- le dinamiche a larga scala
- le dinamiche di scala di sotto-griglia
- la microfisica
- le differenze nella dimensione delle goccioline di nuvola
- la temperatura delle nuvole

e molti altri fattori.

L'atmosfera è un sistema molto dinamico e quasi mai vicino ad uno stato di equilibrio.

Anche la latitudine influenza il modo in cui l'umidità è trasportata nell'atmosfera:

1. la convezione (il trasporto verticale) è particolarmente importante ai tropici, dove si formano alti cumulonembi
2. moti ondosi su larga scala si verificano a latitudini medio-alte, dove dominano le nuvole stratiformi
3. l'avvezione (trasporto orizzontale) è il processo dominante nelle aree secche del pianeta tra i tropici e le medie latitudini.

Stime dei feedback del vapore acqueo e delle nuvole

Le attuali stime ci dicono che per un aumento delle concentrazioni di CO₂ nell'aria fino a 560 ppm (il doppio rispetto al livello preindustriale di 280 ppm), la temperatura media della Terra aumenterà di circa 1.5-4.5 °C. Questo intervallo di temperature così ampio è principalmente dovuto al fatto che l'effetto complessivo delle nuvole sul nostro clima è ancora incerto.

Un raddoppio della CO₂ senza nessun altro cambiamento porterebbe ad una forzatura radiativa ulteriore di 3.5-4 W m^-2, pari ad un aumento di temperatura di 1.2 °C. Questo valore arriva da 7 - 8 W m^-2 se consideriamo il solo feedback positivo del vapore acqueo. Poi dobbiamo aggiungere l'impatto delle nuvole; questo potrebbe portare ad un leggero raffreddamento del pianeta (considerato molto probabile) o ad un ulteriore riscaldamento. L'incertezza in questi termini è stimata essere tra -3 e +3 W m^-2, che porta ad un forzatura radiativa totale di circa 4-11 W m^-2 per il raddoppio della CO₂ corrispondente ad un aumento di temperatura compreso tra 1.5 e 4.5 °C.

Paragonando questi possibili intervalli di temperatura all'aumento di temperatura di 1.2 °C che si valuta possa verificarsi in seguito all'aumento della sola CO₂, si ottiene un'idea di quanto sia importante capire l'impatto del vapore acqueo sul nostro clima.

Pagine collegate

Trova approfondimenti sull'interazione delle nuvole e la radiazione e sull'impatto sul clima in:
Nuvole e Particelle - Principi - Unità 3 - Nuvole e Clima

A proposito di questa pagina:

Versione italiana: Laura Dini (traduttore) e Michela Maione (revisione linguistica)
autore: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germany
1.  revisione scientifica: Dr. Susanne Nawrath- Potsdam Institute for Climate Impact Research - 2003-06-10
2. revisione scientifica: Dr. Benedikt Steil - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-16
revisione didattica: Michael Seesing - Uni Duisburg, Germany - 2003-07-02
ultima pubblicazione: 2004-05-17