Il bilancio energetico della Terra

L’energia proveniente dal Sole non è distribuita in modo uniforme sul pianeta e questo disequilibrio alimenta continuamente tutti i processi fisici che avvengono in atmosfera.

Innanzitutto, tutti i corpi con temperature superiori allo zero assoluto (-273 K) emettono energia radiativa in precise bande dello spettro elettromagnetico. Un corpo caldo come il Sole (6000 K) emette onde ad alta frequenza e l‘energia irradiata ha il suo picco nel visibile, ad una lunghezza d’onda di circa 0.5 micrometri . La Terra, che è un corpo molto più freddo, emette nell’infrarosso con un picco a circa 10 micrometri.

L’immagine in basso chiarisce la posizione in termini di lunghezza d’onda delle due diverse radiazioni. Si tenga in considerazione che l’altezza delle curve non è realistica poiché l’energia emessa dal Sole è molto superiore rispetto a quella terrestre.

Affinché il pianeta sia in equilibrio ad una data temperatura, l’energia che entra nel Sistema Terra deve essere uguale a quella che viene riemessa nello Spazio. Come avviene questo scambio di energia?

Innanzitutto, una parte dell’energia che arriva dal Sole viene riflessa (circa il 30%) mentre la parte restante attraversa tutta l’atmosfera in modo quasi indisturbato fino alla superficie, dove viene assorbita.

A differenza della radiazione solare, quando la radiazione terrestre (nell’infrarosso) viene riemessa, interagisce fortemente con le molecole presenti in atmosfera. La presenza delle nubi e molecole quali il vapore acqueo e l’anidride carbonica, permettono l’assorbimento di buona parte dell’energia emessa dalla superficie. Una volta assorbita, questa energia viene riemessa in tutte le direzioni, anche verso il basso (freccia rossa verso il basso che si vede in figura)

Questo fenomeno è comunemente noto come Effetto Serra e senza la sua funzione essenziale la Terra sarebbe molto più fredda e inospitale.

Dopo numerosi processi di assorbimento ed emissione, parte dell’energia della Terra viene irradiata nello spazio. Considerando anche gli scambi di calore latente e quelli legati a processi convettivi, su periodi lunghi di tempo l’energia in ingresso è pari a quella in uscita.

Se la radiazione uscente è inferiore a quella che entra nel sistema, la temperatura terrestre aumenta e si parla di riscaldamento globale.