Benvenuti nell'era dei ritorni decrescenti


lunedì 7 giugno 2010

CO2: la molecola che controlla il clima


La molecola del CO2 (immagine da Watt's up with that) in due versioni: triste e sorridente a indicare che il CO2 è essenziale per la vita ma può anche fare grossi danni. A parte l'umore, buono o cattivo che sia, la molecola è costituita da due atomi di ossigeno legati a uno di carbonio. Era detta una volta "acido carbonico." Più tardi è andata sotto il nome di "anidride carbonica" - termine che si usa ancora oggi ogni tanto. Ma il termine corretto è "biossido di carbonio", perciò, è bene dire "il CO2" e non "la CO2".  Il "2" dovrebbe essere un deponente, ma quasi nessun blog o sito internet permette di scrivere deponenti. Comunque, l'importante è capire di cosa si parla.


E' curioso quanta confusione si faccia sul ruolo del biossido di carbonio (CO2) nel determinare il clima terrestre. C'è chi non ci crede proprio, chi dice che questo ruolo è sovrastimato, chi accusa i climatologi di essersi fissati sul "solo CO2" e di trascurare tutto il resto, chi dice che l'atmosfera è già satura di CO2 e chi nota che il CO2 è utile per le piante e quindi più ce n'è, meglio è.

Forse allora è bene ricominciare dall'inizio e notare che non stiamo parlando soltanto di modelli, ma anche di dati sperimentali che hanno una lunga storia. Solo il fatto che esistesse una molecola di biossido di carbonio è una cosa relativamente recente. Fu scoperta nel 1600, da Van Helmont che, all'epoca, la chiamo "gas di legna". Ci volle molto tempo per capire il ruolo della CO2 nella chimica delle piante mentre i primi esperimenti di assorbimento della luce solare da parte dei vari gas atmosferici furono fatti dall'Irlandese John Tyndall, nel 1859. Già a quei tempi, Tyndall si rendeva benissimo conto degli effetti riscaldanti dei vari gas serra. Prima di Tyndall, ci aveva speculato sopra Joseph Fourier (quello della serie di Fourier), ma senza avere dati sperimentali.

Dopo il lavoro di Fourier e Tyndall, ci ha pensato Svante Arrhenius in un lavoro del 1896 a sistematizzare l'effetto del CO2 in una teoria che è tuttora perfettamente compatibile con quelle moderne. Arrhenius aveva già capito che l'effetto del CO2 non è lineare con la concentrazione e aveva proposto la legge logaritmica che si usa ancora oggi. Aveva anche fatto qualche calcolo approssimato sulla quantità di CO2 emessa dall'attività umana e concluso che non ci sarebbero stati problemi. Ahimé, questa conclusione era valida solo per le piccole emissioni dei suoi tempi.

Dopo Arrhenius, la questione dell'effetto del CO2 sull'atmosfera è rimasta più o meno dormiente per diversi decenni. Mancavano dati e mancava anche una comprensione dettagliata dei meccanismi di riscaldamento dell'atmosfera. Solo negli anni '30 si è cominciato a notare sia l'aumento della concentrazione di CO2 come della temperatura globale. Il primo ad accorgersene è stato Guy Stewart Callendar che aveva già ipotizzato l'esistenza di una correlazione fra le due cose.  Ma si è dovuto aspettare il 1952 per i primi modelli fisici di Lewis Kaplan. Poi, negli anni '60, è stato il turno di  Roger Revelle, del quale forse vi ricordate come il maestro di Al Gore nel film "Una scomoda verità."  Con Revelle è cominciata la moderna climatologia e da allora le conferme sperimentali e teoriche si sono accumulate al punto che l'effetto fondamentale del CO2 sul clima è diventato una cosa ovvia per chiunque sappia qualcosa dell'argomento.

Rimane, tuttavia, una pervicace opposizione al concetto che il CO2 di origine umana abbia un effetto importante sul clima. E' un'opposizione sostanzialmente ideologica che però tende a riciclare argomentazioni scientifiche già usate ai suoi tempi contro l'interpretazione di Arrhenius. Ci vorrebbero parecchie pagine per demolire questi argomenti. Comunque, li ha già demoliti egregiamente Stefano Caserini con il suo libro "A qualcuno piace caldo" che consiglio a quelli che sono genuinamente curiosi di sapere come stanno le cose ma che rimangono perplessi di fronte alle bordate anti-scientifiche che si leggono su internet.

Tuttavia, vorrei spiegare una cosa che non appare sempre chiarissima nel dibattito: come mai diamo tanta importanza al CO2, apparentemente trascurando tutti gli altri gas serra? In effetti, ci sono molti gas serra (o climalteranti). Secondo i dati di un articolo di Kiehl e Trenberth (1996) il contributo del CO2 è certamente importante nel budget energetico dell'atmosfera - nettamente più importante di gas come il metano, l'ozono e altri. Ma il contributo del CO2 è solo al secondo posto - circa il 25% del totale. Quello del vapore acqueo è più del doppio; il 60% in una giornata senza nuvole.

Come mai allora si da tanta importanza al solo CO2? Non sarà veramente un complotto dei climatologi? Eh, beh, ci sono qui un paio di punti cruciali del quale bisogna ricordarsi. Il primo è il tempo di residenza dei vari gas nell'atmosfera.

La faccenda del tempo di residenza del CO2 va un po' spiegata. Ci sono vari effetti che possono rimuovere il CO2 dall'atmosfera. Ce ne sono alcuni che hanno scale di tempi di qualche anno, per esempio il ciclo biologico della fotosintesi e quello del discioglimento del CO2 alla superficie degli oceani. Altri cicli che coinvolgono il CO2 hanno scale dei secoli o millenni, ma nessuno di questi rimuove definitivamente il CO2 dal sistema. Per esempio il CO2 si dissolve in parte nelle acque profonde dell'oceano, ma questo si può saturare. Il ciclo che veramente rimuove in modo definitivo il CO2 dall'ecosfera è il ciclo "lungo", ovvero il lento processo di erosione dei silicati che a lungo termine trasporta il carbonio a grandi profondità nel "mantello" terrestre. Da li', il CO2 viene poi riemesso dai vulcani. E' un ciclo lunghissimo che dura centinaia di migliaia di anni, o forse anche milioni di anni.

Allora, è chiaro che il CO2 che immettiamo oggi nell'atmosfera rischia di rimanere lì per millenni o forse anche per milioni di anni. Qui sta la differenza con il vapore acqueo. Il vapore acqueo è un gas serra ma non è quello che si chiama una "forzante climatica." Anche se buttassimo nell'atmosfera una quantità di vapore acqueo tale da raddoppiarne la concentrazione, l'eccesso sarebbe eliminato per condensazione e ritornerebbe negli oceani in poche settimane.

E non finisce qui: il CO2 ha anche la caratteristica di avere un "feedback negativo," ovvero un effetto stabilizzante sulle temperature. Il ciclo "lungo" del carbonio dipende dalla velocità di erosione dei silicati. Più è caldo, più i silicati si erodono rapidamente e quindi riducono la concentrazione di CO2 nell'atmosfera, raffreddando il pianeta. Se il clima si raffredda, allora succede il contrario. Quindi, l'effetto tende a mantenere stabile la temperatura. ll vapore acqueo non ha un feedback negativo del genere.

A questo punto, credo che avrete capito perché il CO2 è tanto importante. Oltre a essere fondamentale per la vita, è la molecola che controlla il clima terrestre e che lo ha controllato per miliardi di anni.

E' tanto importante che meriterebbe un nome più descrittivo di quello della sua formula chimica (biossido di carbonio). Dopotutto, non diciamo "ossido di di-idrogeno" per l'acqua. Chissà, forse potremmo ritirar fuori il vecchio nome di "flogisto" che, in fondo, era il nome dato alla sostanza emessa dai corpi che bruciavano. E quando brucia una sostanza organica, si emette CO2. Ma è poco probabile che l'idea prenda piede e comunque non è importante il nome. L'importante è rendersi conto di quello che succede e che troppo CO2 nell'atmosfera non è una buona cosa.


Se volete leggere qualcosa in più sull'effetto del CO2 sulla temperatura, potete dare un'occhiata a questo articolo di Luigi Ferrari, pubblicato sul sito di ASPO-Italia, dove si dimostra che conoscendo un po' di fisica di base, si può calcolare l'effetto riscaldante della CO2 senza bisogno di modelli complicati. Segnalo anche il recente libro di Luca Mercalli "Mercalli L., Acordon V., Castellano C, Cat Berro D., 2009 - Che tempo che farà. Breve storia del clima con uno sguardo al futuro. Rizzoli"

7 commenti:

  1. Molto interessante, questo bel post mi porta a ragionare anche sul fatto che l'innalzamento della temperatura dovuta all'aumento della conc. di CO2 provoca un effetto sinergico dovuta ad an aumento PERMANENTE di vapor d'acqua, il cui equilibrio in atmosfera rispetto alla forma liquida dipende anche dalla temperatura. Vista l'efficacia del vapor d'acqua come gas serra credo a spanne che quest'effetto secondario non sia per nulla trascurabile. Roberto Doliana

    RispondiElimina
  2. Una lenta retroazione negativa?
    Questo significa che se provochiamo un innalzamento della temperatura fra centinaia di migliaia di anni potremmo avere un raffreddamento golobale!
    (Spero di andare in pensione prima)

    RispondiElimina
  3. Si, qualsiasi cosa facciamo al clima oggi, sarà prima o poi compensata dal lento ciclo dell'erosione dei silicati. In qualche centinaio di migliaia di anni, forse anche poche decine di migliaia, i danni saranno stati rimediati e - probabilmente - ritorneremo ai cicli glaciali/interglaciali che sono stati la norma nell'ultimo milione di anni o giù di li'. Per la pensione, visto come stanno andando le cose, non ci spererei neanche in um milione di anni. :-)

    RispondiElimina
  4. Per Roberto - si il feedback positivo dell'acqua è uno dei principali del clima. Va detto però che c'è anche un feedback negativo dovuto alla formazione di nuvole

    RispondiElimina
  5. allora, mancato feedback da meno emissione di vapore acque di zone desertificate.
    mancato feedback da mancata fotosintesi di co2 in c e 2O (se la composizione da calore, la scissione dovrebbe raffreddare)
    mancata considerazione dell effetto delle pioggie acide sul suolo ricco in carbonati di calcio.
    sembra sempre l'acqua l'elemento FONDAMENTALE!
    e magari il veloce drenaggio, e' causa di inalzamento del mare! ha ha
    KIOTO = ZERO!
    e vieni... protocollo di Copenhagen 2012 con la gestione delle acque di superfice!

    RispondiElimina
  6. Dunque, questo commento incomprensibile lo lascio se l'autore vuol gentilmente spiegare meglio che cosa vuol dire. Altrimenti lo cancello perchè, appunto, è incomprensibile.

    RispondiElimina
  7. Anzi, non lo cancello. Lo lascio li' come un'indicazione della confusione mentale che prende alcuni di noi quando si parla di clima

    RispondiElimina