Come funziona una serra?

Grazie alle crescenti preoccupazioni sul cambiamento climatico (spesso chiamato "riscaldamento globale") e al linguaggio che è sorto intorno a questa preoccupazione, è probabile che altrettanti i più giovani hanno sentito termini come "effetto serra" e "gas serra" che sono stati all'interno di una vera serra o sanno che cos'è una struttura del genere è.

Una serra ben curata è un luogo tranquillo e visivamente piacevole da visitare o lavorare, anche se l'ambiente è forse eccessivamente caldo e umido per i gusti di alcune persone. Le preoccupazioni sui gas serra e sui loro effetti sul clima terrestre, tuttavia, sono tutt'altro che allettanti e le preoccupazioni sul riscaldamento globale crescono di anno in anno. Sebbene le vere serre non siano responsabili dell'effetto che porta il loro nome, i principi sottostanti costituiscono uno studio interessante di alcuni principi fisici di base.

Una serra è così chiamata perché è una struttura destinata alla coltivazione di piante e la maggior parte delle piante è verde, almeno in parte. Ovviamente puoi avere piante anche in casa, ma le serre sono costruite per massimizzare il "comfort" delle piante. Per analogia, puoi giocare a basket su un vialetto asfaltato usando un solo canestro improvvisato, ma pochi direi che questo è utile per migliorare il tuo gioco come un campo da basket indoor a due livelli pavimento.

Cosa rende speciale una serra? In primo luogo, è la quantità di luce, la temperatura controllata e la quantità facilmente manipolabile di umidità che ricevono le piante. Alcune serre sono dedicate a "colture" che non vengono mangiate e vengono utilizzate solo a scopo decorativo o per occasioni speciali, come i fiori. Altri presentano piante che danno origine a prodotti commestibili, come i pomodori. Le serre hanno soffitti in vetro, che servono sia ad ammettere un'elevata quantità di luce che a trattenere il calore all'interno della struttura. Quando il sole tramonta, il calore non si dissipa così rapidamente come fa all'aperto, consentendo alle piante che non tollerano bene le notti fresche di prosperare.

Dal punto di vista della fisica, ciò che riscalda una serra è la stessa cosa che riscalda l'interno di un'auto in una giornata di sole. La luce infrarossa di lunghezza d'onda più corta entra nella struttura attraverso il vetro e dopo questi raggi invisibili ma caldi rimbalzano intorno, diventano energia elettromagnetica di lunghezza d'onda più lunga e tendono a rimanere all'interno, venendo assorbiti dal loro dintorni. Questi ambienti, in una serra, includono le superfici frondose delle piante, che utilizzano la luce solare per guidare la fotosintesi, o la creazione di glucosio (cibo) per l'energia.

I principali gas serra sono l'anidride carbonica, il metano, il vapore acqueo e il protossido di azoto. Queste molecole di gas sono collegate in modo più lasco rispetto alla maggior parte delle molecole, quindi quando il calore le colpisce, tendono a vibrare. Queste molecole vibranti rilasciano calore, gran parte del quale viene poi assorbito dalle vicine molecole di gas serra. Questo ciclo mantiene l'aria nelle vicinanze insolitamente calda.

La maggior parte dell'atmosfera è costituita da azoto, che costituisce oltre tre quarti dell'atmosfera, e ossigeno, che rappresenta circa un quinto. Entrambi questi gas includono due atomi identici (N₂ e O₂). I legami che tengono insieme queste molecole sono stretti e consentono poche vibrazioni, quindi non trattengono bene il calore e quindi non contribuiscono in modo significativo agli effetti serra.

Anidride carbonica (CO₂): Le molecole di anidride carbonica costituiscono solo una piccola frazione dell'atmosfera, ma esercitano comunque un effetto molto forte sul clima. Intorno alla metà degli anni 1850, prima dell'inizio della rivoluzione industriale e della conseguente combustione del carbone, l'atmosfera conteneva circa 270 parti per milione di volume (ppmv) di CO₂. Questo livello è costantemente aumentato poiché la combustione di carbone e altri combustibili fossili, come la benzina, hanno rilasciato più gas nell'atmosfera. il CO₂ il livello nell'atmosfera ora si attesta a circa 400 (ppmv), un aumento del 50 percento.

Gli oppositori dell'intera idea di cambiamento climatico causato dall'uomo possono indicare il fatto che la CO₂ costituisce una frazione così piccola dell'atmosfera, anche in quest'epoca di industria pesante, da non poter avere effetti significativi sul clima. Questa è un'idea facilmente divulgata, poiché ha un certo senso intuitivo. Ma "ha anche senso" che un minuscolo livello di batteri microscopici nel flusso sanguigno, che pesa molto meno di un milligrammo in totale, non può essere sufficiente a causare malattie gravi e che piccoli livelli di veleno di serpente non possono essere pericolosi o letale. Queste idee sono chiaramente senza senso, quindi l'intuizione, nella scienza, può essere una guida notoriamente povera.

Metano (CH₄): Il metano è un potente gas serra, con la capacità di assorbire molto più calore, molecola per molecola, dell'anidride carbonica. Costituito da un singolo atomo di carbonio unito a quattro atomi di idrogeno, CH₄, come CO₂, si trova in piccole quantità nell'atmosfera, ma può avere un impatto considerevole sul riscaldamento globale. Il gas metano viene emesso dal bestiame e, essendo la molecola più semplice che si qualifica come idrocarburo, viene utilizzato anche come combustibile. Quando il metano viene bruciato, l'anidride carbonica viene rilasciata nell'atmosfera come sottoprodotto, rendendo il metano un contributo sia diretto che indiretto all'effetto serra.

Come notato, anche se solo una piccola frazione dei gas nell'atmosfera terrestre si qualifica come gas serra, questi hanno un effetto sostanziale sul clima, sia che siano arrivati ​​lì a causa di processi naturali o a causa dell'uomo attività. Durante il 21° secolo, la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera sarà probabilmente il doppio di quella dell'inizio del secolo. Sono in aumento anche i livelli di altri gas serra, principalmente metano e protossido di azoto. La quantità di gas serra aumenta in proporzione alla quantità di combustibili fossili bruciati, che espelle nell'atmosfera non solo i gas serra, ma anche l'inquinamento atmosferico. I gas serra trovano la loro strada nell'atmosfera anche da altre fonti. Il bestiame rilascia gas metano durante la digestione del cibo. Inoltre, processi apparentemente benigni possono contribuire con quantità non banali di CO₂ alla miscela. Ad esempio, poiché il cemento è costituito da calcare, viene rilasciata anidride carbonica.

Con più gas serra nell'atmosfera, creando qualcosa come un soffitto invisibile (non dissimile da una vera serra), è più probabile che il calore passi verso l'alto essere fermato piuttosto che uscire del tutto dall'atmosfera, perché i gas serra aggiuntivi assorbono, e quindi irradiano, questo calore sotto forma di infrarossi radiazione. Parte del calore si allontanerà dalla Terra, ma parte verrà assorbita dalle vicine molecole di gas serra e parte tornerà di nuovo sulla superficie terrestre. Pertanto, attraverso una varietà di meccanismi, man mano che i gas serra si accumulano, il pianeta continua a riscaldarsi. I ghiacciai si ritirano, il ghiaccio su entrambi i poli della Terra si scioglie, gli oceani si riscaldano e diventano più acidi, la neve la copertura mondiale è diminuita e gli eventi meteorologici catastrofici come gli uragani aumentano luogo comune.

Realizzare la tua serra non è un progetto banale, ma con abbastanza ambizione, non è al di là dei mezzi di una persona o di un gruppo appassionato. Sia che tu voglia proteggere le piante estive in inverno, ottenere un vantaggio sulle piante paesaggistiche primaverili o semplicemente imparare un po 'di orticoltura indoor, puoi ottenere un set-up da poche centinaia di dollari USA a poche mille.