Nel contesto dell’emergente crisi climatica, una nuova scoperta nella fisica quantistica offre una spiegazione fondamentale dell’effetto serra dell’anidride carbonica, apportando una comprensione più profonda del cambiamento climatico che affligge il nostro pianeta.
Una vecchia conclusione
Nel 1896, Svante Arrhenius, un fisico svedese, fu il primo a scoprire il fenomeno dell’effetto serra, identificando che l’anidride carbonica (CO₂) è in grado di trattenere il calore all’interno dell’atmosfera terrestre. Questa intuizione ha rappresentato il punto di partenza per un vasto campo di studi sul clima. Le teorie di Arrhenius sono state successivamente confermate da modelli climatici sempre più sofisticati, che hanno dimostrato che un raddoppio della concentrazione di CO₂ potrebbe aumentare la temperatura globale tra 2 e 5 gradi Celsius. Tuttavia, il meccanismo fisico alla base di questo fenomeno è rimasto per lungo tempo un mistero.
Nel corso degli anni, la comprensione dell’effetto serra ha fatto passi da gigante. Joseph Fourier, un matematico e fisico francese, aveva intuito già nel 1824 che l’atmosfera terrestre agisce come uno strato isolante, impedendo il raffreddamento rapido del pianeta durante la notte. Successivamente, nel 1856, Eunice Foote, una scienziata americana, osservò che la CO₂ è particolarmente efficace nell’assorbire radiazioni, e il fisico irlandese John Tyndall quantificò la quantità di luce infrarossa assorbita dalla CO₂, confermando l’effetto descritto da Fourier e Arrhenius.
L’idea che la CO₂ possa trattenere il calore è simile a quella di aggiungere isolamento a una casa per mantenerla calda durante l’inverno. Arrhenius concluse che un aumento della CO₂ avrebbe portato a un riscaldamento globale, simile a come il calore di una caldaia viene trattenuto più a lungo in una casa ben isolata. Tuttavia, negli anni successivi, Knut Ångström, un fisico svedese, confutò parzialmente la teoria di Arrhenius, sostenendo che la CO₂ potesse assorbire solo una lunghezza d’onda specifica della radiazione infrarossa, limitando così l’effetto serra.
Ångström sostenne che, poiché c’era già abbastanza CO₂ per assorbire tutta la radiazione infrarossa emessa dalla Terra a 15 micron, ulteriori aumenti nella concentrazione di CO₂ non avrebbero avuto effetto. Tuttavia, Ångström non considerò che la CO₂ può assorbire radiazioni a lunghezze d’onda leggermente diverse da quella principale di 15 micron, sebbene con minore efficienza. Questo assorbimento parziale ha dimostrato di essere cruciale per la comprensione del cambiamento climatico.
Ritorno alle origini
Nonostante le critiche di Ångström, la teoria di Arrhenius è rimasta una base fondamentale per la scienza del clima. Tuttavia, il documento di Ångström gettò dubbi sufficienti da allontanare la discussione sul cambiamento climatico dal mainstream per circa cinquant’anni. Ancora oggi, alcuni scettici del cambiamento climatico citano erroneamente la teoria della “saturazione” di Ångström per mettere in dubbio l’effetto serra della CO₂.
L’era moderna della scienza del clima si è evoluta con modelli computazionali avanzati che cercano di catturare la complessità e il caos dell’atmosfera terrestre. Tuttavia, questa complessità ha reso più difficile per alcuni comprendere appieno come la concentrazione di CO₂ influenzi il clima globale. Recentemente, i ricercatori hanno cercato di semplificare questa comprensione, focalizzandosi su aspetti specifici dell’assorbimento della radiazione.
Un’importante domanda di ricerca era quella riguardante la “scala logaritmica” dell’effetto serra, ovvero l’aumento di temperatura di 2-5 gradi Celsius previsto per ogni raddoppio della CO₂. I ricercatori hanno scoperto che questa scala logaritmica deriva dalla forma dello spettro di assorbimento della CO₂, ovvero da come la molecola assorbe la luce a diverse lunghezze d’onda.
Nel 2022, un team di scienziati ha dimostrato che la scala logaritmica è direttamente collegata alla forma dello spettro di assorbimento della CO₂. Questo spettro mostra che la CO₂ assorbe la radiazione infrarossa a lunghezze d’onda leggermente superiori e inferiori ai 15 micron, ma con un’efficienza inferiore. La forma dello spettro di assorbimento determina come l’assorbimento della radiazione diminuisca gradualmente su entrambi i lati del picco a 15 micron, dando origine alla scala logaritmica dell’effetto serra.
Movimenti consequenziali
La nuova comprensione della struttura quantistica della CO₂ non solo conferma le intuizioni di Arrhenius, ma arricchisce anche la nostra conoscenza su come la CO₂ contribuisce al cambiamento climatico. La capacità della CO₂ di intrappolare il calore è legata alla sua struttura quantistica, che determina come la molecola interagisce con la radiazione infrarossa. Questa scoperta offre una spiegazione più dettagliata di come l’aumento della concentrazione di CO₂ in atmosfera possa amplificare l’effetto serra e contribuire al riscaldamento globale.
L’integrazione della fisica quantistica nella scienza del clima rappresenta un passo avanti significativo nella nostra comprensione del cambiamento climatico. Con questa nuova prospettiva, i modelli climatici possono essere ulteriormente affinati per prevedere con maggiore precisione gli impatti futuri del riscaldamento globale e per sviluppare strategie più efficaci per mitigare gli effetti del cambiamento climatico.
