Ondata di “freddo” e global warming: due facce della stessa medaglia

[andrea.corigliano]

Lo studio della termodinamica prima o poi ci serve a qualcosa, eh?

Eh... già!
Come sai, se poi ci metti anche la passione fai bingo! Senza passione, alle 2 di notte vuoi solo andare a dormire e non metterti a scrivere ste cavolate...

Oddio cosa ho dettoooo!!!!

[zi pacciano]

Ti rispondo facendo un discorso, spero il più esaustivo possibile, per coprire tutte e tre le domande.

Come dicevo, tutto si basa sul primo principio della termodinamica: dE = dU + dL
Significa, in pratica, che se l’aumento delle concentrazioni dei gas serra portano ad un incremento dell’energia che rimane intrappolata in atmosfera perché c’è più radiazione infrarossa che viene rinviata alla Terra da parte dei gas, allora questa energia può essere utilizzata in due modi:
1) per incrementare l’energia interna del sistema (sarebbe dU)
2) per compiere del lavoro (dL)

L’energia interna del sistema è l’energia che deriva dal moto delle molecole. Supponendo che una molecola abbia massa “m” e velocità “v”, la sua energia cinetica è data semplicemente da

U = 1/2 mv2

da cui si deduce che l’energia del sistema non sarà altro che la somma di tutti i contributi delle energie cinetiche di tutte le molecole. Se quindi aumenta l’energia U, è facile intuire che l’unico parametro che può modificarsi in questa formula è la velocità, visto che la massa si deve conservare. Per semplificare ulteriormente il problema, supponiamo ora che le molecole che costituiscono l’aria siano costituite da un solo atomo che possiamo identificare come un punto materiale nello spazio. Affinché questo punto possa essere individuato, c’è bisogno di tre coordinate che forniscano la sua posizione rispetto ad una terna di assi x, y e z. Per questo motivo, si dice allora che l’atomo possiede tre gradi di libertà e infatti la formula dell’energia cinetica si può scomporre nelle tre componenti del vettore di velocità “v” con cui l’atomo si muove. Possiamo quindi scrivere:

U = 1/2 m(vx)2 + 1/2 m(vy)2 + 1/2 m(vz)2

dove (vx), (vy) e (vz) indicano le tre componenti del vettore velocità lungo i tre assi. A questo punto, per il teorema dell’equipartizione dell’energia, bisogna sapere che ad ogni grado di libertà della molecola corrisponde a 1/2 kT di energia termica. Se i gradi di libertà sono tre, allora l’energia termica sarà data da 3/2 kT, dove k è la costante di Boltzman e T e la temperatura: da qui si deduce, allora, che se aumenta l’energia interna del sistema aumenta la sua temperatura. Il discorso è molto più complesso, perché bisogna tener conto che le molecole dei gas serra sono poliatomiche e quindi sono diversi i moti a cui possono andare incontro. Il concetto basilare però è quello che ho appena spiegato.

La restante energia viene utilizzata per produrre lavoro dL. Nel caso di un recipiente chiuso da un pistone si può pensare ad un lavoro si espansione del gas che finisce per sollevare il pistone stesso. Se proiettiamo questo modo di vedere le cose anche in atmosfera, possiamo paragonare il tutto, ad esempio, ad un’avvezione calda o fredda che sposta una cupola anticiclonica verso nord o una saccatura verso sud (la cupola e la saccatura sarebbero il pistone). Quindi questa energia trasformata in lavoro dL, sarebbe proprio la benzina che darebbe un’ulteriore apporto energetico sia ad un anticiclone africano per portare verso l’Italia intense ondate di calore e sia a una saccatura polare per portare una goccia fredda a imperversare su di noi.

Quanto al Mar Mediterraneo, il nostro bacino è concausa di amplificazione di quanto proviene dall’esterno di esso, perché allo scontro delle masse d’aria che avviene alle nostre latitudini si somma l’effetto dell’orografia e il fatto che, mediamente, le nostre acque sono più calde di 4 °C di quelle del vicino Atlantico. In questo caso, quindi, si tratta di amplificazione di fenomeni legati più a circolazioni cicloniche e non anticicloniche. Lo stallo anticiclonico che, purtroppo, sembra interessarci spesso tra l’autunno e l’inverno non dipende dal Mediterraneo, semmai da quel dL di cui ho parlato prima. Solo che qui, il concetto di espansione del pistone che ho fatto prima deve essere visto proprio come l’espansione della cella di Hadley verso nord.

Spero di essere stato sufficientemente chiaro

Grazie!
Complimenti..ci arricchisci di cultura meteo

[inocs]

Ti rispondo facendo un discorso, spero il più esaustivo possibile, per coprire tutte e tre le domande.

Come dicevo, tutto si basa sul primo principio della termodinamica: dE = dU + dL
Significa, in pratica, che se l’aumento delle concentrazioni dei gas serra portano ad un incremento dell’energia che rimane intrappolata in atmosfera perché c’è più radiazione infrarossa che viene rinviata alla Terra da parte dei gas, allora questa energia può essere utilizzata in due modi:
1) per incrementare l’energia interna del sistema (sarebbe dU)
2) per compiere del lavoro (dL)

L’energia interna del sistema è l’energia che deriva dal moto delle molecole. Supponendo che una molecola abbia massa “m” e velocità “v”, la sua energia cinetica è data semplicemente da

U = 1/2 mv2

da cui si deduce che l’energia del sistema non sarà altro che la somma di tutti i contributi delle energie cinetiche di tutte le molecole. Se quindi aumenta l’energia U, è facile intuire che l’unico parametro che può modificarsi in questa formula è la velocità, visto che la massa si deve conservare. Per semplificare ulteriormente il problema, supponiamo ora che le molecole che costituiscono l’aria siano costituite da un solo atomo che possiamo identificare come un punto materiale nello spazio. Affinché questo punto possa essere individuato, c’è bisogno di tre coordinate che forniscano la sua posizione rispetto ad una terna di assi x, y e z. Per questo motivo, si dice allora che l’atomo possiede tre gradi di libertà e infatti la formula dell’energia cinetica si può scomporre nelle tre componenti del vettore di velocità “v” con cui l’atomo si muove. Possiamo quindi scrivere:

U = 1/2 m(vx)2 + 1/2 m(vy)2 + 1/2 m(vz)2

dove (vx), (vy) e (vz) indicano le tre componenti del vettore velocità lungo i tre assi. A questo punto, per il teorema dell’equipartizione dell’energia, bisogna sapere che ad ogni grado di libertà della molecola corrisponde a 1/2 kT di energia termica. Se i gradi di libertà sono tre, allora l’energia termica sarà data da 3/2 kT, dove k è la costante di Boltzman e T e la temperatura: da qui si deduce, allora, che se aumenta l’energia interna del sistema aumenta la sua temperatura. Il discorso è molto più complesso, perché bisogna tener conto che le molecole dei gas serra sono poliatomiche e quindi sono diversi i moti a cui possono andare incontro. Il concetto basilare però è quello che ho appena spiegato.

La restante energia viene utilizzata per produrre lavoro dL. Nel caso di un recipiente chiuso da un pistone si può pensare ad un lavoro si espansione del gas che finisce per sollevare il pistone stesso. Se proiettiamo questo modo di vedere le cose anche in atmosfera, possiamo paragonare il tutto, ad esempio, ad un’avvezione calda o fredda che sposta una cupola anticiclonica verso nord o una saccatura verso sud (la cupola e la saccatura sarebbero il pistone). Quindi questa energia trasformata in lavoro dL, sarebbe proprio la benzina che darebbe un’ulteriore apporto energetico sia ad un anticiclone africano per portare verso l’Italia intense ondate di calore e sia a una saccatura polare per portare una goccia fredda a imperversare su di noi.

Quanto al Mar Mediterraneo, il nostro bacino è concausa di amplificazione di quanto proviene dall’esterno di esso, perché allo scontro delle masse d’aria che avviene alle nostre latitudini si somma l’effetto dell’orografia e il fatto che, mediamente, le nostre acque sono più calde di 4 °C di quelle del vicino Atlantico. In questo caso, quindi, si tratta di amplificazione di fenomeni legati più a circolazioni cicloniche e non anticicloniche. Lo stallo anticiclonico che, purtroppo, sembra interessarci spesso tra l’autunno e l’inverno non dipende dal Mediterraneo, semmai da quel dL di cui ho parlato prima. Solo che qui, il concetto di espansione del pistone che ho fatto prima deve essere visto proprio come l’espansione della cella di Hadley verso nord.

Spero di essere stato sufficientemente chiaro

Grandissimo Andrea, davvero

[Marco.Iannucci]

Ma secondo quali precisi meccanismi l'incremento di gas serra aumenta l'energia complessiva del sistema? Non è possibile poi che il sistema terra sia troppo ampio per subire modifiche e i gas vengano dispersi o intrappolati in forme da cui non è possibile trarre immediatamente energia?

[andrea.corigliano]

Ma secondo quali precisi meccanismi l'incremento di gas serra aumenta l'energia complessiva del sistema?

Il discorso è lungo e articolato. Dovrei partire spiegando le bande vibro-rotazionali delle molecole che costituiscono i gas serra. Me ne occuperò presto...

[Enrico_3bmeteo]

gran bel 3d. Ben scritto e molto didattico. Complimenti all'Autore