Dopo la Cop26 sul clima di Glasgow, un’analisi dell’effetto serra e delle sostanze che lo determinano

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I paesi partecipati alla Cop26 – la Conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici -, tenutasi a Glasgow dal 31 ottobre al 13 novembre 2021, si sono impegnati  a mantenere il riscaldamento globale entro il limite di 1,5° ponendosi come obiettivi il taglio del 45% delle emissioni di anidride carbonica rispetto al 2010 da attuarsi entro il 2030 e l’azzeramento delle emissioni entro la metà del secolo – limite che invece va oltre per India e Cina – con la riduzione dell’uso del carbone e dei finanziamenti per i combustibili fossili.

Per comprendere il raggiungimento di questi obiettivi bisogna conoscere quali siano gli effetti di alcuni inquinanti sulle città, effetti che si possono estrapolare a livello planetario per ciò che riguarda l’aumento della temperatura dell’atmosfera terrestre.

In uno studio del 1979 (anche se datato risulta utile soltanto come riferimento per la comprensione della situazione) condotto da  Morton Lippmann – professore emerito di Medicina ambientale presso la Scuola di Medicina dell’Università di New York (NYU) – e da Richard B. Schlessinger – professore di Biologia presso la medesima Università –  è stato calcolato che il rapporto tra l’assorbimento del calore solare  e la produzione di calore generato dall’uomo su scala planetaria risulta essere seimila (6.000). Ciò vuol dire che il riscaldamento della superficie terrestre dovuto ai raggi solari è seimila volte più elevato di quello causato dalle varie attività produttive dell’uomo. Ebbene, in molte città ad alta densità di popolazione e quindi di traffico urbano e di attività imprenditoriali varie, questo rapporto scende addirittura fino a venti (20). Ciò dimostra che il riscaldamento antropogenico a livello locale aumenta di circa trecento (300) volte il valore che si trova nelle aree non urbane.

Questo stato di cose comporta nell’atmosfera di una città la formazione di un sistema denominato isola di calore, perché tra questa e le sue zone periferiche esterne si viene a creare una differenza di temperatura di circa cinque gradi (5°) di inverno e meno della metà (< 2,5°) di questo valore in estate. Quando si verificano però condizioni adiabatiche, cioè che il sistema urbano non riesce a scambiare calore con l’ambiente, sulla città si costituirà una cappa, una specie di bolla gassosa, in cui tutti gli inquinanti prodotti dal traffico e dalle altre attività antropogeniche si accumulano con conseguente fall-out (precipitazione) sul suolo, dove avviene qualcosa di simile al metodo della fumigazione (usato molto in agricoltura), che consiste nel disinfestare un determinato luogo chiuso riempiendolo di sostanze velenose per tutti i germi nocivi che vi si trovano.

Da ciò si comprende quanto grande e imperituro possa essere il danno che si ripercuote sugli abitanti. Ovviamente, e talvolta per fortuna, le condizioni adiabatiche sono fluttuanti nell’arco della giornata, a causa dello spostamento della radiazione solare dovuta al quotidiano movimento della terra attorno al sole (movimento di rivoluzione), apportando un rimescolamento dell’aria e quindi degli inquinanti con scomparsa della bolla, ma con conseguenze nell’ambiente circostante che nel lungo termine determinano variazioni ambientali significative nel mesoclima (zona a medio raggio), cioè in una zona di scala intermedia tra il microclima (zona locale) e il macroclima (zona a lungo raggio).

Tra queste conseguenze ci possono essere l’effetto frigorifero e l’effetto serra, l’uno opposto all’altro. Il primo è causato dall’eccessiva presenza di particolati – i cosiddetti PM10 e PM2,5 (10 e 2,5 son valori in µm: micrometri) -, sostanze solide (polveri) o liquide sospese nell’aria, che sostituiscono un aerosol (come le nuvole, la nebbia, la foschia, il pulviscolo) nella parte bassa della troposfera, che è la zona dell’atmosfera che si estende dalla superficie terrestre fino ad un altezza di circa 15 chilometri. I particolati assorbono e disperdono i raggi solari impedendone l’incidenza sul suolo interessato e quindi ne determinano un abbassamento della temperatura. L’effetto serra, al contrario, è causato da una frazione della luce solare, i raggi infrarossi la cui lunghezza d’onda è compresa tra 700 nm (nanometri) e 1 mm (:millimetro). Essi vengono riflessi dalla superficie terrestre, in parte assorbiti e in parte rimandati sulla superficie terrestre da diverse sostanze che si accumulano nella troposfera tra cui, in ordine di quantità decrescente, il vapore acqueo (H2O), l’anidride carbonica (CO2),il metano (CH4),  il protossido di azoto (N2O), esafluoruro di zolfo (SF6), clorofluorocarburi, meglio conosciuti con l’acronimo CFC, ecc. .

All’infuori della quantità di vapore acqueo (responsabile di più del 75% dell’effetto serra naturale complessivo) che è presente nell’atmosfera per origini naturali non contenibili dovute in parte all’evaporazione dell’acqua terrestre superficiale e in parte alla traspirazione – fenomeno connesso alla perdita di acqua sotto forma di vapore da parte del corpo umano, che ne costituisce circa il 60%, e degli animali e delle piante -, e all’infuori delle altre sostanze indicate la cui incidenza è minima, vengono analizzate gli effetti prodotti dall’aumento dell’anidride carbonica e del metano.

Premesso che per quanto riguarda l’anidride carbonica avvengono reazioni chimiche che possono essere distinte in due classi:

  • le reazioni che producono CO2

a)la respirazione degli esseri viventi animali o eterotrofi:

C6H12O6 (s) + 6O2 (g) –> 6CO2 (g) + 6H2O (g)

b)la combustione dei carboni fossili o del legno che contiene anche carbonio

C (s) + O2 (g) –> CO2 (g)

          c)la combustione degli idrocarburi componenti del petrolio (la reazione riportata,

come esempio,riguarda un generico alchene)

CnH2n + (2n + n)/2O2 (s, l o g) –> nCO2 (g) + nH2O (g)

         d)la combustione del gas naturale (metano + altri alcani)

CH4 (g) + 2O2 (g) –> CO2 (g) + 2H2O(l)

  • le reazioni chimiche che sottraggono CO2 all’atmosfera

         a1) la fotosintesi clorofilliana negli esseri viventi vegetali o autotrofi

              6CO2 (gas) + 6H2O (gas) –> C6H12O6 (s) + 6O2 (gas)

      b1) la solubilizzazione del gas CO2 nell’acqua terrestre superficiale (oceani, mari, laghi, ecc.)

CO2 (g) + H2O (l)–> H2CO3 (aq)

Confrontando le reazioni delle due classi, affinché ci sia un equilibrio, è necessario che tutta la CO2 prodotta dalle reazioni a, b, c, d venga eliminata dalle reazioni a1 e b1.

Purtroppo questo equilibrio dall’avvento dell’Antropocene – l’attuale era geologica in cui l’azione dell’uomo influisce pesantemente su tutta la geologia terrestre – è a vantaggio delle prime in quanto ai processi naturali (respirazione e combustione del legno) si sono aggiunte quelle prodotte dall’azione dell’uomo (combustione dei carboni fossili,dei carburanti derivati dal petrolio e del gas naturale) a cui si aggiunge la deforestazione incontrollata e dissennata e gli incendi che ogni anno distruggono ingenti superfici di bosco. A causa di ciò, i mezzi di informazione stanno dando molta enfasi soltanto all’anidride carbonica anche se non a torto. Essa si accumula nella troposfera al netto di quella che viene assorbita durante la fotosintesi clorofilliana (v. oltre), fenomeno biochimico naturale dovuto al pigmento verde presente nelle foglie delle piante.

Ovviamente, oltre a mettere in atto le fonti alternative di energia rinnovabile secondo il lasso di tempo programmato, per limitare l’incremento di questo gas nell’atmosfera si potrebbe avviare anche un considerevole rimboschimento a livello planetario là dove fosse possibile.

Gli stessi mezzi di informazione, eccetto quelli scientifici, tuttavia, trascurano l’effetto serra causato dal gas metano. Infatti, secondo un articolo della rivista Science-13 (Luglio 2018 -Vol 361, Issue 6398 – pp. 186-188, da https://www.science.org/) «Le emissioni di metano dalla catena di approvvigionamento di petrolio e gas naturale degli Stati Uniti sono state stimate utilizzando misurazioni a terra su scala di impianto e convalidate con osservazioni di aerei in aree che rappresentano circa il 30% della produzione di gas degli Stati Uniti. Quando viene ampliata a livello nazionale, la nostra stima basata sulle strutture delle emissioni della catena di approvvigionamento del 2015 è di 13 ± 2 teragrammi all’anno (1 teragrammo è pari ad un miliardo di chilogrammi), equivalente al 2,3% della produzione lorda di gas degli Stati Uniti. Questo valore è circa il 60% superiore alla stima dell’inventario dell’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti,[…]. Le emissioni di metano di questa entità, per unità di gas naturale consumato, producono una radiazione nell’arco temporale di 20 anni paragonabile alla CO2 della combustione del gas naturale. […] Quantità considerevoli del metano fuoriescono dalla catena di approvvigionamento di petrolio e gas naturale degli Stati Uniti. Alvarez (et al.) ha valutato l’entità di questa perdita e ha scoperto che nel 2015 le emissioni della catena di approvvigionamento erano 60% superiori alla stima dell’inventario dell’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti. … ».

Il metano, principale componente del gas naturale,  esercita un elevato effetto serra – circa il 18% dell’aumento che, in termini di riscaldamento dell’atmosfera, è 80 volte più elevato di quello prodotto dall’anidride carbonica nei primi 20 anni dopo l’emissione.  A differenza dell’anidride carbonica che, come già detto precedentemente, in parte si scioglie negli oceani e in parte viene captata dalle piante grazie alla fotosintesi clorofilliana, il metano rimane nell’atmosfera per sempre. Si calcola che le  emissioni mondiali di metano nell’atmosfera – circa il 70% – abbiano origine umana, le cui cause sono diverse: – perdite dovute all’estrazione e al trasporto, – decomposizione anaerobica sia dei rifiuti urbani nelle discariche sia delle biomasse, – terreni agricoli e allevamento del bestiame ruminante (per fermentazione enterica), – fusione del permafrost polare artico dove questo gas, assieme a CO2, bloccato sotto forma di clatrato, viene liberato.

Francesco Giuliano


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Giuliano Francesco, siciliano d’origine ma latinense d’adozione, ha una laurea magistrale in Chimica conseguita all’Università di Catania dopo la maturità classica presso il Liceo Gorgia di Lentini. Già docente di Chimica e Tecnologie Chimiche negli istituti statali, Supervisore di tirocinio e docente a contratto di Didattica della chimica presso la SSIS dell’Università RomaTre, cogliendo i “difetti” della scuola italiana, si fa fautore della Terza cultura, movimento internazionale che tende ad unificare la cultura umanistica con quella scientifica. È autore di diversi romanzi: I sassi di Kasmenai (Ed. Il foglio,2008), Come fumo nell’aria (Prospettiva ed.,2010), Il cercatore di tramonti (Ed. Il foglio,2011), L’intrepido alchimista (romanzo storico - Sensoinverso ed.,2014), Sulle ali dell’immaginazione (NarrativAracne, 2016, per il quale ottiene il Premio Internazionale Magna Grecia 2017), La ricerca (NarrativAracne – ContempoRagni,2018), Sul sentiero dell’origano selvatico (NarrativAracne – Ragno Riflesso, 2020). È anche autore di libri di poesie: M’accorsi d’amarti (2014), Quando bellezza m’appare (2015), Ragione e Sentimento (2016), Voglio lasciare traccia (2017), Tra albori e crepuscoli (2018), Parlar vorrei con te (2019), Migra il pensiero mio (2020), selezionati ed editi tutti dalla Libreria Editrice Urso. Pubblica recensioni di film e articoli scientifici in riviste cartacee CnS-La Chimica nella Scuola (SCI), in la Chimica e l’Industria (SCI) e in Scienze e Ricerche (A. I. L.). Membro del Comitato Scientifico del Primo Premio Nazionale di Editoria Universitaria, è anche componente della Giuria di Sala del Premio Nazionale di Divulgazione Scientifica 2018 e 2019/Giacarlo Dosi. Ha ricevuto il Premio Internazionale Magna Grecia 2017 (Letteratura scientifica) per il romanzo Sulle ali dell’immaginazione, Aracne – NarrativAracne (2016).