Q&Una seriehai chiesto

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

di Charlotte Munson/Settembre 23, 2020

Settembre 21-27 è la settimana del clima a New York City. Unisciti a noi per una serie di eventi online e post sul blog che coprono la crisi climatica e ci indicano verso l’azione. Questa settimana dedichiamo la nostra serie You Asked ad affrontare le domande dei lettori relative ai cambiamenti climatici.

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

D:

In che modo la CO2 arriva in alto nell’atmosfera? Con un peso specifico di circa 1,5, dovrebbe cadere a terra mentre si raffredda quando si alza. Le compagnie aeree ci dicono che è -40 gradi a 30.000 piedi. Quindi, perché o come è possibile che un po ‘ di CO2 si faccia strada nell’atmosfera superiore?

A:

Ángel Muñoz è ricercatore associato presso l’International Research Institute for Climate and Society e guida la componente latinoamericana del progetto Columbia World “Adapting Agriculture to Climate Today, for Tomorrow” (ACToday). Egli è anche un conoscitore di vino devoto ed è raffigurato qui con viti Carménère in Cile.

L’anidride carbonica è un gas. La densità di un gas aumenta man mano che 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, tirati giù dalla gravità. (In effetti, la forza di gravità che tira le molecole di gas verso la superficie terrestre è ciò che mantiene la nostra atmosfera.) Diversi gas hanno anche diversi pesi molecolari. La CO2 è più pesante dell’ossigeno, quindi potremmo aspettarci che ogni molecola di CO2 sprofondi sotto uno strato di molecole di ossigeno. Generalizzando questa idea agli altri gas nell’aria, potremmo dedurre che ciò si tradurrebbe in 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 include 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, contribuendo 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. Questo a causa della forza di diffusione. Le molecole di gas vogliono muoversi e si espanderanno per riempire il volume entro il quale sono contenute. Confinato in un contenitore ermeticamente sigillato come una bottiglia di vino tappata a temperatura costante di circa 52-57 gradi F, i gas non hanno spazio o abbastanza “eccitazione” per espandersi e muoversi. Si depositano in strati basati principalmente sui loro pesi molecolari. Tuttavia, l’atmosfera terrestre è molto più espansiva di una bottiglia di vino. La CO2 non si rompe fino a circa 80 chilometri dalla superficie terrestre, dando ai gas atmosferici un’enorme distesa da occupare. Eccitate dal calore che si irradia dal Sole nell’atmosfera, le molecole si muovono rapidamente. Mentre sbattono l’uno nell’altro (ad esempio, a 63 gradi F, le molecole di CO2 si schiantano insieme circa 7 miliardi di volte al secondo), le molecole di gas si mescolano, piuttosto che depositarsi in strati stratificati. È principalmente la diffusione che consente alla CO2 di integrarsi ad altitudini superiori a quelle che il suo peso molecolare da solo suggerirebbe, sebbene siano coinvolti anche altri processi, come forti correnti ascensionali e correnti d’aria di downdraft.

Un disegno fatto a mano che spiega le diverse forze all’opera 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 grande. Le molecole di gas si mescolano e dopo che la guarnizione di vuoto della bottiglia è stata rotta, sostituendo il tappo significa che le molecole ben miscelate rimangono nella bottiglia una volta che si sostituisce il tappo da soli. L’ossigeno è ora in grado di raggiungere il vino, causando alla fine il vino al gusto “off.”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, ricordatevi di consumare responsabilmente una bottiglia di vino entro pochi giorni per il miglior sapore. E ricordate che anche in un aereo a 30.000 piedi, molecole di gas in una bottiglia aperta di vino si mescolano proprio come fanno nel resto dell’atmosfera!

Per i dettagli su come l’anidride carbonica contribuisce al cambiamento climatico, dai un’occhiata a questi post: In che modo esattamente l’anidride carbonica causa il riscaldamento globale? e se la CO2 è solo lo 0,04% dell’atmosfera, come guida il riscaldamento globale?