Il referendum del 17 aprile 2016: (3 parte) clima ed energia.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

I precedenti post di questa serie sono pubblicati qui e qui

a cura di Claudio Della Volpe

Quasi per caso, ma forse non del tutto per caso, alcune notizie relative al clima terrestre degli ultimi giorni rinforzano i ragionamenti di chi vorrebbe votare SI.

La NASA ha pubblicato i dati riguardanti l’anomalia termica di febbraio 2016 e questa anomalia è la più alta mai misurata finora (punto vuoto in alto a destra nel grafico sotto).

         anomaliatermica

Nel grafico vedete i valori dell’anomalia termica che è la differenza fra i valori medi del mese considerato e quelli della media per il medesimo mese del periodo di controllo scelto qui come 1951-80, riferiti alla media delle stazioni terra+oceano (il metodo preciso è indicato qui).

Dal grafico (in cui i valori dei 12 mesi per un certo anno hanno tutti la medesima ascissa) si vede bene che mesi come gennaio o febbraio, i mesi invernali per eccellenza nell’emisfero Nord (punti rossi e vuoti) sono gli estremi dell’insieme dei valori sia un senso che nell’altro; la spiegazione potrebbe essere connessa al maggior ruolo dell’emisfero nord, che contiene la maggior parte delle terre emerse, nell’incremento di temperatura (l’Oceano ha una capacità termica superiore e sta funzionando da scudo, per cui il comportamento delle terre emerse domina i picchi estremi); l’Oceano ci sta difendendo sia assorbendo una quantità enorme di CO2 ed acidificandosi che assorbendo il grosso dell’incremento termico; visto il suo lento tempo di ricambio stimabile in circa 10.000 anni questo rallenta il riscaldamento; l’Oceano profondo non si è ancora “accorto” di cosa succede in superficie.

In particolare gli ultimi 5 punti sulla destra che coprono i mesi da ottobre 2015 a febbraio 2016 sono indicati in alto a destra e per la prima volta da quando si fanno misure, e sicuramente per gli ultimi 136 anni, sono tutti consecutivamente crescenti e superiori al grado centigrado, un indice terribile e tragico insieme del riscaldamento in corso.

Il limite di 1.5°C indicato come estremo del grafico non deve essere confuso con il valore usato come limite sperabile a COP21, perchè in quel caso si tratta dell’anomalia media annua, non di quella mensile; “fortunatamente” tale anomalia annua è per ora a 0.87°C nel 2015, ma potrebbe superare il limite di 1°C quest’anno.

nasaclima

Il nostro paese che si trova alla latitudine media di 40° Nord è nella zona in cui l’effetto crescente del riscaldamento si fa sentire; spostandosi verso Nord nel nostro emisfero le anomalie termiche si incrementano in modo massivo, raggiungendo il valore estremo nella zona polare, dove è in corso la fusione dei ghiacci una volta definiti “eterni”.

Da quando si raccolgono misure, circa la fine del ‘700, la temperatura media italiana è cresciuta in modo considerevole.

cnrisac

Dati ISAC-CNR

Anche qui non confondete il valore dell’anomalia termica italiana con quel limite di 1.5°C che è ragionevole su scala planetaria (mix di terra e oceano). Si tratta comunque di un valore molto alto che cresce andando verso Nord; in Finlandia l’anomalia termica è di quasi 3°C e l’Artico questo inverno ha avuto una anomalia termica di oltre 10°C.

planisfero

Questa situazione è ormai ben conosciuta a livello mondiale e COP21 la conferenza mondiale sui cambiamenti climatici tenutasi a Dicembre 2015 a Parigi ha concluso che occorre:

tenere l’incremento della temperatura media mondiale ben sotto i 2 gradi rispetto ai livelli pre-industriali e fare sforzi per limitare l’incremento della temperatura a 1.5 °C, riconoscendo che ciò ridurrebbe significativamente i rischi e gli impatti del cambiamento climatico”.

La riduzione minima nella produzione di CO2 per mantenere la temperatura nei limiti è stimata -8 GTonCO2 al 2020 e -11 nel 2030 rispetto agli attuali 35-40 Gton/anno, ossia attorno al 20%.

Questo dipende dal fatto che l’apporto umano di gas serra è considerato la causa principale dei cambiamenti climatici attuali.

Quale è la situazione mondiale del consumo energetico?

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Come vedete dal grafico nel tempo il gas ha iniziato a sostituire il petrolio e in parte il carbone il cui comportamento oscillante dipende dal fatto che nonostante l’inquinamento e i limiti tecnici ha un prezzo basso; ma il totale dei fossili domina l’orizzonte, costituendo grosso modo il 90% dell’energia primaria.

Il nostro paese si è impegnato come gli altri a fare questo: ridurre i livelli di emissione del 20% entro una quindicina di anni.

A causa della crisi economica e della modifica della sua struttura economica, da più manifatturiera a più terziaria, l’andamento dei consumi primari italiani ha avuto un picco nel 2005:

energyitalia

Grossolanamente siamo fra l’1 e il 2% del consumo mondiale quindi dobbiamo contribuire con una riduzione corrispondente fra 80 e 160Mton di CO2; attualmente ne produciamo circa 550-600.

Nonostante i successi ottenuti nello sviluppo di energie rinnovabili nuove come eolico e fotovoltaico che hanno raggiunto il 40% della percentuale di elettricità come vedete il valore complessivo sull’energia primaria ed inclusa la energia idroelettrica rimaniamo attorno ad un interessante 20% che ci colloca ai primi posti nello sviluppo delle rinnovabili, ma non ci elimina l’obbligo di ridurre la quota di gas serra. Purtroppo il nostro paese non ha un piano energetico nazionale degno di questo nome e non ha nessun progetto credibile per raggiungere gli obiettivi COP21.

La questione che si pone insomma non è come sostituire i fossili che non estrarremo con altri fossili, ma come sostituire quei fossili con energia rinnovabile.

Occorre dire che anche la nostra estrazione endogena di gas ha già piccato e in tempi non sospetti:

gasitalia

Perchè? Prima di tutto perchè il nostro gas è un gas non poco costoso rispetto al mercato medio e quindi non molto appetibile se non fosse per le basse royalties, molto basse ripetto a quelle medie internazionali.

Fra l’altro di fatto il 17 aprile spenderemo 350 milioni per decidere se circa 50 milioni all’anno di quelle royalties ci rimarranno o no.

Anche il trend di produzione delle specifiche zone estrattive soggette a referendum (una parte di quelle entro le 12 miglia come detto qui) è in riduzione da tempi non sospetti.

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Slide di Dario Faccini, Aspo Italia

Il referendum del 17 aprile diventa quindi una occasione, tutto sommato poco costosa di iniziare questo percorso obbligato e virtuoso verso il futuro. Concordo che non c’è un progetto razionale dietro, ma la voglia di cominciare a fare qualcosa, qualcosa che chi decide la politica energetica ancora non si decide a fare.

C’è un altro aspetto che occorre sottolineare:

gas4italia

Slides di Luca Pardi, Aspo Italia.

Le riserve italiane corrispondono a un consumo pari a 1-2 anni di consumi, e sono una quantità sostanzialmente irrisoria nel panorama mondiale; gli unici ad avvantaggiarsi dell’estrazione locale sono coloro che lo faranno alle condizioni favorevoli garantite dalle bassissime royalties italiche, un mero favore all’industria petrolifera.

Nel prossimo post parleremo degli aspetti lavorativi ed ambientali del referendum, che pur non essendo per quanto detto finora centrali sono da analizzare in qualche dettaglio.

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E’ APERTA LA RACCOLTA DI FIRME PER LA PETIZIONE ALLA IUPAC per dare il nome Levio ad uno dei 4 nuovi elementi:FIRMATE!

https://www.change.org/p/international-union-of-pure-and-applied-chemistry-giving-name-levium-to-one-of-the-4-new-chemical-elements

Morte e vita del carbone

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Giorgio Nebbia

La ruota smette di girare/il sole tramonta/con amarezza”.

Sono le prime righe di una poesia che lo scrittore inglese Ian Mcmillan ha scritto in occasione della chiusura, nei giorni scorsi, dell’ultima miniera sotterranea di carbone del Regno Unito, quella di Kellingley, nello Yorkshire, Inghilterra nord orientale. Finisce così un’era cominciata nel Medioevo quando si è scoperto che il carbone poteva sostituite il legname come fonte di calore, salvando così i boschi dalla distruzione. Il carbone è stato il motore della rivoluzione industriale in Inghilterra e poi in Germania, Francia e negli altri paesi europei e poi negli Stati Uniti.

In Inghilterra sono state fatte le principali scoperte che hanno spianato la strada al trionfo del carbone. Già nel Seicento si è visto che il carbone fossile, estratto dalle miniere, si prestava alla produzione di ferro e acciaio per trattamento del minerale molto meglio del carbone di legna, e nei primi anni del Settecento fu scoperto che risultati ancora migliori si potevano avere trasformando, per riscaldamento in camere di acciaio chiuse, il carbone fossile in carbone coke, più resistente alla pressione. Era così possibile costruire forni (gli altiforni) di maggiori dimensione e produrre ferro di migliore qualità e con minori costi. La chimica ha permesso poi di scoprire che i gas che si liberavano insieme al coke bruciavano con una fiamma luminosa; nei primi anni dell’Ottocento cominciava la diffusione delle lampade a gas e “la luce”, proprio quella alla cui celebrazione era stato dedicato l’anno che sta finendo, illuminava le strade, le case, le biblioteche, le fabbriche.

Miniera

Marcinelle, Le Bois du Cazier: un braccio delle miniere di carbon fossile

Una storia travagliata perché ben presto si è scoperto che la combustione del carbone era fonte di inquinamento, che l’estrazione del carbone dalle miniere sotterranee era accompagnata da crolli ed esplosioni e morti dei lavoratori, condannati ad una vita faticosa all’oscuro, in mezzo alle polveri. Le dure condizioni di lavoro e i miseri salari imposti dai primi spietati campioni del capitalismo spinsero i minatori a dar vita alle prime organizzazioni sindacali, a imparare parole come sciopero e lotte per nuovi diritti e dignità. Poche merci come il carbone hanno stimolato gli scrittori nella denuncia delle miserevoli, dolorose e pericolose condizioni di lavoro. Il libro “Il re carbone” (1917) del socialista americano Upton Sinclair (1878-1968) e i due romanzi “Le stelle stanno a guardare” (1935) e “La cittadella” (1937) del medico inglese Archibald Cronin (1896-1981) stimolarono le autorità per un maggior rigore nel controllo della sicurezza dei lavoratori delle miniere di carbone.

L’uso del carbone provocava la liberazione di polveri che si rivelarono mortali; l’esistenza degli idrocarburi aromatici policiclici cancerogeni fu scoperta cercando le cause del tumore che si manifestava negli operai delle cokerie e negli spazzacamini che venivano a contato con la fuliggine. D’altra parte il lavoro nelle miniere assicurava un salario alle famiglie più povere che lasciavano i campi alla ricerca di meno misere condizioni di vita. In questo mondo di contraddizioni il carbone continuava il suo cammino trionfale, estratto in quantità sempre maggiori al punto che l’economista inglese William Stanley Jevons (1835-1882) nel 1865 scrisse il libro “Il problema del carbone”, affermando che se fosse continuato lo sfruttamento delle miniere inglesi un giorno le riserve di carbone si sarebbero esaurite.

miniera

Le scoperte di altri giacimenti, a profondità sempre maggiori, ha permesso all’Inghilterra di continuare a estrarre carbone fino ad un picco di produzione di 290 milioni di tonnellate all’anno nel 1913. A partire dal 1950 comincia il declino del carbone inglese ed europeo non per l’esaurimento delle riserve ma per la comparsa di un invadente e aggressivo concorrente come fonte di energia, il petrolio. Fra le cause del declino del carbone c’è anche la difficoltà di trasporto; essendo un combustibile solido il carbone deve essere caricato su navi e treni carbone in maniera scomoda e costosa, mentre il petrolio che è un liquido e, ancora di più poi, il gas naturale, appunto un gas, possono essere trasportati mediante condotte o navi in modo molto meno costoso.

Benché l’Unione Europea sia nata nel 1950 come Comunità del carbone e dell’acciaio, il carbone europeo ha subito, nella seconda metà del Novecento, un continuo declino; le ferree leggi del libero mercato hanno portato alla progressiva chiusura delle miniere sotterranee in Belgio, Francia, Germania; in Inghilterra le prime drastiche chiusure si ebbero nel 1984 con il governo conservatore e l’ultima chiusura è delle settimane scorse. Una storia piena di luci e di ombre e non fa meraviglia che gli ultimi minatori abbiano salutato con malinconia la perdita del posto di lavoro che non era solo un salario, ma anche l’orgoglio di aver fatto la storia del mondo contemporaneo.

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Il carbone comunque non è scomparso dalla scena delle fonti di energia, con i suoi otto miliardi di tonnellate estratti nel mondo, quasi la metà in Cina, seguita da Stati Uniti, India, Australia, e tanti altri paesi che sul carbone basano il loro impetuoso successo economico; la Germania estrae carbone da miniere a cielo aperto. Le riserve di carbone e lignite nel mondo ammontano a circa mille miliardi di tonnellate; dal carbone dipende ancora gran parte della produzione di acciaio, di elettricità, di prodotti chimici. Con tutti i suoi limiti per motivi ambientali, il re non è morto.

Questo articolo è comparso anche su

La Gazzetta del Mezzogiorno, martedì 22 dicembre 2015

http://www.eddyburg.it/2015/12/in-morte-della-miniera.html

Confidenze e consigli di una top scientist.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Marco Taddia

Una intervista a Maria Cristina Facchini, scienziata del clima

FacchiniMariaCristina_115_153_80L’elenco dei “Top Italian Scientists” della VIA-Academy (http://www.topitalianscientists.org ), derivato da Add-on Firefox e Google Scholar database (soltanto h-index >30), è un indicatore importante e periodicamente aggiornato dell’interesse che il lavoro dei ricercatori italiani suscita nella comunità scientifica internazionale. Non mancano le donne, anzi fra le prime dieci ne compaiono tre, tutte per la fisica. La prima della serie (5° posto assoluto) è Angela Barbaro-Galtieri che però lavora negli U.S. A. La Dott.ssa Maria Cristina Facchini (ISAC CNR – Bologna) occupa il 76° posto, nell’area del clima. E’ un ottimo risultato e così, approfittando di un’antica famigliarità, mi sono permesso di rivolgerle alcune domande per il blog della SCI.

Maria Cristina, anche se gli indicatori bibliografici non costituiscono criteri assoluti per esprimere il valore professionale di un ricercatore, il posto che ti sei guadagnata fra i primi 100 “Top Italian Scientists” non è cosa da poco. Che effetto ti fa?

Dal punto di vista personale sono molto orgogliosa perché ho sempre creduto nell’ enorme potenzialità di coniugare competenze fisiche a competenze chimiche nel campo delle scienze atmosferiche, fino a farle diventare una disciplina unica. La direzione della ricerca internazionale mi ha dato ragione. E’ stata premiata la mia appartenenza ad una comunità internazionale molto vasta che ha lavorato e lavora anche oggi in grandi progetti Europei ed internazionali.

Le aree cui appartengono i “top scientists” sono soprattutto: medicina, fisica, biochimica, farmacologia, neuroscienze e astrofisica. Specialmente la medicina, nelle diverse specialità e campi applicativi e, subito dopo la fisica, hanno conquistato la maggior parte delle posizioni. Secondo te, per quali motivi le ricerche italiane in campo medico e fisico ottengono maggiori riconoscimenti internazionali?

Questi settori hanno una più lunga e prestigiosa tradizione in Italia rispetto ad altri ed hanno di conseguenza numero di ricercatori, infrastrutture, programmi di ricerca e conseguenti risorse molto maggiori. Per questo motivo, fare parte della prestigiosa lista di “top scientists” appartenendo ad una disciplina sviluppatasi di recente e che conta un numero di addetti ancora molto limitato è per me motivo di maggiore orgoglio.

L’area che ti qualifica è quella del clima. Il fatto che, come chimico, ti occupi a fondo del clima, ossia un tema di enorme attualità, pensi che abbia influito a destare tanto interesse verso le tue pubblicazioni?

Il campo climatico ha indubbiamente avuto una grande esplosione negli ultimi due decenni e la mia carriera ha coinciso proprio con questa esplosione di interesse. Avere competenze di chimica (in particolare di chimica organica), ancora poco diffuse nell’ambito delle scienze atmosferiche, mi ha permesso di toccare ambiti inesplorati.   Sicuramente ho dovuto coltivare l’interdisciplinarietà, a volte ho avvertito con timore la “limitatezza” della mia formazione nell’esplorare i temi climatici.   Altre volte mi sono dovuta dimenticare di essere un chimico e studiando meteorologia, climatologia, modellistica, sono andata in crisi di identità: mi sono sentita incompetente non all’altezza… ma ora, guardando indietro, capisco che questa è stata una grande fortuna che ha stimolato molto la mia creatività scientifica.   Adesso preferisco definirmi uno scienziato dell’atmosfera e non un chimico dell’atmosfera, perché in queste nuove discipline chimica, fisica, matematica e biologia si sono fuse e non possono prescindere l’una dell’altra.

Per trovare qualcuno che compaia nell’area “chimica” vera e propria bisogna arrivare al 19° posto (Parrinello) poi, più oltre, seguono altri nomi noti a tutti (Balzani, Prato, Zecchina, Gatteschi, Adamo, Pacchioni ecc..). Forse la chimica “pura”, senza aggettivi, interessa meno di quella calata nei campi di studio che riguardano la salute dell’uomo e quella del Pianeta?

Credo sia più difficile fare nuove scoperte nei settori tradizionali della chimica dove la comunità scientifica è molto allargata. Sicuramente chi ha avuto la fortuna come me di innestare le proprie competenze in aree nuove e di grande interesse non solo scientifico ma anche sociale ne ha tratto vantaggio. La chimica è una disciplina ed un chimico tale rimane in qualsiasi ambito applichi le sue conoscenze. Mi piace far notare che i top scientists italiani che si occupano di clima sono solo quattro (due chimici, un fisico ed un agrario) e sono al loro interno molto interdisciplinari!

 

Veniamo ora a te e alla tua formazione. Che cosa ti ha spinto a scegliere il Corso di Laurea in Chimica? Quando ti sei laureata? Con quale tesi?

Ho scelto chimica quasi per caso, fino all’ultimo indecisa fra chimica ed astronomia provenendo da un liceo classico dove le materie scientifiche erano limitatamente approfondite . Mi sono laureata nel 1985 con una tesi in chimica analitica su composti organici in goccioline di nebbia. Ricordo di averla scelta perché l’idea di studiare i processi che avvengono nelle nubi (la nebbia è una nube al suolo) mi pareva si coniugasse meglio con il fascino che il cielo ha sempre esercitato su di me e fosse un modo di ricongiungermi alle mie antiche “aspirazioni astronomiche”.

Hai qualche ricordo curioso delle tue prime esperienze di laboratorio?

Sì, ricordo quanto mi piaceva smontare e rimontare l’HPLC del laboratorio di analitica e quando, in assenza del mio Relatore, Prof. Chiavari, che per alcuni mesi si recò in Somalia, chiedevo consigli a te che ti trovavi nel laboratorio di fronte al mio o al Prof. Tagliavini, al piano di sopra a chimica organica o al Direttore del Corso di Laurea, Prof. Ripamonti. Credo di aver imparato molto in quel periodo e di aver sempre recepito l’entusiasmo per la ricerca.

Dopo la laurea che posizioni hai ricoperto?

Sono stata per un lungo periodo (6 anni) precaria al CNR nell’Istituto di Fisica dell’Atmosfera. Poi disperata me ne sono andata dopo aver vinto un posto ad ARPA. Lì ho rimpianto per quattro lunghi anni il mondo della ricerca continuando a lavorare a pubblicando. Poi finalmente è uscito il primo e unico concorso al CNR dove si richiedevano competenze di Chimica dell’Atmosfera: l’ho vinto alla veneranda eta’ (allora, non al giorno d’oggi!) di 36 anni.

Hai avuto incarichi internazionali?

Si ho ricoperto vari incarichi internazionali: mi piace qui ricordarne uno perché mi ha riportato al mio Istituto di Chimica di Bologna . Due anni fa sono stata nominata in una commissione per selezionare il miglior Mentore Italiano, un premio assegnato dalla Rivista Nature in un paese ogni anno diverso. Ho avuto l’onore di premiare un mio adorato insegnante, il Prof. Balzani, che mi ha trasmesso tanto entusiasmo per la chimica. Questa opportunità mi ha riempito di gioia e di un senso di orgogliosa appartenenza ad una eccellenza del mondo accademico italiano, la Scuola di Chimica dell’Istituto Ciamician di Bologna.

Quali sono state le più importanti soddisfazioni della tua vita professionale?

Sicuramente due pubblicazioni, entrambe sulla rivista Nature, dove ho collegato le proprietà della materia organica presente nelle particelle di aerosol atmosferico alla microfisica delle nubi ed ai cambiamenti climatici. Quelli sono stati anni bellissimi in cui ho ricevuto fondi europei per continuare tali ricerche che hanno fatto la mia fortuna scientifica…. e pensare che entrambe le pubblicazioni sono nate da esplorazioni dettate da curiosità, al di fuori dei progetti finanziati!

Attualmente di che cosa ti occupi in maniera specifica?

Mi occupo di cambiamenti della composizione dell’atmosfera prodotti dalle attività umane, in particolare di aerosol organici e della loro interazione con l’acqua atmosferica (nubi, foschie, precipitazioni ). Ad esempio, studio gli aerosol naturali prodotti dal mare o dalle foreste per capire i cambiamenti che essi stanno subendo a contatto con sostanze emesse dalle attività antropiche e come questo modifica le loro proprietà climatiche (diffusione ed assorbimento della radiazione, processi di formazione di nubi).

Un paio d’anni fa ho letto sul web journal “Scienza in Rete” un tuo articolo dal titolo categorico: “Il clima cambia ed è colpa dell’uomo”. Sei ancora convinta che sia così?

Ne sono sempre più convinta, particolarmente dopo avere partecipato con altri 600 scienziati alla stesura del recente 5° Rapporto dell’IPCC, l’organismo delle Nazioni Unite che si occupa dello stato del clima della Terra. Spero che oggi possano convincersene tutti gli abitanti del Pianeta Terra!

Che cosa si dovrebbe fare?

Si dovrebbe abbandonare l’uso di combustibili fossili e dirigersi verso un uso integrale delle energie rinnovabili. Le tecnologie esistono, il resto è solo una questione di decisioni di politica economica. Credo che compito della mia generazione di scienziati sia chiarire ai cittadini che né il petrolio né i gas combustibili sono indispensabili per assicurare la crescita economica ma, al contrario, le energie rinnovabili sono la vera opportunità per le generazioni future.

Finiamo con una domanda personale che forse vorrebbero rivolgerti le studentesse che seguono il blog. Hai trovato particolari ostacoli, in quanto donna, nello sviluppo della tua carriera? Come sei riuscita a conciliare le esigenze della famiglia e quelle del lavoro?

All’inizio della mia carriera ho trovato qualche difficoltà a muovermi in un mondo allora prettamente maschile ma ora, fortunatamente, il panorama è molto mutato. Non ho una ricetta, solo alcuni componenti: un marito che mi ha sostenuto e mi ha aiutato a non soccombere ai sensi di colpa della “mamma Italiana” che abbandona la sua creatura al papà e alle baby sitters, una buona dose di entusiasmo e di autostima, mai rinunciare alla propria femminilità e…un po’ di fortuna, senza falsa modestia!

Hai qualche consiglio da dare a chi vorrebbe intraprendere la carriera del ricercatore?

Scegliere ciò che ci piace e ci incuriosisce, non stancarsi di studiare la propria materia ma continuare a leggere di tutto, giornali, romanzi d’amore, trattati di filosofia, qualsiasi cosa che ci lasci attaccati al nostro mondo. Credo sia importante non perdere la dimensione della nostra missione sociale, portare la scienza ad ausilio della società… e non smettere di voler comunicare la bellezza di questo lavoro a chi è giovane o a chi non ha avuto la fortuna di poterlo fare.

Grazie, Maria Cristina, per la cortese disponibilità. Buon 8 Marzo e buon proseguimento!

2014: più CO2, più caldo. Più chimica.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di C. Della Volpe

Ormai i conti sono stati fatti praticamente da tutte le organizzazioni internazionali di clima e meteorologia e il risultato è univoco: il 2014 è stato l’anno in cui la temperatura media del pianeta Terra è stata la più alta da quando si fanno le misurazioni.

In effetti occorre precisare che non c’è accordo sulla definizione di temperatura media aria-superficie (http://data.giss.nasa.gov/gistemp/abs_temp.html oppure https://www2.ucar.edu/climate/faq/what-average-global-temperature-now) e, anzi, dato che tale grandezza risulta concettualmente utile, ma concretamente difficile da usare, si preferisce usare il concetto di anomalia media della temperatura, ossia si misura la differenza di temperatura di una certa stazione rispetto ad un momento di riferimento e poi si fa la media di tali differenze fra tutte le stazioni di un certo insieme, cercando di pesare anche ogni stazione dato che la superficie terrestre non è coperta omogeneamente.

Si seguono quindi le variazioni della temperatura più che i suoi valori assoluti. Questa anomalia, questa differenza media risulta molto ben correlata anche fra stazioni meteo molto lontane.

Di solito si usa come campo dati quelli dal 1880 ad oggi e la anomalia medesima viene riferita ad una media; in concreto rispetto al valor medio del XX secolo la temperatura del 2014 è stata più alta di 0.69±0.09°C, o ancora tale è stato il valore medio della anomalia.

2014.1

Come si vede dal grafico la temperatura delle terre emerse si è incrementata notevolmente più di quella degli oceani, che stanno funzionando da termostato planetario. La temperatura delle terre emerse si è ormai incrementata di quasi un grado rispetto alla media del XX secolo, e come vedremo poi in alcuni paesi, fra cui il nostro, l’incremento medio della temperatura rispetto al XIX secolo supera perfino i 2°C.

Gli ultimi anni sono stati densi di record di aumento delle temperature medie della Terra, come si vede da quest’altro grafico in cui si riportano i valori medi annui e le medie decennali.

2014.2

Come si vede non vi è stata alcuna “stasi” dell’incremento di temperatura su periodi di tempo di questa portata, portata decennale che è a sua volta inferiore a quella necessaria per stimare le variazioni climatiche (almeno trent’anni). Durante il 2014 per la prima volta da circa 3-4 milioni di anni il valore di concentrazione della CO2 in atmosfera è stato sopra 400ppm per oltre tre mesi (dati nel cerchio rosso), e la cosa si incrementerà certamente durante l’anno in corso.

2014.3

L’importanza della CO2 dipende dal suo essere un gas serra, ossia che assorbe l’emissione infrarossa del suolo riemettendola verso di esso e rallentando il raggiungimento dello stato stazionario di temperatura del pianeta (il che ne incrementa il valor medio). L’acqua, il metano, il protossido di azoto, sono altri gas serra; ma l’anidride carbonica, a causa della sua non condensabilità, del suo tempo di permanenza in atmosfera, del suo ruolo predominante nella stratosfera (il vapor d’acqua è sostanzialmente assente sopra la troposfera) gioca un ruolo determinante.

Purtuttavia non esiste una relazione “lineare” fra la concentrazione di CO2 e la temperatura media del pianeta, in quanto il sistema climatico è un sistema complesso e retroazionato, ossia che cerca di reagire agli stimoli mantenendo l’omeostasi, la stabilità; ma come succede al nostro corpo, che è anch’esso un sistema complesso e retroazionato, quando uno dei parametri biologici sfora i valori medi , anche piccoli disturbi possono avere effetti significativi; è il motivo per cui certe sostanze possono funzionare da “veleni”, ossia alterare il funzionamento globale, anche in piccola concentrazione.

Come diceva Paracelso:

« Tutto è veleno: nulla esiste di non velenoso. Solo la dose fa in modo che il veleno non faccia effetto. »
(Paracelso, Responsio ad quasdam accusationes & calumnias suorum aemulorum et obtrectatorum. Defensio III. Descriptionis & designationis nouorum Receptorum.)

In altre parole, la medesima preziosa CO2 che fa da scheletro alla fotosintesi e da supporto all’effetto serra benefico, diventa pericolosa per il sistema climatico sopra una certa soglia.

Per questo stesso motivo di non linearità, si verificano fenomeni apparentemente contraddittori; in passato, per esempio nel secondo dopoguerra, la concentrazione di CO2 è aumentata, ma la temperatura media è addirittura diminuita a causa del ruolo del microparticolato atmosferico emesso in grande quantità da combustibili fossili troppo ricchi di zolfo. Un ruolo importante gioca attualmente l’oceano come scudo termico che si sta molto lentamente scaldando (ed acidificando) e il ciclo delle oscillazioni climatiche come El Niño, il cui effetto può rallentare l’incremento di temperatura in modo significativo.

La relazione fra CO2 e temperatura media può essere meglio visualizzato riferendosi a tempi molto lunghi; dai dati estratti dalla composizione dei gas trattenuti nelle calotte glaciali, un ingegnere aerospaziale (quindi un non-climatologo, ma molto molto attento) Bernard Etkin, morto l’anno scorso, ha estratto il seguente grafico (che si riferisce alle temperature antartiche):

2014.4

Come si vede la relazione, pur caotica e non lineare, si è mantenuta per centinaia di migliaia di anni nella nuvola a sinistra (comprese le glaciazioni più recenti); ma durante il periodo industriale si è spostata verso destra.

Potete notare una cosa; la inclinazione relativa, ossia il rapporto fra concentrazione di CO2 e temperatura si è ridotta, spostandosi verso valori maggiori di CO2; in altre parole il sistema è effettivamente un sistema retroazionato e omeostatico, cerca “disperatamente” di mantenere la stabilità termica, ma si è comunque distaccato dall’attrattore sistemico che lo ha trattenuto per centinaia di migliaia di anni, avviandosi ad esplorare territori climatici inesplorati DA QUANDO ESISTE LA SPECIE UMANA!

E questo è il punto.

Ogni anno depositiamo in atmosfera una quantità di gas serra, e in particolare di CO2 che si incrementa a causa della combustione dei combustibili fossili che rappresentano la nostra principale sorgente di energia (alcune decine miliardi di tonnellate in più all’anno). Tali combustibili d’altronde non sono eterni, si riproducono ad una velocità migliaia di volte inferiore a quella con la quale li consumiamo e dovremo giocoforza sostituirli con altre fonti.

Dato che non esiste un pianeta di riferimento, una Terra alternativa in cui fare esperimenti , l’unico modo di fare previsioni è di costruire complessi programmi numerici basati sulle nostre conoscenze più recenti e provare a vedere cosa succederebbe alla temperatura “media” se… scegliamo un certo scenario; al momento stiamo procedendo lungo lo scenario peggiore, uno scenario in cui la nostra produzione di gas serra aumenta senza tema e con esso la temperatura media.

Tuttavia qualcosa sta cambiando, almeno nella coscienza del problema. Nel primo numero di Nature del 2015 (The geographical distribution of fossil fuels unused when limiting global warming to 2 °C, Nature 517, p. 187, 2015) Christophe McGlade e Paul Ekins dello UCL scrivono:

“…these results demonstrate that a stark transformation in our understanding of fossil fuel availability is necessary. Although there have previously been fears over the scarcity of fossil fuels, in a climate-constrained world this is no longer a relevant concern: large por- tions of the reserve base and an even greater proportion of the resource base should not be produced if the temperature rise is to remain below 2 °C.”

In sostanza essi dimostrano che dobbiamo lasciare sottoterra il grosso delle riserve fossili se vogliamo mantenere l’incremento di temperatura ormai inevitabile, sotto un limite accettabile per il nostro tipo di organizzazione produttiva e sociale.

Ma dato che noi siamo una società di “libero mercato”, una società di enormi differenze di ricchezza e di reddito, in cui una piccola percentuale di popolazione possiede il grosso del patrimonio (in Italia (dati Banchitalia) il 10% della popolazione possiede il 50% della ricchezza, nel mondo nel suo complesso è ancora peggio), e le maggiori concentrazioni di ricchezza sono proprio legate alla produzione e alla gestione dell’energia, senza la quale non si può fare letteralmente nulla, tali concentrazioni di potere e di ricchezza resistono a qualunque trasformazione.

In una recente lettera interna, il governatore della banca di Inghilterra, Mark Carney, (http://www.parliament.uk/documents/commons-committees/environmental-audit/Letter-from-Mark-Carney-on-Stranded-Assets.pdf) scrive:

2014.5

In pratica la Banca di Inghilterra, teme una “bolla del carbonio”, il fatto che diventino terra sporca le proprietà di riserve fossili mondiali con effetti travolgenti sul mercato finanziario e sull’economia mondiale.

E’ un timore fondato. Storiche famiglie di investitori del petrolio come i Rockfeller hanno abbandonato il settore. E lo stesso stanno facendo molte aziende come la tedesca E-On.

Il fatto è che in molti paesi, fra cui il nostro, le condizioni climatiche sono variate perfino più velocemente che altrove e la cosa è manifesta:

Variazione in falsi colori rispetto alla media mondiale 1951-1980.

2014.6

Decennio 1880-1889

2014.7

Decennio 2000-2009

2014.8

Come si vede l’emisfero Nord si è riscaldato molto più velocemente di quello Sud; la macchia fredda dell’emisfero Sud fra l’altro è dovuta verosimilmente alla fusione dei ghiacci antartici dell’Antartide Occidentale che procede ad un ritmo inaspettato. Secondo i dati meteo locali l’Italia ha visto un incremento dalla prima metà dell’800 di quasi 2.4°C (dati ISAC-CNR)!

2014.9

E ci sono paesi come la Finlandia dove l’incremento è arrivato a 2.8°C.

Ma nonostante questo, nonostante eventi travolgenti come le recentissime improvvise piene che hanno travolto per due volte di seguito la citta di Genova, il nostro governo insiste nella liberalizzazione delle misere risorse fossili del nostro mare e del nostro entroterra e taglia invece i contributi alle energie rinnovabili, che vanno si razionalizzati, ma non eliminati e non contrasta affatto la politica di conservazione dei profitti delle vetuste industrie energetiche basate sui fossili, che hanno fatto strame dei fondi pubblici tramite per esempio il famigerato CIP6.

Il 2015 è stato scelto dall’ONU come Anno internazionale della Luce e dalla luce del Sole viene alla Terra un contributo energetico che al momento è circa 10.000 volte superiore alle nostre necessità (200 volte sul territorio italiano); queste sorgenti sono le sorgenti del futuro e nel loro sviluppo la Chimica ha un ruolo enorme da giocare.

Noi chimici dobbiamo essere all’avanguardia in tema di lotta al surriscaldamento climatico, come in tema di lotta all’inquinamento ambientale e in tema di riciclo dei materiali; sono tre temi che si saldano tra loro.

La concezione di una Chimica che inevitabilmente porta all’inquinamento, di una tecnologia ed una scienza che non sono amiche dell’ambiente devono lasciare il posto ad una Chimica che invece di fare terra bruciata, invece di lasciare, come nel nostro paese, 10.000 kmq di territorio irreversibilmente inquinato si trasformi nella tecnologia principe del riciclo dei materiali, e diventi la scienza della trasformazione intelligente e della conservazione del pianeta.

I temi della ricerca che interessano la Chimica in questo frangente sono certamente: la riduzione dei costi di produzione dei generatori fotovoltaici tramite la messa a punto di nuovi materiali e processi, la invenzione e il perfezionamento di metodi di accumulo energetico efficaci (nuovi vettori energetici, nuovi materiali, nuovi dispositivi), sviluppo di nuovi materiali per i generatori eolici (superfici antighiaccio, materiali ultra resistenti e ultra leggeri per nuovi tipi di superfici aeronautiche), riduzione dei consumi energetici nel condizionamento degli edifici e nel trasporto di merci e persone, riciclo dei materiali industriali sia inorganici che organici, incremento di efficienza dei concimi sintetici e riciclo di N, P e K di produzione animale e dai terreni; recupero dei terreni inquinati; riduzione dei consumi di acqua e suo riciclo; recupero delle dead-zone oceaniche inquinate da P e N. Sicuramente ce ne sono molte altre.

Dobbiamo costruire l’idea che la Chimica può lasciare alle sue spalle, se applicata in modo razionale ed umano, un mondo altrettanto pulito di come lo ha trovato. Chimico non è una parolaccia.

Voi che ne dite?

Chimica delle radici ed altre storie.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Claudio Della Volpe

In un post recente avevo sottolineato l’importanza dei diversi meccanismi di retroazione nel controllo del clima; in particolare mi ero soffermato sul fatto che a diverse scale di tempo il loro ruolo può essere positivo o negativo, tendere cioè a destabilizzare o a stabilizzare la situazione esistente. Uno dei più importanti meccanismi di retroazione negativa sul lungo periodo è il cosiddetto “weathering dei silicati” ossia la dissoluzione, la erosione dei silicati ad opera dei vari meccanismi in azione in atmosfera e in biosfera (per esempio l’azione dell’acido carbonico ma anche degli acidi e delle sostanze con azione lisciviante e corrosiva  prodotti da organismi e microorganismi).

La degradazione dei silicati è un sistema complesso di reazioni che ha molteplici effetti fra i quali i più notevoli sono l’estrazione di alcuni ioni dalle rocce (il cosiddetto “meccanismo del caffè”) con la modifica della composizione delle acque superficiali, la formazione del terreno oppure la determinazione di colori dominanti del paesaggio tramite gli effetti delle reazioni che vi si verificano (vi siete mai chiesti per esempio perché i deserti abbiano una dominante rossa? Una risposta possibile è che abbiamo ad un certo punto subito un processo di lisciviazione della silice che lascia dietro di se maggiori quantità relative di ossidi di ferro, anche se credo che il meccanismo esatto possa essere più complesso).

fig7radici

uby.colorado.edu/~smyth/G1010/16Weathering.pdf

Dal punto di vista che mi interessa qui sottolineare il risultato complessivo di questi processi, che sono ripeto estremamente complessi ed affascinanti[si veda qui e qui], potrebbe essere descritto come l’assorbimento della CO2 atmosferica, qualcosa come**:

fig2radici

Una descrizione approfondita e per certi versi poetica di questa reazione e dei suoi effetti la potete trovare sul blog di un nostro collega di UniFi, Ugo Bardi, che penso sia conosciuto da molti di voi per i suoi libri sul petrolio e la ricerca minerale e per averci fatto conoscere il picco del petrolio e averci ricordato l’importanza di Limits to growth, (e non ultimo per aver fondato ASPO Italia); attualmente Ugo ha un blog molto bello che vi segnalo. Colgo anche l’occasione di ringraziarlo per quello che ho imparato da lui.

Ebbene in un lavoro recentissimo pubblicato su Geophysical Research Letters (Doughty, C. E., L. L. Taylor, C. A. J. Girardin, Y. Malhi, and D. J. Beerling (2014), Cenozoic global change possibly stabilized by montane forest root growth and soil organic layer depth, Geophys. Res. Lett., 41, doi:10.1002/ 2013GL058737.) che potete scaricare da http://www.yadvindermalhi.org/uploads/1/8/7/6/18767612/doughty_2014_montane_roots.pdf

Doughty e collaboratori hanno scoperto una cosa affascinante e che getta nuova luce sul ruolo delle foreste; avrete capito dai miei post che io sono affascinato dagli alberi come vi ho raccontato di recente (https://ilblogdellasci.wordpress.com/brevissime/grandi-alberi/), ma se mi seguirete fino alla fine ne sarete affascinati anche voi.

Dice Doughty:

Si crede che le radici degli alberi e I loro partners simbiotici fungini giochino un importante ruolo nella regolazione climatica a lungo termine, ma le retroazioni fra la temperatura globale e la erosione biotica non sono ancora state esplorate in dettaglio. Dati raccolti sul campo in una sezione di foresta che parte da 3000 m in Perù mostrano che la crescita delle radici più sottili diminuisce mentre lo spessore di frazione organica del suolo aumenta con la riduzione delle temperature che prevale a maggiore altezza. Noi facciamo l’ipotesi che questa osservazione possa suggerire una retroazione negativa: quando la temperatura globale aumenta lo strato più organico del suolo si contrae e un maggior numero di radici sottili aggrediscono lo strato minerale, accelerando così la erosione e riducendo la  CO2 atmosferica. Il nostro esame di questo fenomeno attraverso un modello di erosione biologica  mostra che questa retroazione negativa potrebbe aver contribuito a controllare il clima durante tutto il Cenozoico specie in occasione dei maggiori degassamenti vulcanici e degli eventi tettonici maggiori di emersione.

In pratica il meccanismo che viene illustrato dalla seguente immagine tratta dalla fig. 1  del lavoro di Doughty e collaboratori, potrebbe aver funzionato per tutto il Cenozoico, ossia per gli ultimi 65 milioni di anni, dopo la caduta del meteorite che distrusse il dominio dei dinosauri e aprì la strada a noi mammiferi, e ci avrebbe quindi accompagnato fin dalle nostre origini.

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In pratica le radici e le loro reazioni acide, tramite le quali esse aggrediscono la roccia e ne facilitano la trasformazione in suolo “organico” (ovviamente non in modo diretto ma facilitando attraverso la disgregazione della roccia un ambiente adatto alla esistenza di organismi e microorganismi) sarebbero parte di una sorta di gigantesco termostato planetario; pensate allora quale enorme danno abbiamo fatto al pianeta e alla biosfera tramite la indiscriminata distruzione della foresta attraverso secoli di sviluppo agricolo e industriale; abbiamo praticamente ridimensionato enormemente un meccanismo di controllo fondamentale senza sostituirlo con nient’altro.

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http://conservationreport.com/2009/02/24/deforestation-area-of-virgin-forest-from-1620-to-today/

Se le cose stanno così la sostituzione del ciclo agricolo a quello della foresta ha certamente messo in crisi il termostato da almeno 8-10.000 anni e la cosa si è aggravata negli ultimi 250 anni; certo oggi ce ne siamo accorti, ma ancora non abbiamo trovato un utile sostituto; pensate voi che l’uso dei concimi sintetici con tutto il ciclo della loro produzione possa sostituire un meccanismo così finemente cesellato?

Il rapporto fra suolo organico ed inorganico disegnato da questo complesso meccanismo, il ruolo di mediazione delle ife fungine, la simbiosi vegetale che si determina, potrebbe mai confrontarsi con la produzione di concimi che ha come solo obiettivo la crescita indiscriminata e il profitto crescente e come conseguenza un enorme consumo di energia con conseguente inquinamento da gas serra e sottoprodotti di scarto? In pratica abbiamo distrutto un termostato planetario e l’abbiamo sostituito (dato il consumo energetico e la conseguente massa di gas serra prodotti) con una stufa planetaria anche un po’ sporca, con lo scopo di dare supporto alla crescita di una sola specie, la nostra? Voi che ne dite?

Nota: dato che il metabolismo basale dell’uomo è di circa 100W, si può stimare che in un anno l’umanità dissipi a questo scopo almeno 2×1019J; il consumo energetico primario totale è dell’ordine di 50×1019J; da qui risulterebbe circa il 4% del totale dedicato al cibo, anzi considerando che una parte notevole viene direttamente dalla fotosintesi, la percentuale dovrebbe essere perfino di meno. Ma si stima che in realtà, in un paese avanzato come l’Italia,  circa il 15-18% dell’energia primaria sia devoluto a questo scopo, a causa dell’impatto dei metodi di produzione e conservazione, quindi molto di più; riflettiamoci. (http://www.fosan.it/articolo/108_lca_alimentazione_stima_del_consumo_energetico_la_produzione_il_trasporto_e_la_preparaz)

Dati analoghi potete trovare in questo grafico che dà alcuni confronti fra energia solare ed energia fossile immagazzinati in prodotti agricoli:

fig6radici

Per confronto (ed anche un po’ per provocazione lo confesso) si calcola che il 97% della biomassa totale dei vertebrati sia costituita da uomini e dagli animali che essi direttamente usano a qualunque scopo, alimentare o di compagnia. (Anthropology and Contemporary Human Problems, p. 24  John H. Bodley, 6 ed Altamira Press 2012)

Per approfondire:

** è da sottolinare per evitare incomprensioni specie con persone di estrazione geologica o geochimica che la formula CaSiO3 non indica qui necessariamente la wollanstonite ma un generico silicato, mentre la reazione indicata è la conseguenza NETTA di due processi distinti, uno di dissoluzione dei silicati con assorbimento di due molecole di CO2 ed uno di liberazione di UNA sola molecola di CO2 con la conseguenza che il processo corrisponde al riassorbimento netto di una molecola di CO2; la sequenza di reazioni, che fa parte del ciclo del carbonio sul lungo termine è indicata per esempio qui:

http://eo.ucar.edu/staff/dward/carbon/older%20carbon%20model%20stuff/long%20term%20carbon.pdf

fra gli altri (mi scuso per tutti quelli che non conosco) segnalo i magnifici appunti di geochimica applicata del collega Marini di UniGe.

http://www.dipteris.unige.it/geochimica/Pesto/marini.html

o le slides che potete trovare su: http://fenzi.dssg.unifi.it/dip/materiali/3101/

Il blog di Ugo Bardi mostra una specifica conferenza tenuta dal nostro collega, ma contiene molti altri articoli interessanti: http://ugobardi.blogspot.it/2012/07/la-grande-reazione-chimica-vita-e-morte.html