IL CONTRIBUTO UMANO AL RISCALDAMENTO DELLA TROPOSFERA

Riporto i calcoli che mi ha trasmesso in una conversazione epistolare privata il collega Ing. Luigi Desiderato, per rispondere alla domanda, che ci siamo posti, se e in che misura il consumo di energia della popolazione mondiale possa incidere sul bilancio termico del pianeta.

La matematica non è un’ opinione: proviamo a stimare quanto possa essere il contributo umano al riscaldamento globale e per farlo in maniera grezza, ma decisamente spostata a favore di questa tesi, usiamo comunque dei dati scientifici non censurabili né opinabili:

• costante solare: quantità di energia radiante Sole-Terra per unità di tempo e superficie (ovvero una potenza per unità di superficie), misurata sulla superficie superiore dell’atmosfera terrestre. I valori universalmente riconosciuti la posizionano tra 1322 e 1465 W/m². Prendiamo per semplicita’ di calcolo il valore medio = 1393.5 che arrotondiamo per difetto a 1390
• superficie della Terra = 510.1 milioni di km²
• superficie Italia = 302073 km², ovvero lo 0.059% della superficie totale
• percentuale terre emerse = 29.2%, pari a 149 milioni di km²
• percentuale italiana su terre emerse = 0.203 %
• ore in un anno = 24*365 = 8760

Dai dati Terna, l’ energia elettrica necessaria complessiva in un anno per l’ Italia è pari mediamente a circa 350TWh (le variazioni tra anno e anno sono poco significative e non spostano il conteggio): questa viene prodotta sostanzialmente da petrolio e gas oltre all’idroelettrico e altre fonti rinnovabili. Dai dati del Ministero per l’ industria e dell’ambiente, importiamo in un anno circa 70milioni di tonnellate di petrolio.

Dagli stessi dati, importiamo 72.728 milioni di m³ di gas (1m³ = 1000 l)

Densità energetica del gas = 10MJ/l = 2.78 kWh/l ; contenuto energetico di 1 tep (tonnellata equivalente di petrolio secondo standard OCSE) = 11630 kWh.

E’ noto che molta parte del gas e del petrolio venga trasformata per generare energia elettrica, ma nella semplificazione grezza ed estrema di questo calcolo la vogliamo tralasciare proprio per dare un tono peggiorativo al ragionamento e al contributo umano.

Primo principio della termodinamica (o legge di conservazione dell’energia): calore = energia (3600J = 0.001kWh)

La temperatura e’ una misura dello stato di un corpo ed è utile ad indicare anche la direzione del flusso di calore scambiato tra due corpi: un corpo caldo trasferirà energia (calore) ad un altro più freddo, perdendo temperatura e facendola aumentare all’altro. Se i due corpi mantengono la stessa temperatura T, non vi e’ scambio termico (in un sistema isolato come possiamo pensare essere il sistema Sole-Terra)

Albedo: parte della radiazione solare incidente riflessa in tutte le direzioni esterne alla Terra.

Per questo calcolo, volutamente grezzo e per sommi capi, assumiamo che l’ albedo sia nullo, ovvero, che tutta la radiazione solare venga trattenuta dalla Terra (sappiamo che così non è, ma è utile per il ragionamento). Vogliamo anche trascurare come fonte di calore terrestre qualunque fenomeno naturale come vulcani o decadimento del Th all’interno del nostro pianeta e la stessa attività basica di ogni essere vivente: tutto ciò per peggiorare il peso del contributo umano.

Potenza trasferita dal Sole alla Terra per km² = 1.39 [kW/m²] * 1000000 = 1390000 [kW/km²] = 1390 [MW/km²] = 1.39 [GW/km²]

Potenza trasferita dal Sole a tutta la Terra = 1.39 [GW/km²] * 510.1 * 1000000 [km²] = 709039000 [GW] = 709039 [TW] = 709.039 [PW]

Energia trasferita dal Sole alla Terra in 1 anno = 709.039 [PW] * 8760 [h] = 6211181.64 [PWh] = 6211.18164 [EWh]

L’ estremizzazione di fondo di questo ragionamento sta nell’assumere che tutta l’ energia prodotta in Italia si trasformi solo in calore: cosi’ non e’ perché, per esempio in un treno, la fetta maggiore di energia viene trasformata in energia cinetica per spostarlo e non e’ calore, ma e’ una semplificazione che serve per il ragionamento.

Nota 1: qui, ho fatto notare all’amico Luigi, c’è una inesattezza, perché l’ipotesi non è semplificativa, ma rigorosa, in quanto tutta l’energia, anche quella meccanica, cinetica, si trasforma in calore alla fine dei processi.

Energia da petrolio = 70 * 1000000 [t] * 11630 [kWh] = 814100000000 [kWh] = 814100 [GWh] = 814.1 [TWh]

Energia da gas = 2.78 [kWh/l] * 72.728 * 1000000000 [m³] = 202183840000 [kWh] = 202183.84 [GWh] = 202.18384 [TWh]

Complessivamente, la componente di calore italiana corrisponde a 814.1 + 202.18 + 370 = 1386.28

[TWh] = 1.38628 [PWh] ed abbiamo volutamente trascurato tutte le trasformazioni energetiche da una forma all’altra, imputandole sempre e solo come generazione di calore (così non è, ma l’estremizzazione è coerente col ragionamento ed il suo scopo).

Nota 2: nessuna imprecisione, in concreto, perché tutti i percorsi di trasformazione delle forme di energia determinano produzione di calore e comunque ogni forma intermedia di energia degrada in calore alla fine delle sue trasformazioni. L’entropia cresce in continuazione.

Assumiamo che la componente calore dovuta all’Italia sia ipotizzabile equamente per ogni terra emersa (l’ Italia e’ la settima potenza economica e quindi successivamente faremo altre correzioni adeguate), ergo la componente calore complessiva si può stimare in 1.38628 [PWh] / 0.00203 = 682.89 [PWh]

Questa dunque sarebbe l’ energia di origine umana, considerata come sola generazione di calore, su tutte le terre emerse, immaginando che siano tutti i paesi come l’ Italia. Ma cosi’ non e’ e allora prendiamo in considerazione la Cina e applicando come detto delle correzioni, esageriamo: sappiamo che l’ economia cinese vale 10 volte l’ Italia e assumiamo quindi che questo valore valga anche per l’ energia: moltiplichiamo il valore ricavato per le terre emerse per 10 cosicché assumiamo che tutte le terre emerse siano in grado di fare come la Cina, ovvero 10 volte l’ Italia (è un’assunzione appunto esagerata, ma serve per il ragionamento): da ciò, complessivamente, immetteremmo in atmosfera calore per 6.8289 [EWh] all’ anno.

Il confronto col Sole ci dice che sotto queste ipotesi (che volutamente sono tutte esageratamente peggiorative) il contributo umano all’ immissione di energia in ambiente e’ pari a 6.8289 [EWh] / 6211.18164 [EWh] = 0.11%

I calcoli fin qui fatti sono volutamente grezzi: assumono che tutta l’ energia prodotta dall’uomo vada in calore (ma è così, rigorosamente) e che tutte le terre emerse facciano 10 volte l’ Italia, valori che sono palesemente un’ esagerazione: se solo fosse il 50% (immaginando questo come rendimento di tutte le trasformazioni che si realizzano, ed e’ un valore abbastanza basso perché rendimenti inferiori al 50% sono spesso anche difficili da realizzare) quel contributo scenderebbe allo 0.055%

Ma non basta: proviamo anche ad immaginare che tutto questo contributo sia immutato ed accumulabile da 100 anni e assumiamo di poterlo quindi moltiplicare per 100, ottenendo 0.055% * 100 = 5.5%, ovvero il contributo del genere umano al riscaldamento globale da 100 anni a questa parte, producendo solo calore e nulla piu’, con le assunzioni e calcoli fatti, cumula al 5.5%.

Il contributo annuale invece, sempre sugli stessi calcoli, continua ad essere lo 0.055% e mi domando come si possa imputare all’uomo e alle sue attività tutto quello che si continua a ripetere da mane a sera da parte dei catastrofisti climatici.

Possiamo dunque affermare che il riscaldamento globale è dovuto all’uomo? Sì, in una minima percentuale è così, ed è anche ovvio che lo sia, ma la cosiddetta catastrofe climatica non c’è e stranamente questa percentuale così grossolanamente e palesemente polarizzata assomiglia molto a quanto dicono gli scettici del cambiamento climatico antropogenico: almeno il 95% del calore sul ns. pianeta ha un’origine ben precisa e nota: il Sole e comunque non l’ uomo.

E dato che l’energia non si produce dal nulla…

Facendo dei calcoli un pochino più precisi questa percentuale scenderebbe e di parecchio, rendendo ancora più inaccettabile la teoria del cambiamento climatico antropogenico.

Per inciso, colgo che casualmente sia Antonino Zichichi che Franco Prodi ipotizzano, non so su quali basi matematiche o calcoli, che il contributo umano fino ad oggi sia del 5%.
A prescindere da ciò che dicono Zichichi e Prodi, che possiamo anche cercare di relegare a ciarlatani per la vulgata catastrofista, la matematica continua a non essere un’opinione: come possa l’ uomo pensare di “mitigare” il clima o contenere la temperatura sulla Terra appare del tutto fuori da qualunque immaginifico ragionamento e la canea sulla CO2 diventa davvero risibile.

Ing. Lugi Desiderato

20 maggio 2022

Ho risposto all’amico Luigi Desiderato con alcune osservazioni integrative, che seguono:

1. Mettere in contro l’albedo sarebbe importante; infatti nel bilancio tra il contributo di calore solare e quello antropico se immagini che tutto il calore solare resti a terra, alteri sensibilmente il paragone. Risulterebbe meno sensibile il contributo antropico. Vero è, comunque, che i due contributi termici, sole e umanità, sono indistinguibili per il pianeta e vengono assorbiti e riflessi allo stesso modo.

Secondo i climatologi il 30% del calore solare viene riflesso verso lo spazio dall’albedo, mentre il 70% resta a terra. Non so come abbiano stimato questo rapporto; io lo ho preso per buono solo perché non cambia nulla al fine di determinare se la CO2 sia, o meno, un gas con effetto serra di interesse climatico.

2. Che tutta l’energia prodotta si trasformi in calore è rigoroso, non è una approssimazione. L’energia cinetica di un treno si trasforma integralmente in calore, per attrito con l’aria ed i binari. Infatti, a velocità costante del treno, tutta l’energia consumata viene spesa per gli attriti, mentre in accelerazione viene spesa per aumentare la velocità del treno, che però dovrà anche frenare, restituendo in attrito tutta l’energia cinetica guadagnata.

A parte queste osservazioni, i tuoi numeri danno una risposta, per quanto approssimativa, alla mia domanda su quanto potesse mai essere il contributo umano al riscaldamento del pianeta, in termini puramente energetici, come calore ceduto al pianeta dalle attività umane, in concorrenza col sole. Mi attendevo un contributo modesto, e tu me lo confermi.

Ma ci sono anche altri ragionamenti da fare: il tuo bilancio energetico considera il pianeta, atmosfera inclusa, come un tutt’uno. Non è così ai fini del clima. Mi spiego meglio: in inverno il clima a casa tua è diverso da quello esterno, perché la tua casa ha delle mura e dei radiatori di calore interni, che riscaldano soltanto l’aria interna. Con il pianeta non è molto diverso: il clima si esprime soltanto nella troposfera, all’interno di una sottile corona di gas alta pochi km.
Sai bene che a 10.000 m di altezza non si trovano nuvole, che sono tutte al di sotto di queste quote. Quindi, ai fini climatici, contano questi 10.000 m di strato atmosferico, quello con la maggiore densità di gas, sempre più rarefatti a quote superiori.

I tuoi calcoli mostrano che il contributo termico umano è trascurabile rispetto a quello solare. Benissimo: quindi trascuriamolo, come fanno i climatologi. Allora il ragionamento si concentra soltanto su questi elementi:

a) La quantità di calore ricevuta dal sole, costante ma non troppo, le cui variazioni eventuali possono alterare la temperatura di tutta l’atmosfera ed anche del suolo e dei mari.

b) La quantità di calore prodotta dal pianeta, per conto suo, a prescindere dal sole, per le attività vulcaniche ed i terremoti. Non la conosciamo, non possiamo misurarla e non abbiamo alcuna idea di quanto pesi.

c) L’albedo, cioè la capacità del pianeta di raffreddarsi più o meno, anche a parità di erogazione delle varie fonti di calore.

d) Il calore specifico delle terre emerse, cioè la capacità delle terre emerse di trattenere il calore ricevuto, assumendo che quello delle acque sia costante.

e) La composizione gassosa della troposfera, quella interessata ai cambiamenti climatici, quella che contribuisce a determinare l’effetto serra del pianeta, che ci tiene in vita, quella che viene direttamente riscaldata dalla radiazione solare, ma anche da quella di origine terrestre, nel raffreddamento notturno ed anche nella riflessione diurna.

La CO2 entra in gioco solo al punto e) e la sua presenza è trascurabile, non solo perché a livello globale rappresenta solo lo 0,04% dei gas atmosferici ma anche perché, pur immaginando una concentrazione molto più elevata entro 1000 m dal suolo, ha un calore specifico più basso di azoto ed ossigeno ed ha caratteristiche di assorbimento radiante che NON rientrano nella forchetta -50°C / +50°C del pianeta, ed è questo quello che conta e su cui concentrasi, perché l’oggetto del contendere è se la CO2 alteri o meno l’effetto serra della troposfera, non se il consumo umano di energia surriscaldi in se il pianeta, perché nessuno immagina davvero di poter ridurre i consumi energetici, con 8 miliardi di bocche da sfamare.

I climatologi IPCC mettono in stato d’accusa la CO2 per il suo picco di assorbimento IR alla lunghezza d’onda di 15 µn. Ma questa lunghezza d’onda corrisponde ad una temperatura di emissione ipotetica di 80°C sotto zero. Assumendo le temperature terrestri comprese tra -50°C e +50°C, le lunghezze d’onda IR che il pianeta può trasmettere vanno da 13 µn a 8,97 µn, con una lunghezza d’onda di 9,9 µn corrispondente a +20°C.

Lo scambio termico, inoltre, si sposta dal corpo caldo verso il corpo freddo, quindi le terre emerse ed i ghiacci a temperature sotto lo zero centigrado non trasmettono di certo calore all’atmosfera.
Sopra lo zero centigrado possiamo anche immaginare che il suolo riscaldi l’aria sovrastante, ma la lunghezza d’onda partirebbe da 10,6 µn, ben lontana da quella della CO2.

In realtà dovremmo essere più attenti ai microclimi, ai climi locali, molto diversi, che determinano gli squilibri nella bassa troposfera, non dimenticando come abbiamo alterato l’albedo con la cementificazione, con superfici che accumulano calore e lo irradiano agli strati bassi della troposfera, laddove le aree verdi, invece, lo assorbono nel terreno trasformandolo in massa lignea. Ma possiamo de-cementificare? E come, di grazia?

In conclusione, i mutamenti del clima ci sono, sono evidenti, vistosi, ci sono sempre stati e sempre ci saranno. Ci sono cose che possiamo cambiare nello stile di vita umano per evitare di interferire nel clima? Purtroppo no.

La CO2 non è uno strumento. Quali altri? Nessuno, salvo uno: LA RIFORESTAZIONE !!!! Il mondo vegetale assorbe energia e quindi raffredda la troposfera.

E’, assieme al mare ed ai laghi, un termoregolatore essenziale. La sola cosa da fare comunque è: RIFORESTARE !!!! Tutto il resto è noia …

Ing. Franco Puglia

21 maggio 2023