lo ritengo utile alla comprensione delle dinamiche e leggi
che regolano il nostro complicato sistema circolatorio atmosferico .
TD aperto a qualsiasi discussione inerente , capace di fare ulteriore chiarezza
ed arricchirne il contenuto.
Partiamo dall' entropia, ma cos'è? A cosa serve capirne l'utilità?
In termodinamica, funzione di stato di un sistema la cui variazione, in una trasformazione che porti il sistema da uno stato iniziale A ad uno finale B, viene calcolata sommando le quantità di calore scambiate dal sistema in una qualsiasi trasformazione reversibile che vada da A a B, divise rispettivamente per le temperature assolute delle sorgenti con cui si scambia calore; si misura in joule per grado Kelvin. In tutti i processi fisici reali (quindi irreversibili) di un sistema isolato, l'entropia aumenta sempre e tende ad un valore massimo; secondo l'interpretazione data dalla meccanica statistica, l'entropia è una funzione crescente della probabilità che un sistema si trovi in un determinato stato macroscopico, per cui i sistemi isolati evolvono spontaneamente verso le configurazioni a entropia maggiore, che sono quelle con un grado minore di ordine.
In sostanza l'entropia è un modo per sapere se un determinato stato è raggiungibile da un sistema per mezzo di una trasformazione naturale e spontanea. Consideriamo due stati di un sistema isolato, A e B. Se l'entropia è maggiore nello stato B, questo può essere raggiunto spontaneamente dallo stato A ed è ciò che determina la freccia del tempo
per cui conosciamo il passato ma non il futuro .
Questo ci aiuta a capire come sia errato , capita spesso di leggere post del genere
inerenti alla meteorologia/clima, domandarsi come sia mai possibile che
accadano certe manifestazioni circolatorie. Accadono perché sono possibili
e non infrangono nessuna legge fisica ovviamente, tipo quello che sta accadendo nel Mediterraneo, e non solo, in questo periodo estivo.
Poco a poco toccheremo vari punti della discussione ed inizieremo
dal bilancio energetico/GW/Entropia.
Negli ultimi anni la presa di coscienza dell’esistenza del riscaldamento globale, causato a sua volta dalla crescita dei gas serra in atmosfera ha reso più diffusa la conoscenza del bilancio energetico terrestre.
Si tratta di un bilancio essenzialmente radiativo legato allo scambio di radiazione fra Sole-Terra e spazio, espresso dal famoso grafico di Trenberth e Kiehl
Questo è forse diventato uno dei grafici più famosi e illustrati agli studenti del mondo; esso ci dice che c’è una situazione stazionaria, tanta energia arriva dal Sole e tanta riparte verso lo spazio aperto; quella che arriva dal Sole è centrata sul giallo-verde (0.5micron) , nel visibile, mentre quella riemessa verso lo spazio è nell’infrarosso(10micron); questa parte viene assorbita e riflessa/riemessa indietro dall’atmosfera per cui prima di lasciarci incrementa la temperatura dell’atmosfera, il famoso effetto serra.
Però nel complesso l’idea base è: tanta energia entra e tanta ne esce, circa 342 W/m2, in media (meno l’albedo).
Quale è termodinamicamente l’effetto legato al cambio della lunghezza d’onda media? Cioè al fatto che la radiazione entrante è essenzialmente nel visibile mentre quella uscente è nell’infrarosso?
In chimica i fotoni hanno una energia che dipende dalla loro lunghezza d’onda, e che inoltre possono essere considerati un gas di particelle con una loro equazione di stato.
La conclusione dunque è che il numero di fotoni entranti è necessariamente INFERIORE a quello dei fotoni uscenti; i fotoni uscenti hanno in media una lunghezza d’onda circa 20 volte superiore a quella entrante e di conseguenza una energia per fotone 20 volte inferiore; per pareggiare il bilancio energetico complessivo il numero di fotoni uscenti sarà proporzionalmente più alto; per la precisione 22 volte maggiore.
La prima cosa è che il flusso entropico in queste condizioni non si può valutare usando le equazioni dell’equilibrio, sia per l’energia che per l’entropia non si possono usare solo le equazioni che molti conoscono legate all’emissione di corpo nero in equilibrio con la sua radiazione; la Terra non è in equilibrio con la radiazione né ricevuta né emessa (tipo per capirci l’equazione di Stefan-Boltzmann e la corrispondente equazione dell’entropia). E comunque mentre per l’energia si usa il criterio del tanto entra tanto esce, lo stesso ragionamento non si può fare per l’entropia. In questo caso si stabilisce solo un estremo superiore alla entropia positiva prodotta “dentro” il sistema Terra per rimanere sotto la quota di bilancio (che comunque non è di per se obbligata).
Tale quota di bilancio dipende dalla differenza fra l’entropia in ingresso e in uscita a causa della radiazione (deS in uscita è negativa, mentre deS in entrata è positiva)
La radiazione infrarossa dunque esporta (segno negativo) poco meno di 1watt/m2 K mentre quella ricevuta (positiva) è solo 41mW/m2K, e da questo nasce il fatto che a differenza dell’energia l’entropia in uscita è diversa da quella in ingresso.
Questa differenza consente al sistema Terra pur rimanendo al bilancio di entropia (ma non necessariamente) di dissipare al proprio interno fino ad una equivalente quantità di entropia POSITIVA; e come? Degradando enormi quantità di energia libera e costruendo ordine al proprio interno, quel meraviglioso ordine legato a tutte le strutture che ci circondano e che sfrutta almeno in parte il grande flusso solare: nuvole, sistemi di nuvole, cicli di materiali e di elementi, la vita stessa, etc.
Nei prossimi giorni approfondiremo il tema attraverso nuove discussioni.
