1824 – Fourier, ossia un’idea di effetto serra
Spedizione
Nel gruppo dei 165 scienziati al seguito dell’armata che, il 16 maggio 1798, salpa da Tolone per l’Egitto – quasi duecento navi e trentamila uomini tra soldati e marinai – sotto il comando di Napoleone Bonaparte vi era Jean-Baptiste Joseph Fourier.
Un fisico e matematico, allora trentenne, al quale si devono l’immagine della “serra” per illustrare il funzionamento dell’atmosfera e la definizione dei fenomeni che determinano il clima terrestre.
Come per molti scienziati e letterati di quel periodo, la vita di Fourier è un intrico di avvenimenti scientifici, intellettuali, politici e personali, questi ultimi non sempre confortevoli. Una vita complicata e variegata che tralasceremo di descrivere, limitandoci ai suoi contributi scientifici.
Trasferimento del calore
È alla fine del Settecento che Fourier inizia ad indagare il calore e le sue modalità di trasferimento.
Nel dicembre del 1807 legge una lunga memoria Sulla propagazione del calore nei corpi solidi all’Istituto di Francia.
Nel 1816 ha pronto un manoscritto di 650 pagine, la Teoria analitica del calore, ma deve aspettare il 1822 perché venga stampato.
Agente primario
In questi anni, la convinzione di Fourier che il calore sia uno degli agenti primari dell’universo assume maggiore consistenza teorica e l’approccio matematico viene sempre più integrato da esperimenti complessi ed estesi ad ambiti di ricerca ampi.
Nel 1824 presenta all’Accademia reale delle Scienze il contributo più importante sul clima terrestre, Note generali sulle temperature del globo terrestre e degli spazi planetari, lo stesso anno nel quale con la pubblicazione delle Riflessioni sulla potenza motrice del fuoco, Sadi Carnot anticipa una nuova teoria fisica, la termodinamica.
Ma, come la maggior parte dei contemporanei, Fourier non dimostra interesse per la forza motrice del calore, tutto concentrato nella sua ricerca di una teoria del trasferimento del calore. E la migliore applicazione fisica della teoria si traduce nell’assumere il Sole come fonte di Calore, la Terra come pianeta freddo e l’Atmosfera quale interposizione diafana.
Teoria dell’atmosfera
Fourier ritiene che la Terra sia un solido freddo che riceve calore da tre fonti:
- dal suo interno. La terra dispone di calore in profondità fin dalla sua origine, ma è stato dissipato in superficie ed ha esaurito la sua azione;
- dal Sole;
- dalle stelle.
Come gli altri pianeti del sistema solare la Terra è situata in una regione dell’Universo a temperatura costante e fredda.
[Secondo misurazioni moderne la temperatura del cosmo è di 3 gradi Kelvin].
E sarebbe, al pari fredda, se non ci fosse l’interposizione dell’aria, in grado di modificare gli effetti del calore solare sul globo.
Rifacendosi agli esperimenti di de Saussure con l’eliotermometro, Fourier dimostra che lastre di vetro separate da aria atmosferica trattengono il calore in modo molto più efficiente delle stessa lastre separate dal vuoto.
Scrive Fourier nell’opera citata: “Così la temperatura della Terra viene aumentata dall’interposizione dell’atmosfera, perché il calore nello stato di luce trova meno resistenza nel penetrare l’aria che nel ripassare quando viene convertito in calore non luminoso”.
Effetto serra
Pur non nominandolo mai espressamente, Fourier (nel 1824), per primo, teorizza quello che verrà poi nominato effetto serra: la luce solare ha la capacità di attraversare le sostanze “diafane” (quasi trasparenti) quali l’aria, ma la perde quasi del tutto quando si trasforma in calore oscuro.
Calore luminoso e calore oscuro, una distinzione utilizzata da Fourier e, allora, da poco introdotta. Se Newton nel 1666 aveva coperto che la luce solare è composta da una striscia di colori che vanno dal rosso al voletto, nel 1800 Willhelm Herschel aveva identificato raggi al di là dell’estremità rossa dello spettro, dando loro il nome di raggi infrarossi.
Sono, dunque, i raggi infrarossi diffusi dalla superficie terrestre ad essere trattenuti dall’atmosfera.
In anticipo
La teoria di Fourier pone una domanda: quale fattore rende l’atmosfera trasparente ai raggi luminosi del Sole e quasi opaca ai raggi infrarossi emessi dalla superficie della Terra?
Era impossibile, allora, dare una risposta, perché non erano state studiate le proprietà radiative dei gas.
Vi provvederà pochi anni dopo J. Tyndall.
[Le informazioni sono tratte dal libro di Antonio Navarra e di Andrea Pinchera, “Il clima”, pubblicato da Editori Laterza nel 2000]