Il metano rema contro.

Claudio Della Volpe

Questo post esce in contemporanea sul blog di ASPO-Italia

Abbiamo ripetutamente discusso la questione se il metano sia o meno un vero aiuto per la transizione energetica a causa dei problemi climatici, ossia se tenuto conto di tutto il ciclo produttivo la sostituzione del metano a petrolio e carbone possa considerarsi un oggettivo passo avanti nella direzione della riduzione dell’effetto serra di origine antropica.

Vi ricordo qui alcuni post che ne parlavano:

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2017/06/09/la-pubblicita-di-eni-il-metano-ci-da-una-mano-o-no/

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2019/03/15/commenti-alla-proposta-di-piano-nazionale-integrato-per-lenergia-e-il-clima/

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2019/03/04/lambiente-al-portico-della-pace/

Ed abbiamo concluso che le cose non stanno così o almeno non in modo semplice ed automatico in quanto dato che il metano è di per se un gas serra molto più potente del diossido di carbonio specie su tempi brevi (oltre 80 volte nei primi 20 anni dalla dispersione) e dato che il ciclo produttivo complessivo si calcola ne perda in atmosfera il 2% (nella media mondiale), la sostituzione del metano al petrolio o perfino al carbone può rivelarsi inutile o controproducente; ha molto più senso sostituire direttamente alla generazione fossile una generazione rinnovabile dotata di accumulo.

Finora tuttavia mancava una analisi diretta degli effetti climatici della corsa verso il metano che si è scatenata da alcuni anni a questa parte, specie con il fracking, ossia con lo sfruttamento di quei giacimenti non tradizionali ma diffusi in alcune parti del mondo e che sono localizzati in modo tale che occorre rompere le rocce per estrarre il metano.

Un recente lavoro di R. Howarth pubblicato su Biogeosciences, una delle riviste internazionali più quotate (Biogeosciences, 16, 3033–3046, 2019 https://doi.org/10.5194/bg-16-3033-2019
) chiarisce la questione dell’effetto del metano derivante da attività estrattiva e più in generale dal ciclo produttivo globale, con conclusioni molto pesanti per questo tipo di attività.

Il lavoro è scaricabile da https://www.biogeosciences.net/16/3033/2019/

Come vedremo l’interesse nasce dalle conclusioni ma anche dai metodi sperimentali usati, legati alla analisi isotopica e dunque dalla individuazione dell’origine del metano un problema questo di cui ci siamo occupati altre volte.

Prima di tutto partiamo dai dati sperimentali, che erano già conosciuti da qualche anno e di cui si era tentata una analisi varie volte; sono riportati nel grafico qui sotto ed erano stati publicati in Schaefer, H., Mikaloff-Fletcher, S. E., Veidt, C., Lassey, K. R., Brailsford, G. W., Bromley, T. M., Dlubokencky, E. J., Michel, S. E., Miller, J. B., Levin, I., Lowe, D. C., Martin, R. J., Vaugn, B. H., and White, J. W. C.: A 21st century shift from fossil-fuel to biogenic methane emissions indicated by 13 CH4 , Science, 352, 80–84, https://doi.org/10.1126/science.aad2705, 2016.

(non scaricabile gratuitamente)

Nell’immagine qui sopra i dati di partenza; nel primo grafico la variazione della concentrazione atmosferica del metano che come si vede negli ultimi 35 anni è costantemente aumentata sia pure con un plateau fra 2000 e 2005. Tuttavia la cosa interessante e di cui parleremo oggi è il contrasto con la variazione della composizione isotopica del metano espressa dal secondo grafico nel medesimo periodo. Il grafico riposta in ordinata una quantità denominata δ13C che è definita come segue:

Ossia essa è il rapporto dei rapporti fra le moli dei due isotopi stabili del carbonio nel campione e in un campione standard, meno 1 e moltiplicata per 1000.

Il campione standard è quello di Belemnitella estratto da una specifica formazione geologica, scelto per la sua composizione estremamente ricca in 13C; questo standard si è consumato nel tempo ed è stato poi sostituito da altri ma conservando la continuità di misura.

Il rapporto a sinistra sarà di solito inferiore ad 1 ed avremo dunque di solito dei valori negativi, dell’ordine delle decine, che diventeranno meno negativi quando la frazione dell’isotopo 13 aumenterà rispetto al 12. Se testate un campione di Belemnitella ovviamente avrete numeratore e denominatore uguali con risultato zero. Dunque più negativo vuol dire più lontano dalla Belemnitella, ossia con meno 13C, mentre un valore positivo significherebbe con più 13C dello standard.

I due isotopi sono entrambi stabili (a differenza del 14C) e la differenza di composizione dipende da quello che i chimici chiamano effetto isotopico, ossia dato che i due atomi hanno masse atomiche diverse, il più leggero è anche il più veloce nelle reazioni; la differenza è di circa l’8% ed è dunque significativa.

Per esempio come già notato (in un commento) le piante C3 e C4 ossia le normali e le grasse hanno una composizione isotopica diversa con diverso δ13C. Il grafico seguente mostra il δ13C per diversi tipi di carbonio.

http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/CHEM2402/Crime/GC_IRMS.html

Nel caso della CO2 il δ13C varia regolarmente durante l’anno come mostrato nel grafico seguente che rappresenta i dati raccolti a Mauna Loa.

I combustibili fossili aggiungono all’atmosfera CO2 che contiene meno 13C. Questa aggiunta è maggiore della quantità di CO2 rimossa dalla biosfera. Il risultato è che il δ13C scende piano piano in corrispondenza dell’aumento di concentrazione della CO2.

L’analisi condotta sui dati del metano è sostanzialmente parallela, ma i valori sono più bassi ancora perché partono già da valori più bassi.

I dati del metano riportati nel grafico di Schaefer prima crescono con la quantità di metano, dunque il metano mentre aumenta in quantità si arricchisce dell’isotopo 13, poi invece dopo il plateau del 2000-2005 mentre il metano continua ad aumentare la quota di 13C diminuisce. Come mai?

I dati sono stati analizzati da almeno due lavori importanti nel 2016 uno pubblicato su Nature e l’altro su Science; quello su Nature è

Schwietzke, S., Sherwood, O. A., Bruhwiler, L. M. P., Miller, J. B., Etiiope, G., Dlugokencky, E. J., Michel, S. E., Arling, V. A., Vaughn, B. H., White, J. W. C., and Tans, P. P.: Upward revision of global fossil fuel methane emissions based on isotope database, Nature, 538, 88–91, https://doi.org/10.1038/nature19797, 2016.

mentre quello su Science lo abbiamo già citato prima.

Entrambi hanno concluso con riguardo al metano che “fossil- fuel emissions have likely decreased during this century and that biogenic emissions are the probable cause of any recent increase in global methane emissions.

Per comprendere bene la frase occorre rifarsi alla definizione delle tre principali componenti di metano emesso:

Biogenico: zone umide, risaie, mucche, discariche

Termogenico: derivante da componenti spontanee dei depositi di combustibili fossili oppure da esplorazione, produzione e attività di miniera.

Pirogenico: risultato di combustione incompleta di combustibili sia naturali che fossili e anche di biocombustibili.

Come si vede c’è un certo intreccio del ruolo antropogenico nelle varie componenti. Dunque la frase del lavoro citato NON esclude l’attività umana; tuttavia tutti e due i lavori non comprendono una analisi dettagliata delle componenti fossili che derivano dalle forme più recenti di estrazione, ossia lo shale gas e lo shale oil; definibili come quelle sorgenti fossili non tradizionali, che invece di essere intrappolate da una zona non pervia ma in ambiti porosi in cui fluiscono liberamente, sono intrappolate DENTRO la roccia e dunque occorre fratturare la roccia per estrarre sia il gas che il petrolio. In assenza di commenti sulla questione shale essi attribuiscono la riduzione dell’isotopo 13 a fonti biogeniche.

Howarth ha invece modellato esplicitamente il contributo del metano provenente dallo shale considerando la letteratura tecnica a riguardo ed inserendo in un modello più completo l’analisi delle emissioni.

Dalla tabella soprastante si vede che i δ13C dei fossili sono simili ma non identici (la punta indica la media). Un modello che consideri le quantità estratte di shale che hanno consentito all’industria estrattiva di superare i valori totali del passato consentono anche di calcolare il contributo a questa grandezza isotopica. E questo è il contenuto di calcolo modellistico del lavoro. Su questa base la conclusione è radicalmente diversa dagli altri due lavori:

We conclude that increased methane emissions from fossil fuels likely exceed those from biogenic sources over the past decade (since 2007). The increase in emissions from shale gas (perhaps in combination with those from shale oil) makes up more than half of the total increased fossil-fuel emissions. That is, the commercialization of shale gas and oil in the 21st century has dramatically increased global methane emissions.

Dunque Howarth dice: attenzione se includiamo le sorgenti shale e il loro contributo con ipotesi semplici ed essenziali la valutazione si rovescia: sono i nuovi fossili a far ridurre la concentrazione di isotopo 13.

Ci sono due considerazioni tecniche che si possono fare a partire da questa conclusione:

1) si parla spesso di “perdite” ma in realtà tali presunte perdite non sono fuggitive, ma rappresentano un modo di funzionare dell’industria estrattiva, di trasporto e di trattamento che sottovaluta questo problema e ci sarebbero in effetti le possibilità tecniche di modificare la situazione, ovviamente con un congruo aggravio dei costi che farebbero così evidenziare come in effetti l’EROEI di tali risorse è molto inferiore a quello stimato senza tali considerazioni. Perfino il semplice deposito di gas naturale può rivelarsi pericoloso climaticamente, come è avvenuto nel caso californiano di Aliso Canyon di cui abbiamo parlato sul blog.

2) nell’ottobre 2018 l’IPCC ha pubblicato un report legato alle conclusioni della COP21 di Parigi nel quale ha fra l’altro notato che il sistema climatico appare reagire più prontamente a riduzioni della componente metano rispetto alla componente CO2, e che tale fenomeno offre dunque la possibilità di avere effetti climatici più rapidi in entrambe le direzioni.

Sulla base dei calcoli di Howarth si può concludere che l’uso del metano non solo NON rappresenta quello che alcuni (compresa l’ENI e parecchi ambienti “ambientalisti”) ritengono, ossia un ponte verso le vere rinnovabili; al contrario l’uso del metano è un rischio ormai chiaro di peggiorare le cose e deve essere evitato con tutte le forze; ovviamente a partire dalla costruzione di inutili infrastrutture relative sia alla sua estrazione che al suo trasporto (come è il caso della TAP).

Scienziate che avrebbero potuto aspirare al Premio Nobel: Ellen Gleditsch (1879-1968)

Rinaldo Cervellati

Ellen Gleditsch è stata uno dei primi specialisti in radiochimica, misurò l’emivita del radio e confermò l’esistenza degli isotopi. Come esperta cristallografa, ha dato importanti contributi alla scienza nel laboratorio di Marie Skłodowska-Curie. Fu la seconda donna a occupare una cattedra universitaria in Norvegia.

Ellen nacque il 28 dicembre 1879 a Mandal (Norvegia), prima di 11 figli. Suo padre, un insegnante di storia naturale, e sua madre, intellettuale e sostenitrice dei diritti delle donne, fecero in modo che tutti i figli fossero impegnati in attività culturali e musicali oltre a frequentare la scuola regolare.

Una giovane Ellen Gleditsch

Fu la prima della classe alla scuola di farmacia nel 1902. Nel 1903, Gleditsch fu invitata a studiare nel laboratorio del chimico Eyvind Bødtker[1] all’Università di Oslo e presto divenne la sua assistente. Nel 1905 superò l’esame di ammissione all’università[2] ma su suggerimento e con il sostegno di Bødtker decise di proseguire gli studi a Parigi.

Nel 1907 iniziò a lavorare nel laboratorio di Marie Curie, già famosa avendo vinto il Premio Nobel per la fisica nel 1903 (insieme al marito Pierre Curie e a Henry Becquerel). Ellen si dimostrò una risorsa inestimabile per il laboratorio di Curie, eseguendo “cristallizzazioni frazionate”, una tecnica difficile in cui pochi scienziati erano competenti. Con questa tecnica Gleditsch riuscì a purificare il radio. Lavorò a stretto contatto con Curie per cinque anni analizzando minerali radioattivi alla ricerca di uranio e radio e, dopo aver lasciato il laboratorio, vi tornò più volte per supervisionare gli esperimenti. In questo periodo pubblica almeno cinque lavori [1-4].

Ellen conseguì la Licenciée en sciences degree (licenza in scienze) dalla Sorbona nel 1911 e nello stesso anno ottenne una borsa di studio presso l’Università di Oslo.

Ellen Gleditsch dottore in scienze

Dopo un anno nella capitale norvegese, vinse una borsa della American-Scandinavian Foundation (la prima borsa di studio assegnata a una donna) per studiare negli Stati Uniti, e colse al volo l’occasione. Fece domanda a due prestigiose scuole degli USA chiedendo di lavorare nei loro laboratori ma entrambe le domande furono rifiutate, in un caso su base di genere.

Nonostante fosse stata respinta, si recò all’Università di Yale, nel laboratorio di Bertram Boltwood[3] , dove trascorse un anno per completare le sue ricerche sul tempo di emivita del radio stabilendolo in 1686 anni [5], che è rimasto lo standard per molto tempo prima di essere corretto a 1620 anni.

La misurazione di Ellen ha aperto la strada a diverse importanti scoperte, poiché l’emivita del radio poteva essere utilizzata come parametro per lo studio della radiochimica di altri elementi. Gli scienziati che l’avevano rifiutata cambiarono idea sul fatto di avere donne nei loro laboratori. Nel giugno 1914, ricevette un dottorato onorario per il suo lavoro sulla radioattività dallo Smith College di Northampton, nel Massachusetts.

Ellen tornò all’Università di Oslo nel 1914 e nel 1917 divenne la seconda donna ad essere eletta all’Accademia delle Scienze di Oslo. Dodici anni più tardi, dopo un’ardua procedura di nomina, è diventata la seconda donna a ricoprire una cattedra universitaria in un’università norvegese (università di Oslo). A Oslo avviò con successo un gruppo di ricerca in radiochimica. Durante gli anni ’30, continuò a produrre articoli in inglese, francese, tedesco e norvegese. Nel 1939 è stata nominata membro del comitato internazionale per la cooperazione intellettuale, del quale aveva fatto parte Maria Curie alcuni anni prima.

Ellen Gleditsch in laboratorio

Sebbene il suo risultato scientifico più celebre sia stato la determinazione del tempo di emivita del radio, Gleditsch ha anche svolto un ruolo importante nel confermare l’esistenza degli isotopi. Quando nel 1913 il chimico britannico Frederick Soddy avanzò l’ipotesi che gli atomi di un elemento potevano avere pesi atomici[4] diversi, Ellen, insieme ad altri ricercatori, inviò un campione di piombo che aveva purificato a un importante scienziato negli Stati Uniti. Il suo campione era l’unico abbastanza puro da provare l’esistenza degli isotopi.

Fervente sostenitrice delle donne nella scienza per tutta la sua vita, è stata co-fondatrice della Norwegian Women Academics Association nel 1919 e, dal 1926 al 1929, ha ricoperto il ruolo di presidente della International Federation of University Women, posizione che le ha permesso di viaggiare e tenere conferenze.

Quando la Norvegia fu occupata durante la seconda guerra mondiale, nascose gli scienziati e continuò a usare la sua casa per gli esperimenti. Durante un’incursione nel suo laboratorio nel 1943, le scienziate riuscirono a nascondere i minerali radioattivi ma tutti gli uomini furono arrestati.

Si ritirò dall’università nel 1946 e iniziò a lavorare con l’UNESCO partecipando a iniziative per porre fine all’analfabetismo. Nel 1952 fu nominata alla commissione norvegese che lavorava per il controllo delle armi atomiche. Nello stesso anno si dimise dall’UNESCO per protesta contro l’ammissione della Spagna fascista di Francisco Franco.

Ellen Gleditsch in conferenza

Nel 1962, all’età di 83 anni, ricevette un dottorato onorario dalla Sorbona, la prima donna a ricevere un tale onore.

Ellen Gleditsch morì, stroncata da un ictus, il 5 giugno 1968. In suo onore è stata istituita la Ellen Gleditsch Scholarship Foundation con lo scopo di sostenere aspiranti scienziati.

Opere consultate

The gifted cristallographer. Epigenesys https://www.epigenesys.eu/en/science-and-you/women-in-science/773-ellen-gleditsch

Marelene F. Rayner-Canham, Geoffrey W. Rayner-Canham, A Devotion to Their Science: Pioneer Women of Radioactivity, Chemical Heritage Foundation, 1997, pp. 51-75 https://books.google.com.mx/books?id=YAbzjGWdIA0C&pg=PA73&lpg=PA73#v=onepage&q&f=false

  1. Lykknes, L. Kvittingen, A. K. Børresen, Appreciated Abroad, Depreciated at Home. The Career of a Radiochemist in Norway: Ellen Gleditsch (1879–1968)., 2004, 95, 576-609.

Bibliografia

[1] Mme Curie et Mlle Gleditsch, Action de l’émanation du radium sur les solutions des sels de cuivre., Radium, 1908, 5(8), 225-227 https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242300/document

[2] E. Gleditsch, Sur le radium et l’uranium contenus dans les mineraux radioactifs., Comptes Rendus, 1909, 148, 1451.

[3] E. Gleditsch, Ratio Between Uranium and Radium in the Radio-active Minerals., Comptes Rendus, 1909, 149, 267.

[4] E. Gleditsch, Sur les rapports entre l’uranium et le radium dans les mineraux radioactifs., Radium, 1911, 8(7), 256-273.

[5] E. Gleditsch, The life of Radium., American Journal of Science., 1916, 41, 112-124.

[1] Eyvind Bødtker (1867 – 1932) farmacista e chimico norvegese si è occupato principalmente di omologhi del benzene e di composti aliciclici. La maggior parte della sua carriera si è svolta all’università di Christiana dove è stato professore dal 1918.

[2] Il Matriculatium exam o Examen artium, corrispondeva all’esame di maturità di oggi, dopodiché gli alunni ricevevano il titolo di “studenti” poiché era anche il requisito per accedere all’università. Fino al 1923 questo esame non era tuttavia obbligatorio per gli studi di farmacia. Questo spiega perché Gleditsch aspettò fino al 1905 per iniziare i suoi studi universitari di chimica.

[3] Bertram Borden Boltwood (1870 – 1927), radiochimico statunitense stabilì che il piombo è il prodotto finale del decadimento dell’uranio. Professore alla Yale University.

[4] A quel tempo i chimici parlavano ancora in termini di peso. Di massa si cominciò a ragionare quando Francis Aston nel 1921 introdusse la whole-number rule, secondo cui le masse degli isotopi sono multipli interi della massa dell’atomo di idrogeno. A Francis Aston (1877-1945) fu assegnato il Premio Nobel per la chimica 1922 “per la sua scoperta, grazie all’utilizzo del suo spettrografo di massa, di isotopi di molti elementi non radioattivi e per la sua enunciazione della teoria del numero intero”. Volendo essere precisi, la massa di ciascun isotopo non è un intero causa il difetto di massa durante la sua formazione in cui si libera energia.

Scienziate che avrebbero potuto aspirare al Premio Nobel: Elizabeth Rona (1890-1981)

Rinaldo Cervellati

Elizabeth Rona è stata un chimico nucleare, una delle prime quattro persone a scoprire l’uso dei marcatori radioattivi in vari campi della scienza.

Elizabeth Rona nacque il 20 marzo 1890 a Budapest, in Ungheria, da Samuel Rona e Ida Mahler. Suo padre era un noto medico ebreo che installò uno dei primi schermografi a raggi X a Budapest e lavorò con i fondatori della terapia del radio al fine di introdurre questa tecnica anche in Ungheria. Elizabeth voleva diventare un medico come suo padre, ma Samuel credeva che sarebbe stato troppo difficile per una donna raggiungere questo traguardo. Stimolò comunque l’interesse della figlia per le scienze fin dalla giovane età, incoraggiandola a intraprendere studi universitari scientifici. Elizabeth si iscrisse quindi alla Faculty of Philosophy dell’Università di Budapest, studiando chimica, geochimica e fisica. Conseguì il dottorato di ricerca in chimica nel 1912, discutendo una tesi sulla cinetica della bromurazione degli alcooli primari, sotto la guida del Dr. Stefan Bugarszky, tesi che fu poi pubblicata con solo il suo nome [1].

Elizabeth Rona da giovane

Rona iniziò la sua formazione professionale nel 1912 al Kaiser Wilhelm Institute e all’istituto di Fisiologia Animale di Berlino studiando il comportamento dei lieviti come reagenti. Nell’ottobre 1913 si trasferì all’università di Karlsruhe con l’intenzione di lavorare con il noto chimico-fisico George Breding, ma fu consigliata di scegliere piuttosto Kasimir Fajans[1] che stava lavorando nel nuovo e eccitante campo della radioattività. Nel gruppo di Fajans fu benvenuta e trattata subito come qualsiasi altro membro del gruppo di ricerca. E’ del 1913 la scoperta di Fajans e del suo studente di dottorato Oswald Göhring del radionuclide di un nuovo elemento che fu poi chiamato protoattinio. Con Fajans, Rona ebbe un ottimo rapporto professionale e rimasero in corrispondenza costantemente. Per approfondire le conoscenze di radiochimica, Rona si recò, nell’estate 1914, all’University College di Londra, ma lo scoppio della prima Guerra Mondiale la costrinse a tornare in Ungheria. All’Istituto di Chimica dell’Università di Budapest completò una lunga ricerca sul radon, il gas nobile radioattivo emesso dal radio [2]. A quei tempi era tornato a Budapest anche George de Hevesy[2] che a Vienna aveva studiato (insieme a F. Paneth, 1887-1958) il radionuclide ThB[3] (oggi Pb-212) trovandolo identico al Pb-206-207-208, tranne che per la radioattività. Favorevolmente impressionato dal lavoro che Rona stava facendo sul radon, Havesy le chiese di verificare la scoperta di un nuovo elemento radioattivo, chiamato Uranio-Y (oggi Th-231), scoperto a Manchester, che Frederick Soddy[4] e A. Flecks non erano riusciti a confermare. Elizabeth seguì il consiglio di Hevesy e riuscì a separare U-Y da altri interferenti, dimostrando che si trattava di un emettitore β con un’emivita di 25 ore [3].

  1. Hahn e poi F.Soddy riverificarono il lavoro di Rona, da quel momento Elizabeth Rona non fu più “solo una giovane chimico”.[4]

Elizabeth Rona in laboratorio

Nelle discussioni con Hevesy, Rona introdusse per prima i termini “etichette isotopiche“ e “traccianti”, e nel lavoro citato in [3] notò che la velocità di diffusione dei nuclidi dipendeva dalla massa. Sebbene contenuta in una nota a piede di pagina questa osservazione è alla base dello sviluppo della tecnica di separazione con la spettrometria di massa, utilizzata anni dopo da altri scienziati [4]. Nel 1918 Hevesy lasciò Budapest, il suo posto fu affidato a Franz Tangl, noto biochimico e fisiologo dell’Università di Budapest che offrì a Rona una docenza. Insegnò quindi chimica a studenti selezionati che Tangl riteneva non avessero conoscenze sufficienti per seguire il suo corso. Rona divenne così la prima donna a insegnare chimica a livello universitario in Ungheria.

Dopo la fine della Grande Guerra, l’Ungheria attraversò un periodo di grande instabilità sociale e politica, Rona infine accettò l’invito di Otto Hahn a recarsi al Kaiser Wilhelm Institute dove collaborò a separare lo ionium (oggi noto come Th-230) [5]. Oltre alla sua competenza scientifica, Rona parlava correntemente inglese, francese, tedesco oltre ovviamente all’ungherese.

Dopo un breve ritorno in Ungheria, Rona si unì nel 1924 allo staff di Stefan Meyer[5] all’Istituto di Ricerca sul Radio di Vienna. Le sue ricerche a Vienna si focalizzarono sul polonio, come sorgente radioattiva alternativa al radio.

Nel 1926 si recò quindi a Parigi da Irène e Frederic Joliot-Curie[6] per studiare e impratichirsi delle tecniche di separazione degli isotopi del polonio. All’Istituto Curie, Rona sviluppò un metodo avanzato per la preparazione di sorgenti di polonio emittenti particelle α[7]. Riportò queste competenze all’Istituto di Ricerca di Vienna, insieme a una piccola sorgente molto concentrata di polonio. Ciò le permise di preparare esemplari di laboratorio di polonio, che furono usati in gran parte della ricerca successiva dell’Istituto.

Elizabeth Rona con  Berta Karlik, Elizabeth Kara-Michailova, e un’altra ricercatrice.

Le sue capacità la portarono a collaborare con diversi colleghi a Vienna, in particolare con Marietta Blau (1894-1970)[8] [6] e con Hans Pettersson[9]. Nel 1928, Pettersson le chiese di analizzare un campione di sedimento di fondo marino per determinarne il contenuto di radio. Dato che il laboratorio in cui lavorava era contaminato, Rona portò i campioni al laboratorio oceanografico della stazione di ricerca marina di Bornö in Svezia, che diventerà la sua destinazione di ricerca estiva per i successivi 12 anni, culminati nella raccolta dei risultati delle ricerche in un libro in collaborazione con altri componenti dell’Istituto di Vienna [7].

Le sue analisi con Berta Karlik[10] sulle emivite dell’uranio, del torio e dell’attinio fecero da apripista al metodo di datazione con radioisotopi [8]. A Rona e Karlik fu assegnato il premio Haitinger dell’Accademia Austriaca delle Scienze nel 1933, prime donne a ottenere questo prestigioso riconoscimento.

Nel 1934, Rona tornò a Parigi da Joliot-Curie, lo scopritore della radioattività artificiale. Si può quindi affermare che Elizabeth Rona fu pioniera nell’uso di isotopi radioattivi artificiali in medicina, così come lo era stata per quelli naturali [4].

L’anno seguente ritornò a Vienna per condividere ciò che aveva appreso con un gruppo di ricercatori fra i quali Pettersson e Ernst Føyn.[11] I loro studi si incentrarono sulla ricerca degli effetti causati dal bombardamento dei nuclei atomici con i neutroni. Nel 1932 il fisico inglese James Chadwick aveva fatto la scoperta sperimentale del neutrone, la particella neutra contenuta nel nucleo degli atomi, ipotizzata fin dal 1920. Fu presto scoperto che i nuclei di certi elementi bombardati con particelle α emettevano neutroni che a loro volta potevano essere usati come proiettili più efficaci delle particelle α.

Dopo l’annessione dell’Austria alla Germania nazista del 1938, Rona e Marietta Blau lasciarono l’Istituto di Ricerca sul Radio a causa delle loro origini ebraiche e della persecuzione antisemita che avevano subito in laboratorio. Rona tornò una prima volta a Budapest lavorando in un laboratorio industriale, ma nel giro di poco tempo il posto fu eliminato. Lavorò Dall’ottobre al dicembre 1938 in Svezia, quindi accettò un posto temporaneo per un anno all’Università di Oslo, che le era stato offerto da Ellen Gleditsch (v. nota 10). Al termine del suo anno a Oslo, Rona tornò in Ungheria dove fu chiamata a fare la preparatrice del radio per scopi medici al Radium-Cancer Hospital di Budapest.

Ma gli eventi della II Guerra Mondiale convinsero Rona a cercare di ottenere un visto per gli Stati Uniti. Con un visto turistico partì per gli USA all’inizio del 1941. Dopo un inizio molto incerto, incontrò, a un Convegno dell’American Physical Society, il fisico austriaco Karl Herzfeld[12], che la aiutò a farle avere un posto di insegnante al Trinity College di Washington, DC. Durante questo periodo, fu premiata con una borsa Carnegie per ricerche presso il Geophysical Laboratory del Carnegie Institute, lavorando sull’analisi dell’ acqua di mare e di sedimenti marini. Tra il 1941 e il 1942, ha condotto un lavoro alla Carnegie in collaborazione con l’Istituto oceanografico Woods Hole, misurando la quantità di radio nell’acqua di mare e nelle acque fluviali. Il suo studio, completato nel 1942, mostrò che il rapporto tra il radio e l’uranio era più basso nell’acqua di mare e più alto nelle acque di fiume.

Fu poi contattata per il Progetto Manhattan. Il suo status privo di cittadinanza non le impedì di lavorare per l’Ufficio di Ricerca e Sviluppo Scientifico, a cui fornì i suoi metodi senza compenso. Prima del Progetto Manhattan, il polonio era stato usato solo in piccoli campioni, ma il progetto proponeva di usare sia il polonio che il berillio per ottenere una reazione che costringesse i neutroni a essere espulsi e innescare la reazione di fissione richiesta per la bomba atomica. Gli impianti per trattare il plutonio, basati sulle sue specifiche, furono costruiti nel deserto del New Mexico nei laboratori di Los Alamos, ma a Rona non furono forniti dettagli. In effetti, la segretezza che circondò il progetto rende difficile sapere se qualcuno degli scienziati che non vi lavorarono direttamente sapesse in dettaglio a cosa servivano i propri contributi.

Elizabeth Rona in età matura

Rona lavorò anche per l’Ufficio sugli Effetti delle Radiazioni sugli Umani, lei stessa aveva utilizzato scarse protezioni e descrisse i danni alle ossa, alle mani e ai polmoni negli scienziati che studiavano la radioattività in un libro pubblicato nel 1978 due anni prima della morte [9].

Nel 1947, iniziò a lavorare presso l’Argonne National Laboratory dell’Università di Chicago concentrandosi sulle reazioni di scambio ionico e pubblicando diversi lavori per la Commissione per l’Energia Atomica degli USA. Nel 1948 fu naturalizzata cittadina statunitense. Nel 1950, iniziò un lavoro di ricerca presso l’Oak Ridge Institute of Nuclear Studies come chimico e scienziato senior in studi nucleari. In questo periodo, collaborò con la Texas A & M University sulla geocronologia dei sedimenti del fondo marino, datando i campioni in base alla stima del loro decadimento radioattivo. Si ritirò da Oak Ridge nel 1965 per andare a insegnare all’Istituto di Scienze Marine dell’Università di Miami. Rona si ritirò per la seconda volta nel 1976 e ritornò nel Tennessee. E’ morta a Oak Ridge il 27 luglio 1981.

Bibliografia

[1] E. Rona, Über die Geschwindigkeit der gegenseitigen Wirkung des Broms und der einwertigen, gesättigten aliphatischen Alkohole in wässeriger Lösung. (On the rate of mutual action of the bromine and the monohydric, saturated aliphatic alcohols in aqueous solution.), Z. Phys. Chem., 1913, 82U, 225-248.

[2] E. Rona, The diffusion constant and atomic diameter of the radium emanation. (in ungherese), Magyar Chemiai Folyóirat, 1917, 23, 156.

[3] E. Rona, About Uranium Transformations. (in ungherese), Mathematikai és Természettudományi Értesítő, Budapest, Hungary., 1914, 35, 350.

[4] M. Brucer, Elizabeth Rona (1891?-1981)., J. Nucl. Med., 1982, 23, 78-79.

[5] E. Rona, On the Ionium Content in Radium residues. (in tedesco)., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (A and B Series),192255, 294–301.

[6] M. Blau, E. Rona, Application of the chemical photographic method for testing the chemical behavior of polonium. (in tedesco)., Sitzungsberichte Akademie der Wissenschaften Wein Math-naturwissenschaften, 19302A (139), 276–279.

[7] E. Rona, E. Föyn, B. Karlik, H. Pettersson, The Radioactivity of seawater. Elanders, Göteborg, Svezia, 1939.

[8] https://upclosed.com/people/elizabeth-rona/

[9] E. Rona,  How it came about: radioactivity, nuclear physics, atomic energy. Oak Ridge, Tennessee, Oak Ridge Associated Universities,1978.

[1] Kazimierz (Kasimir) Fajans (1887 – 1975) chimico fisico polacco di origine ebraica, poi nturalizzato statunitense, è stato un pioniere della scienza della radioattività e scopritore dell’elemento protoattinio.

[2] George Charles de Hevesy (1885 – 1966) è stato un radiochimico ungherese, Premio Nobel per la Chimica 1943: “per il suo lavoro sull’utilizzo degli isotopi come traccianti nello studio dei processi chimici”,  scopritore dell’elemento afnio.

[3] Va ricordato che a quei tempi i nuovi radionuclidi venivano ancora considerati “elementi”, ed era problematico inserirli nella tavola periodica. Il termine isotopo, che significa stesso posto, fu introdotto nel 1913 in un famoso articolo di F. Soddy e non fu subito accettato. Ne ha parlato Giorgio Nebbia su questo blog: https://ilblogdellasci.wordpress.com/2013/12/06/soddy-e-la-scoperta-degli-isotopi/

[4] Frederick Soddy ( 1877 – 1956) radiochimico inglese, dimostrò che la radioattività è dovuta alla trasmutazione di elementi in altri, Premio Nobel per la chimica 1921 “per il suo contributo alla conoscenza della chimica delle sostanze radioattive, e per i suoi studi sulle origini e la natura degli isotopi. Provò l’esistenza di isotopi di alcuni elementi radioattivi.

[5] Stefan Meyer (1872 – 1949) fisico austriaco impegnato nella ricerca sulla radioattività. Divenne direttore dell’Istituto per la Ricerca sul Radio a Vienna e ricevette il Premio Lieben nel 1913 per le sue ricerche sul radio.

[6] Famosissima coppia di scienziati. Irène, figlia di Marie Curie e Frederick Joliot, entrambi fisici interessati alle ricerche sulla radioattività ottengono entrambi il Premio Nobel per la Fisica 1935 “in riconoscimento della loro sintesi di nuovi elementi radioattivi”.

[7] A quei tempi la radioattività artificiale veniva prodotta per bombardamento con particelle α e il polonio, residuo del radio, era un ottimo emettitore alfa.

[8] Di Marietta Blau abbiamo scritto sul blog:

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2018/04/18/scienziate-che-avrebbero-dovuto-vincere-il-premio-nobel-marietta-blau-1894-1970/

[9] Hans Petterson (1888-1966), fisico e oceanografo svedese si interessò inizialmente di fisica atomica, per passare poi all’oceanografia. Professore di geofisica in Svezia e all’università delle Hawaii, fu a capo di diverse spedizioni oceanografiche. Autore di molti testi scientifico-divulgativi che hanno contribuito a diffondere l’interesse per l’ oceanografia al grande pubblico.

[10] Berta Karlik (1904-1990) fisico austriaco, ha scoperto gli isotopi radioattivi natutali dell’Astato studiando la loro emissione α e misurò il contenuto di uranio dell’acqua marina. Fu insignita per la seconda volta del Premio Haitinger nel 1947. Altre donne diedero importanti contributi in fisica nucleare e radiochimica, ad esempio Elizabeth Kara-Michailova (1897-1968) e Ellen Gleditsch (1879-1868).

[11] Johan Ernst Fredrik Føyn (1904 – 1984)  chimico e oceanografo norvegese, ha studiato la radioattività degli oceani marini e il loro inquinamento.

[12] Karl Ferdinand Herzfeld (1892 – 1978), fisico teorico austriaco naturalizzato americano si interessò di teoria cinetica dei gas, meccanica statistica e quantomeccanica. Dal 1926 si stabilì definitivamente negli USA.