| Il bilancio energetico della Terra |
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La Terra come sappiamo gira intorno al Sole, le dimensioni della Terra confrontate con quelle del Sole e del sistema solare sono:
La Terra ha un volume che è circa 1.300.000 volte più piccolo di quello del Sole ed una massa che è circa 350.000 volte più piccola di quella del Sole. Questo fatto significa che la densità della Terra è circa 3,5 volte più grande di quella del Sole,La distanza che separa questi due corpi nello spazio è di circa 150.000.000 Km. Il Sole invia, ed ha inviato, sulla Terra la quasi totalità dell'energia di cui il nostro pianeta dispone, sotto forma di radiazioni di varie frequenze. La Terra dà un contributo all'energia del pianeta con il suo calore interno, con i suoi materiali radioattivi e con la sua energia gravitazionale che consente di utilizzare, ad esempio, le cadute d'acqua. Della radiazione che il Sole ci ha inviato ne ritroviamo una piccola quantità nei combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale). Questi combustibili si sono originati dalla trasformazione di piante ed animali che utilizzando, direttamente od indirettamente, il fenomeno della fotosintesi avevano accumulato l'energia prodotta dal Sole. Oggi bruciando questi combustibili consumiamo l'energia solare che si è accumulata in milioni di anni, che come è intuibile non potrà essere ricostituita in tempi ragionevoli per noi. Ma vediamo in dettaglio qual é il flusso di energia che interessa la Terra. Innanzitutto ricordiamo che il 99,98% dell'energia di cui disponiamo sulla Terra ci proviene dal Sole, e che le reazioni nucleari che avvengono sul Sole producono 4 x 1026 joule/secondo energia che vuol dire una potenza, in tutto lo spazio, di 4 x 1026 watt. Di tutta l'impressionante quantità di energia emessa dal Sole, ne arriva alla nostra atmosfera una quantità pari a 1,7 x 1017 W. L'energia che arriva alla nostra atmosfera viene in parte riflessa nello spazio circostante: esattamente nella quantità di 0,51x1017 W, che corrisponde al 30 % del totale,. Ricordiamo che se tutta 1'energia proveniente dal Sole fosse accumulata dalla Terra, saremmo in un pianeta senza vita ed incandescente e questo non avviene perché il sistema Terra-atmosfera è una "macchina" in equilibrio nel bilancio della radiazione entrante ed uscente. La "macchina" Terra-atmosfera si comporta come una macchina termica che ha la sorgente calda sulla superficie della Terra a 15 °C medi, la sorgente fredda nell'atmosfera, ad un quota di circa 5 Km dalla superficie della Terra ed a una temperatura media di - 23°C. e come fluido operativo l'aria. Questa macchina atmosferica produce, come conseguenza della radiazione proveniente dal Sole, lavoro e calore. La parte di radiazione solare entrante viene utilizzata per una serie di trasformazioni chimico - fisiche schematizzabili nei seguenti processi: evaporazioni e precipitazioni (0,51 x 1017 W) pari al 30%, assorbimento ed emissione da parte dell'atmosfera (dal vapor d'acqua, dall'anidride carbonica, dall'ossigeno e dall'ozono) di cui la quantità di 0,24 x 1017 W, pari al 14% viene emessa verso lo spazio ed la quantità di 0,009 x 1017 W, pari allo 0,5% verro la Terra, assorbimento da parte del terreno (0,282 x 1017 W) pari al 16% , riflessione da parte della Terra (0,171 x 1017 W) pari al 9%, moti convettivi dell'aria e dell'acqua (0,005 x 1017 W) pari allo 0,3%, fotosintesi clorofilliana (0,003 x 1017 W) pari allo 0,2%. Si può valutare che del 47% della radiazione che raggiunge la superficie terrestre, e che può essere utilmente trasformata in calore e lavoro, una metà è radiazione solare diretta mentre l'altra metà è radiazione solare che è stata diffusa dalle nuvole e dai gas costituenti l'atmosfera . Una parte dell'energia che arriva sulla Terra (0,51x1017 W, pari al 30%) mette in moto il ciclo delle acque: evaporazione d'acqua che poi si trasformano in nuvole e in pioggia che alimentano fiumi e bacini ed alta quota. Si ottiene in questo modo una immensa riserva di energia potenziale che, unita all'energia gravitazionale della Terra, permette la sua utilizzazione sotto forma di energia cinetica che può mettere in moto generatori di energia meccanica od elettrica. Quella parte di energia che ci arriva dal Sole e che vale 0,005 x 1017 W è in grado di far muove le masse d'aria cioè, come sappiamo, una massa d'aria riscalda diminuisce di densità ed aumenta di volume tendendo a salire verso l'alto mentre masse d'aria che si raffreddano, avendo una densità maggiore, tendono ad andare verso il basso; si crea così un movimento d'aria che da origine ai venti che, come abbiamo visto possono essere utilizzati per la produzione di energia meccanica od elettrica. L'altro processo generato dall'energia emessa dal Sole, che è stato di vitale importanza per la Terra e per gli esseri viventi, è la fotosintesi che utilizza una quantità d'energia pari a 0,003 x l017W. In breve e schematicamente il processo di fotosintesi consente l'accumulo di energia nelle piante, le quali sono cibo degli animali erbivori cosi nel complesso ciclo alimentare che comprende anche gli animali carnivori e l'uomo l'energia prodotta sul Sole consente la vita sulla Terra. Non dimentichiamoci dei processi di decomposizione dei materiali organici, animali e vegetali, che in particolari condizioni di pressione, temperatura e tempo ha dato origine ai combustibili fossili Se consideriamo anche l'effetto gravitazionale del Sole e della Luna sulla Terra che produce le maree e che vale 0,00003x l017W, abbiamo un'altra fonte di energia disponibile. Ricordiamo inoltre le energie proprie della Terra:
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