Hai chiesto: come fa l'anidride carbonica ad arrivare così in alto nell'atmosfera?

Dal 21 al 27 settembre si terrà la Settimana del Clima a New York City. Unisciti a noi per una serie di eventi online e post di blog che trattano la crisi climatica e ci indirizzano all'azione. Questa settimana dedicheremo la nostra serie You Asked ad affrontare le domande dei lettori relative al cambiamento climatico.

La seguente domanda è stata posta da un lettore e la risposta arriva dallo scienziato del clima Ángel Muñoz.

Come fa la CO2 ad arrivare in alto nell'atmosfera? Con un peso specifico di circa 1,5, dovrebbe cadere sulla terra mentre si raffredda durante la risalita. Le compagnie aeree ci dicono che ci sono -40 gradi a 30.000 piedi. Allora perché o come avviene che parte della CO2 si fa strada nell'atmosfera superiore?

Ángel Muñoz è ricercatore associato presso l'Istituto internazionale di ricerca per il clima e la società e guida la componente latinoamericana del progetto Columbia World "Adattamento dell'agricoltura al clima oggi, per domani" (ACToday). È anche un devoto intenditore di vino ed è qui raffigurato con le viti Carménère in Cile.

L'anidride carbonica è un gas. La densità di un gas aumenta quando le temperature diventano più fredde. Quindi, poiché le temperature diminuiscono man mano che raggiungiamo altitudini più elevate, i gas diventano più densi ad altitudini più elevate. Gli oggetti più densi tendono ad affondare, trascinati verso il basso dalla gravità. (In effetti, la forza di gravità che attira le molecole di gas verso la superficie terrestre è ciò che mantiene la nostra atmosfera.) Gas diversi hanno anche pesi molecolari diversi. La CO2 è più pesante dell’ossigeno, quindi potremmo aspettarci che ogni molecola di CO2 affondi sotto uno strato di molecole di ossigeno. Generalizzando questa idea agli altri gas presenti nell'aria, potremmo dedurre che ciò comporterebbe un'atmosfera perfettamente stratificata con strati separati di ciascun tipo di gas.

Possiamo vedere un esempio di atmosfera stratificata all'interno di una bottiglia di vino. Quando la bottiglia è sigillata, l'aria tra la superficie del vino e il fondo del tappo contiene sia ossigeno che CO2. Poiché la CO2 è più pesante dell'ossigeno, la gravità costringe le molecole di CO2 a formare uno "strato" sotto le molecole di ossigeno, aiutando a separare il vino dall'ossigeno. Le proprietà desiderabili del vino, come il gusto e l'odore, iniziano a cambiare una volta che il liquido è completamente esposto all'ossigeno. Senza la stratificazione all'interno della bottiglia sigillata, non avremmo quel cuscino di CO2 per proteggere il vino dall'ossigeno, dando al vino non aperto una durata di conservazione molto più breve o addirittura trasformandolo in aceto nel tempo.

L'atmosfera terrestre non è come l'aria all'interno di una bottiglia di vino sigillata. I gas atmosferici sono ben miscelati, non stratificati. Ciò è dovuto alla forza di diffusione. Le molecole di gas vogliono muoversi e si espanderanno per riempire il volume in cui sono contenute. Confinati in un contenitore ermeticamente chiuso come una bottiglia di vino tappata a una temperatura costante di circa 52-57 gradi F, i gas non hanno spazio né abbastanza "eccitazione" per espandersi e muoversi. Si depositano in strati in base principalmente al loro peso molecolare. Tuttavia, l'atmosfera terrestre è molto più espansiva di una bottiglia di vino. La CO2 non si decompone fino a circa 80 chilometri dalla superficie terrestre, lasciando ai gas atmosferici un'enorme estensione da occupare. Eccitate dal calore che si irradia dal Sole nell'atmosfera, le molecole si muovono rapidamente. Quando si scontrano l’una con l’altra (ad esempio, a 63 gradi F, le molecole di CO2 si scontrano circa 7 miliardi di volte al secondo), le molecole di gas si mescolano, invece di depositarsi in strati stratificati. È principalmente la diffusione che consente alla CO2 di integrarsi ad altitudini superiori a quanto suggerirebbe il suo solo peso molecolare, sebbene siano coinvolti anche altri processi, come forti correnti d’aria ascendenti e discendenti.

Un disegno fatto a mano che spiega le diverse forze in azione in una bottiglia di vino rispetto all'atmosfera terrestre. Immagine: Ángel Muñoz

Allo stesso modo, dopo aver stappato la bottiglia di vino per la prima volta e averla portata dalla cantina a una temperatura ambiente più calda, i gas intrappolati diventano parte dell’atmosfera più ampia. Le molecole di gas si mescolano e, dopo che il sigillo del vuoto della bottiglia è stato rotto, sostituire il tappo significa che le molecole ben miscelate rimangono nella bottiglia una volta sostituito tu stesso il tappo. L'ossigeno è ora in grado di raggiungere il vino, provocandone infine il sapore "spento". Chiunque abbia aperto una bottiglia di vino per "lasciarla respirare" prima di berla sa che una certa quantità di ossigenazione può migliorare il gusto del vino, ma alla fine l'ossigenazione rovinerà quelle qualità desiderabili. Quindi, ricorda di consumare responsabilmente una bottiglia di vino entro pochi giorni per ottenere il miglior sapore. E ricordate che anche in un aereo a 30.000 piedi, le molecole di gas in una bottiglia di vino aperta si mescoleranno proprio come fanno nel resto dell’atmosfera!