Probabilmente a tutti è capitato di guardare l'Era Glaciale, un cartone animato divertente e piacevole; forse meno persone però hanno già potuto vedere il seguito: l'Era Glaciale 2 - Il disgelo. Anche questo è un cartone fantastico, mi ha fatto ridere dal primo all'ultimo minuto, ma mi ha fatto anche pensare. C'era un piccolo spaccato della realtà odierna, ed i riferimenti al caos climatico (tutti voluti) lasciano parecchi spunti di riflessione. La cosa importante è che questo simpatico lungometraggio riesce a dare una idea generica di un problema gigantesco, reso attuale solo negli ultimi anni dall'informazione che conta: il riscaldamento globale. Cos'è il riscaldamento globale? In questo scritto, frutto dei miei studi di chimica e del mio interesse per l'argomento, vorrei chiarire alcuni aspetti riguardanti il fenomeno dell'effetto serra, e capire come questo stia divenendo una piaga (non incurabile) che rischia di mandare in malora miliardi di anni di evoluzione. Suddividerò l'argomento in tre parti, per poter smaltire meglio la mole di informazioni richiesta per una accurata analisi del problema, tenendo conto anche delle opinioni contrarie delle persone che non parlano di catastrofe ambientale ma di normale ciclo vitale del nostro pianeta:

• Cos'è l'effetto serra?
• Soluzioni al problema: come la scienza ed il progresso possono aiutarci a risolvere la crisi ambientale
• Le opinioni contrarie ed il principo di precauzione ambientalista.

La Terra è un pianeta sul quale la nascita della vita è stata possibile grazie alla particolare coincidenza di svariati fattori, trai quali la temperatura ideale media di circa 15°C garantita dalla presenta dell'acqua e soprattutto da particolari elementi e molecole che compongono i vari strati dell'atmosfera terrestre. Il meccanismo con il quale le molecole assorbono una radiazione di una data energia, e quindi con una specifica frequenza e lunghezza d'onda, è ben esplicato dalle teorie della meccanica quantistica, che nel XX secolo (a comicinare dalla fine del XIX), grazie a Planck, De Broglie, Einstein e Schrödinger, ha posto la dualità onda-materia come principio assoluto per la fisica delle particelle. Ovviamente l'argomento esula dalla trattazione di questo scritto, ma in fondo è anche grazie al lavoro di questi scienziati che si possono comprendere i fenomeni attuali.
Grazie al principio della dualità onda-materia riusciamo a spiegare le modalità con le quali queste interazioni avvengono anche a livello atmosferico, e nello specifico è possibile capire come la nostra barriera protettiva reagisce all'attacco della luce solare. Queste molecole svolgono una doppia funzione:

• Protettiva (assorbimento UV)
• Conservativa (assorbimento IR)

Il Sole emette una radiazione assimilabile a quella di un corpo nero (per la fisica un corpo capace di assorbire, senza riflettere, radiazioni di qualsiasi lunghezza d'onda e di riemetterle), compresa tra l'infrarosso e l'ultravioletto. La funzione protettiva è svolta da quelle molecole che assorbono le pericolosissime radiazioni UV provenienti dal Sole, ovvero quelle radiazioni con lunghezza d'onda tra 10 e 380 nm, responsabili del cancro alla pelle, oltre che di altri danni gravi riguardanti altri settori come l'apparato visivo e il sistema immunitario. La successiva zona dello spettro è la regione del visibile (tra 400 e 800 nm circa), e questo tipo di radiazione attraversa completamente l'atmosfera terrestre arrivando fino alla crosta. Le radiazioni con lunghezza d'onda superiore a 780 nm ed inferiore a 1 mm (un milione di nanometri) vengono classificate conme radiazioni infrarosse, e sono responsabili di ciò che chiamiamo calore. Queste radiazioni vengono riemesse dalla Terra, in quanto anch'essa corpo caldo, e vengono assorbite dall'atmosfera, la quale le disperde nuovamente in tutte le direzioni, impedendo così che il calore venga dissipato: questo è ciò che viene definito effetto serra. Non tutte le molecole sono capaci di assorbire radiazioni nell'infrarosso, altrimenti avremmo sì un'atmosfera capace di mantenere il calore, ma che in sostanza "cucinerebbe" qualsiasi essere vivente e prosciugherebbe nel giro di anni tutta la massa acquosa; le molecole cosiddette "IR attive" sono quelle che presentano una variazione del momento di dipolo, una grandezza fisica correlata alla distribuzione della carica all'interno di una molecola poliatomica. La nostra atmosfera è composta principalmente da molecole biatomiche, come l'azoto e l'ossigeno, o da molecole altamente simmetriche, come il metano (anche se il CH₄ può contribuire in parte all'assorbimento IR, poichè, benchè simmetrico, possiede un modo vibrazionale di stretching di un legame C-H che altera il momento di dipolo della molecola, rendendola così IR attiva) o altri idrocarburi e molecole complesse, che non hanno un momento di dipolo; le specie responsabili della maggior parte dell'assorbimento nella regione dell'infrarosso sono l'anidride carbonica, CO₂, ed il vapore acqueo, H₂O. Il nostro pianeta, grazie all'attivita biologica, alla respirazione delle piante e dell'uomo, all'evaporazione delle acque, è sempre riuscito a mantenere un giusto bilanciamento nel rapporto anidride carbonica/aria e vapore acqueo/acqua, paramentro essenziale per il mantenimento del clima mite terrestre e condizione fondamentale per la vita. Facciamo un esempio pratico: poniamo che la Terra non sia in grado di trattenere nella propria atmosfera l'anidride carbonica ed il vapore acqueo. La conseguenza immediata sarebbe che tutto il calore irradiato dalla Terra si disperderebbe e non sarebbe rispedito indietro dai gas-serra, con conseguente abbassamento della temperatura fino al livello di solidificazione dell'acqua (che oltretutto diminuirebbe drasticamente in seguito all'evaporazione accentuata causata dalla mancanza di vapore acqueo in atmosfera), condizione che impedirebbe la vita e porterebbe il nostro pianeta nelle condizioni di Marte.
Dalla rivoluzione industriale in poi, le emissioni di anidride carbonica e metano, anch'esso come detto parzialmente responsabile dell'effetto serra, sono aumentate, andando a sommarsi alle normali emissioni naturali. Questo non sarebbe un problema, in quanto la natura vive su sottili equilibri e sulla capacità di adattarsi ad ogni cambiamento; infatti, per ogni minima variazione nella composizione dell'atmosfera, il pianeta risponde con manovre di assestamento, che lo portano nel giro di pochi decenni ad una nuova situazione di stabilità. Il vero problema nasce quando una causa esterna depaupera la Terra di quelle che sono le proprie risorse necessarie per rispondere alle variazioni climatiche e di composizione della propria atmosfera. Nel caso di un aumento di CO₂ il nostro pianeta risponderebbe con variazioni nel rapporto aria/anidiride carbonica nella respirazione delle piante, quindi una conseguenza visibile sarebbe (nel corso di svariati decenni ovviamente) l'aumento delle foreste e della vegetazione, capaci, nelle ore diurne, di consumare il diossido di carbonio. Tutto tornerebbe quasi alla normalità nel giro di poco tempo, ma probablimente Madre Natura non aveva previsto che una delle proprie creazioni avesse mire autolesioniste....
Cosa succede infatti se ricopriamo di asfalto le foreste? Cosa succede se impoveriamo la flora e la fauna marina? Cosa succede se le emissioni di gas-serra aumentano esponenzialmente nel corso degli anni? Succede che la Terra non ha più mezzi e tempi per rispondere. Succede che la Terra si riscaldi più del dovuto. L'effetto serra passa così dall'essere una funzione conservatrice della vita, all'essere un'arma distruttiva ed i cui effetti sono ancora difficilmente quantificabili.


Fonti:

www.pd.astro.it
www.wikipedia.org
Atkin's Physical Chemistry - Oxford Press