I gas serra possono essere di origine sia naturale che antropica. Le analisi paleo-climatiche e l’introduzione al concetto di cambiamenti climatici impegnati

I gas serra possono essere di origine sia naturale che antropica. La tendenza al riscaldamento attuale è di particolare importanza in quanto è dovuto principalmente alle attività umana. 

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Argomenti trattati

I gas serra come indicatori climatici

   Cosa sono i gas serra?

   Le emissioni globali di gas serra potrebbero stabilire un nuovo record nel 2021

   ISPRA 2024 pubblica il rapporto sui gas serra in Italia

   Analisi paleo-climatiche dei gas serra

   I cambiamenti climatici impegnati



Cosa sono i gas serra?

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".

I gas serra possono essere di origine sia naturale che antropica (cioè prodotti dalle attività umane). Il biossido di carbonio (CO2) è un importante sostanza in grado di trattenere il calore.

Le emissioni globali di gas serra potrebbero stabilire un nuovo record nel 2021

L'anno 2020 è stato uno dei tre più caldi da quando sono iniziati i record tra la metà e la fine del 1800, con temperature superficiali globali di circa 0,6°C al di sopra della media 1981-2010. Insieme alle temperature superficiali superiori alla media, si è verificata una diffusione geografica senza precedenti (da quando sono iniziate le registrazioni strumentali) di ondate di calore e ondate di caldo. L'Antartide ha osservato la sua temperatura più alta mai registrata (18,3°C).

Emissioni di gas serra totali e pro capite dei principali emettitori nel 2020, inclusi LULUCF (stime dell'uso del suolo, del cambiamento dell'uso del suolo e della silvicoltura)

I primi sette paesi emettitori (Cina, UE27, India, Indonesia, Brasile, Federazione Russa e Stati Uniti d'America) più i trasporti internazionali hanno rappresentato il 55 % delle emissioni globali di gas serra nel 2020 . Collettivamente, i membri del G20 sono responsabili del 75% delle emissioni globali di gas serra.

I dati suggeriscono che la risposta globale alla pandemia di COVID-19 ha portato a una riduzione senza precedenti ma di breve durata delle emissioni globali.

Le emissioni globali totali di gas serra sono diminuite del 4,7% dal 2019 al 2020. Questo calo è stato guidato da un forte calo delle emissioni di CO2 da combustibili fossili e dall'industria del 5,6% nel 2020. Tuttavia, le emissioni di CO2 sono rimbalzate ai livelli del 2019 nel 2021, con il carbone globale emissioni superiori ai livelli del 2019. Le emissioni di metano e protossido di azoto sono rimaste stabili dal 2019 al 2021 e i gas fluorurati hanno continuato a salire.

Emissioni totali di gas serra 1990–2021 Nota: LULUCF – uso del suolo, cambiamento di uso del suolo e silvicoltura.

Se la tendenza continua, l'umanità potrebbe pompare nell'atmosfera una quantità di CO2 sufficiente a riscaldare la Terra a 1,5°C al di sopra delle temperature preindustriali in soli nove anni. L'accordo sul clima di Parigi del 2015 aveva fissato questo limite aspirazionale, cercando di evitare le conseguenze più gravi per il pianeta.

Aggiornamento sulle emissioni dei gas serra (fonte Nature)

L'aumento delle emissioni arriva mentre il mondo è alle prese con una crisi energetica provocata dalla guerra in Ucraina, continuando anche a riprendersi dalla pandemia di COVID-19. In questo periodo c’è stato un aumento del consumo di carbone, guidato in parte dagli sforzi europei per compensare la perdita di spedizioni di gas naturale dalla Russia. Il consumo di petrolio è aumentato anche a causa dei rinnovati viaggi aerei mentre i governi revocano le restrizioni. 

La crescita più rapida delle emissioni viene dall'India, dove l'aumento del consumo di carbone e petrolio sta determinando un aumento stimato del 6% rispetto al 2021. In particolare, si prevede che le emissioni dalla Cina, il più grande emettitore mondiale, diminuiranno di quasi l'1%. 

Tuttavia, stanno emergendo i primi segnali della transizione verso l'energia pulita. In particolare, il settore energetico sta diventando più pulito in molti paesi, in parte a causa dell'espansione delle risorse eoliche e solari sempre più convenienti, nonché del passaggio dal carbone, il più sporco dei combustibili fossili, al gas naturale. 

Nel lungo periodo, i livelli di gas serra hanno continuato ad aumentare, con i tre principali gas serra, CO2, CH4 e N2O, che hanno raggiunto tutti i livelli più alti in almeno 800.000 anni. L'ozono troposferico, un altro gas serra (sebbene di breve durata e non ben miscelato in tutta l'atmosfera), ha continuato una modesta tendenza al rialzo. L'ozono stratosferico, d'altra parte, ha mostrato anomalie negative insolitamente grandi, specialmente nell'Artico e nell'Antartico.

Le temperature più calde sono state avvertite anche nella biosfera, con un inizio di stagione anticipato, una fine della stagione più tarda e, quindi, una stagione di crescita più lunga.

La tendenza al riscaldamento attuale è di particolare importanza in quanto è dovuto principalmente alle attività umana. I satelliti in orbita attorno alla Terra e altri progressi tecnologici hanno permesso agli scienziati di vedere il quadro generale, raccogliendo molti tipi diversi di informazioni sul nostro pianeta e il suo clima su scala globale. Questo insieme di dati, raccolti nel corso di molti anni, rivela i segnali di un clima che cambia.

ISPRA 2024 pubblica il rapporto sui gas serra in Italia

Il recente rapporto dell’ISPRA del 2024 ha esaminato le tendenze delle emissioni di gas serra in Italia dal 1990 al 2022. Durante questo arco di tempo, si è registrata una riduzione complessiva del 21% delle emissioni rispetto al livello del 1990. La CO2 rappresenta la quota maggiore di queste emissioni, seguita da metano (CH4), protossido di azoto (N2O) e gas fluorurati (F-gas).

Variazione percentuale delle categorie emissive 2022 vs 1990. (Fonte ISPRA 2024)

Nonostante la generale diminuzione, il settore dei trasporti, dominato per oltre il 90% dal trasporto su strada, ha visto un incremento del 7% dal 1990. Al contrario, altri settori economici hanno mostrato significative riduzioni, con l’eccezione del settore dei rifiuti che incide per circa il 5% sul totale nazionale. Le industrie energetiche hanno ridotto le loro emissioni del 31.1%, mentre le industrie manifatturiere e del settore edile hanno registrato una diminuzione del 40.6% nel periodo considerato. Il settore dei trasporti ha avuto un picco di emissioni fino al 2007, seguito da una diminuzione dovuta alla crisi economica e all’introduzione di veicoli più efficienti dal punto di vista del consumo di carburante. Tuttavia, nel 2022, le emissioni sono aumentate del 7.4% rispetto al 1990.

L’edizione più recente del rapporto “Le emissioni di gas serra in Italia. Obiettivi di riduzione al 2030” è stata presentata a Roma da ISPRA, evidenziando che, nonostante una riduzione del 6,2% delle emissioni totali nel 2023, si prevede che l’Italia supererà il limite consentito di emissioni. Inoltre, nonostante le normative europee, le emissioni di gas serra dal trasporto stradale rimangono costantemente elevate in Italia.

Analisi paleo-climatiche dei gas serra

La natura intrappolante del biossido di carbonio e di altri gas è stata dimostrata a metà del XIX secolo. Non c'è dubbio che l'aumento dei livelli di gas a effetto serra causano il riscaldamento della Terra.

Le carote di ghiaccio provenienti dalla Groenlandia, dall'Antartide e dai ghiacciai delle montagne tropicali mostrano che il clima della Terra risponde ai cambiamenti dei livelli di gas serra. Antiche testimonianze possono essere trovate anche negli anelli degli alberi, nei sedimenti oceanici, barriere coralline e strati di rocce sedimentarie.

Queste analisi paleo-climatiche rivelano che il riscaldamento attuale è più veloce di circa dieci volte rispetto al passato.

Il biossido di carbonio (CO2) è un importante sostanza in grado di trattenere il calore.

Questa sostanza viene rilasciata attraverso le attività umane come la deforestazione e la combustione di combustibili fossili, così come i processi naturali come la respirazione e le eruzioni vulcaniche.

Il grafico mostra i livelli di CO2 presente nell’atmosfera terrestre nel corso degli ultimi tre cicli glaciali, come ricostruito dall’analisi dei carotaggi effettuati nei ghiacci (fonte NASA).

 Livelli di CO2 presente nell’atmosfera terrestre nel corso degli ultimi tre cicli glaciali. (fonte NOAA)

I dati provengono da dati di paleoclimatologia effettuati nella base antartica di Vostok. Sono stati effettuati carotaggi del ghiaccio fino a 3000 metri di profondità, corrispondenti a 420.000 anni di accumulo di strati di neve. Nella base Dome C sono state estratte carote corrispondenti a 800.000 anni. La datazione della neve viene effettuata attraverso le misure degli isotopi radioattivi mentre il contenuto di CO2 nell’atmosfera attraverso l’analisi delle bolle d’aria intrappolate nel ghiaccio. Dall’analisi isotopica di idrogeno/deuterio e ossigeno16/ossigeno18 delle bolle d’aria è anche possibile avere indicazioni sulla temperatura del periodo.

Anche altri gas serra come il metano e il protossido di azoto sono aumentati costantemente nel corso dei decenni.

L'impatto di tali cambiamenti dimostra che il cambiamento climatico è ora uno dei principali motori del cambiamento ambientale, una forza inesorabile che non può più essere ignorata.

I cambiamenti climatici impegnati

Secondo il Quinto Rapporto di Valutazione dell'IPCC (2014), il mondo è entrato in un'era di cambiamenti climatici impegnati.

Il concetto di impegno per il clima, introdotto per la prima volta da Ramanathan (1988), si riferisce a cambiamenti che sono già in cantiere, indipendentemente da eventuali ulteriori emissioni o da qualsiasi cambiamento futuro nelle concentrazioni di GHG nell'atmosfera.

Le temperature superficiali rimarranno più o meno costanti a livelli elevati per molti secoli dopo una completa cessazione delle emissioni nette di CO2 antropogeniche.

L'attuale temperatura globale è controllata in gran parte dalla passata CO2 emessa negli ultimi decenni, una conseguenza dell'inerzia del clima e del ciclo del carbonio.

Il clima è impegnato con l'attuale concentrazione di gas serra. Ciò significa che il cambiamento climatico è ora diventato un motore indipendente del cambiamento ambientale. Indipendentemente dall'azione umana, o anche dalla presenza umana sul pianeta, gli impatti continueranno a verificarsi attraverso i cambiamenti di temperatura, le fluttuazioni delle precipitazioni, lo scioglimento della neve, l'innalzamento del livello del mare, la siccità e altre variabili climatiche e attraverso i cambiamenti nel ciclo idrologico. Il cambiamento climatico pone quindi una sfida alla crescita e allo sviluppo.

I principali gas emessi dalle attività umane con un effetto climalterante sono CO2 (biossido di carbonio), CH4 (metano), N2O (protossido d’azoto), e gas fluorurati, principalmente HFC (idrofluorocarburi), PFC (perfluorocarburi) e SF6 (esafluoruro di zolfo).

Il totale delle emissioni di gas ad effetto serra associate direttamente o indirettamente ad un prodotto, un’organizzazione o un servizio si chiama Carbon Footprint . La sua quantificazione è collegata alla identificazione nel sistema analizzato dei gas ad effetto serra espressi dal Protocollo di Kyoto, ciascuno dei quali viene poi ponderato per il suo contributo all’aumento dell’effetto serra (cioè il suo “potere climalterante”, il Global Warming Potential – GWP) rispetto a quello della CO2 convenzionalmente posto = 1. Il valore (ponderato) legato al contributo climalterante di tutti i sopraccitati gas serra emessi durante il ciclo produttivo viene espresso in termini di CO2eq (CO2 equivalente).

Oltre a questi 6 inquinanti, considerati ai fini delle rendicontazioni degli impegni del Protocollo di Kyoto, il Quarto Rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) sottolinea l’effetto climalterante di altre sostanze, come l’ozono (O3) e le sostanze particolate, che impattano sullo sbilanciamento energetico del pianeta. Queste ultime possono avere sia un effetto raffreddante - tipicamente attribuito alle polveri più grossolane - che un effetto riscaldante, legato alle polveri più fini di origine carboniosa denominate “fuliggine” o “black carbon” (BC).

Nelle stime delle emissioni delle sostanze climalteranti non sono invece generalmente considerate altre sostanze – come ossidi d’azoto (NOx), monossido di carbonio (CO) e composti organici volatili non metanici (COVNM) – che hanno un effetto indiretto sul clima del pianeta in quanto influiscono sulla presenza delle sostanze principali.

Uno dei più importanti gas ad effetto serra – infine – è il vapore acqueo, naturalmente presente nell’atmosfera. Le attività umane non hanno un effetto diretto nell’alterare il bilancio dell’acqua: ciò significa che il vapor acqueo prodotto dalle attività civili e industriali (per esempio, dalle torri evaporative delle centrali elettriche) non è quantitativamente rilevante. Tuttavia la climatologia ha dimostrato che la quantità di vapor acqueo in atmosfera aumenta con la temperatura, e quindi con la presenza di altri gas climalteranti: l’aumento di vapor acqueo è quindi un “feedback positivo”, cioè un effetto indiretto della presenza di gas climalteranti in atmosfera che ne amplifica ulteriormente gli effetti.

Crescita globale delle emissioni di GHG per regione economica. Clicca sull’immagine per ingrandire

Più della metà delle emissioni cumulative totali dalla rivoluzione industriale sono state emesse negli ultimi quattro decenni. Le emissioni cumulative di CO2 per il periodo 1750-1970 (220 anni) sono stimate in 910 gigatonnellate, mentre quelle per il periodo 1970-2010 (appena 40 anni) sono circa 1.090 gigatonnellate (IPCC 2014).

La crisi economica globale del 2007/2008 ha ridotto solo temporaneamente il tasso di crescita delle emissioni di gas serra, rispetto al trend dal 2000.

Esiste una distribuzione ineguale delle emissioni di gas serra, sia in termini di emissioni individuali derivanti da diversi modelli di consumo dello stile di vita, sia in termini di emissioni nazionali.

Il 10% più ricco della popolazione emette il 50% delle emissioni totali di GHG, mentre il 50% più povero emette solo il 10%.

Al COP27 è emerso che le emissioni di metano rappresentano circa il 30% dell'aumento della temperatura globale dall'industrializzazione e che le emissioni sono aumentate a livelli record per il secondo anno consecutivo lo scorso anno.

La maggior parte dell'attenzione si è concentrata sull'anidride carbonica prodotta dalla combustione di combustibili fossili, ma è anche fondamentale ridurre le emissioni di metano, anche perché il metano ha un effetto di riscaldamento a breve termine più potente della CO2 e la riduzione delle emissioni di metano avrebbe un impatto più immediato sul clima.

i gas serra globali devono essere ridotti dal 25% al ​​50% rispetto ai livelli del 2019 entro il 2030 per limitare il riscaldamento globale a 1,5-2 gradi Celsius

La riduzione delle emissioni di metano potrebbe ridurre lo stock di gas serra nell'atmosfera e ridurre i rischi molto spaventosi del "punto di non ritorno", quando il cambiamento climatico si autoalimenta. Questo perché il metano rimane nell'atmosfera in media solo 12 anni rispetto ai mille anni della CO2.

 

 

 

 Riferimenti

UN, The Closing Window Climate crisis calls for rapid transformation of societies, 2022

UN Environment Programme, Geo 6, 2019

State of the climate in 2020, Special Supplement to the Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 102, No. 8, August 2021

United Nations Environment Programme, Emission Gap Report 2021, October 2021

World Economic Forum, Methane emissions must fall for world to hit temperature targets

Jeff Tollefson, Carbon emissions hit new high: warning from COP27, news, nature

ISPRA, Le emissioni di gas serra in Italia. Obiettivi di riduzione al 2030

 

 



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