Anidride carbonica e surriscaldamento globale? È colpa della meccanica quantistica
Un nuovo studio mette in evidenza come la risonanza di Fermi nella molecola di CO2 aumenti di molto il suo forzante radiativo
Il carbonio è un elemento chimico affascinante: da un lato è alla base dell’esistenza di tutte le forme di vita sulla Terra, dall’altro ne minaccia pesantemente l’estinzione, essendo (in combinazione con l’ossigeno) uno dei responsabili principali dell’effetto serra, che provoca il surriscaldamento globale.
La scoperta di quest’ultima “abilità” del carbonio la si deve a una delle tante scienziate tristemente (semi-)dimenticate dalla storia, l’americana Eunice Foote, che nel 1856 capì che la piccola, trasparente molecola dell’anidride carbonica (CO2) era in grado di assorbire molto efficacemente il calore.
Ora, a distanza di oltre 160 anni, un gruppo di ricercatori delle università di Harvard e Reading rende finalmente giustizia agli studi della collega, aggiungendo un nuovo, importante capitolo alla storia della CO2.
Pare, infatti, che il motivo per cui l’anidride carbonica sia così “brava” a catturare il calore dipenda dal modo in cui tale molecola vibra mentre assorbe la radiazione infrarossa proveniente dal Sole.
Oscillazione molecolare e risonanza di Fermi
Quando le molecole di CO2 (un atomo di carbonio affiancato da due atomi di ossigeno) vengono colpite da raggi di luce a una certa lunghezza d’onda, esse non oscillano in maniera unitaria come si potrebbe pensare.
Infatti, come si può vedere nel diagramma sottostante, i due atomi d’ossigeno possono venire “stiracchiati” verso l’esterno, con quello di carbonio che li segue o meno (modalità V3 o V1, rispettivamente), oppure l’atomo di carbonio può ruotare attorno all’asse principale della molecola, curvandolo (modalità V2l).
Ora, un allineamento fortuito in due di queste modalità (V1 e V2) crea nelle molecole di anidride carbonica una sorta di “ronzio quantistico”, detto risonanza di Fermi, che fa vibrare ulteriormente le molecole.
Graficamente, tale risonanza può essere paragonata a un pendolo costituito da due pesi connessi alla stessa corda (vedi immagine sotto): quando i pesi oscillano, fanno in modo da incrementare l’ampiezza dei rispettivi movimenti.
Forzante radiativo e surriscaldamento globale
Il risultato di tutto ciò? Come descritto nel nuovo studio degli scienziati planetari Robin Wordsworth e Jacob T. Seeley e del climatologo Keith Shine, l’intervallo di radiazione luminosa che viene assorbito dalla CO2 si allarga, aumentando di conseguenza il suo effetto di surriscaldamento (detto forzante radiativo).
E non stiamo parlando di un piccolo incremento: secondo altri studi recenti, la risonanza di Fermi contribuisce circa alla metà del forzante radiativo totale dell’anidride carbonica!
Oltre a fornire un’ulteriore spiegazione, semmai ve ne fosse bisogno, di come la CO2 contribuisca al surriscaldamento globale, le equazioni di Wordsworth e colleghi potrebbero anche aiutare a stimare il potenziale di surriscaldamento delle varie miscele di gas serra rilevate su altri pianeti.
A onore del vero, bisogna qui sottolineare che i calcoli dei ricercatori non includono sovrapposizioni tra gli effetti dell’anidride carbonica e di altri gas serra (come il metano) o quelli delle nuvole (che parimenti riflettono la luce solare), quindi potrebbero essere necessari degli aggiustamenti.
Comunque sia, è affascinante immaginare come piccole differenze nella struttura quantistica della CO2 potrebbero modificare o addirittura inibire la risonanza di Fermi, il che renderebbe l’evoluzione climatica passata e futura del nostro pianeta decisamente diversa.
Grazie per aver incluso i due "disegnini". Decisamente più facile da capire graficamente :)