Una nuova scoperta spiega perché la CO2 è così efficace nel riscaldare l'aria

L'anidride carbonica è il gas con il maggiore effetto sul riscaldamento globale e il segreto del suo successo come gas serra risiede nella peculiarità del movimento dei suoi atomi.

Nel 1856, una scienziata americana quasi dimenticata, Eunice Foote, fece una scoperta sorprendente. Con un semplice esperimento, dimostrò il sorprendente potere di assorbimento del calore di una minuscola molecola: l'anidride carbonica.

La sua intuizione si rivelò esatta: dedusse correttamente che un'atmosfera con un'alta concentrazione di CO2 avrebbe "innalzato la temperatura della nostra Terra", spiegando così il fenomeno del riscaldamento globale e fornendo una base scientifica alle precedenti domande su cosa mantenga caldo il nostro pianeta.

Il riscaldamento globale è in gran parte causato dall'anidride carbonica e da altri gas che assorbono le radiazioni infrarosse, intrappolando il calore nell'atmosfera terrestre, il cosiddetto effetto serra. La curiosità su questo gas serra è più che giustificata: gli attuali livelli di CO2 sono i più alti degli ultimi 3 milioni di anni.

Oggi, a distanza di oltre 160 anni, gli scienziati continuano ad approfondire questa evidenza. Un recente studio dell'Università di Harvard mostra perché la CO2 è così brava a intrappolare il calore. Secondo gli scienziati, il segreto risiede nel modo in cui la molecola a tre atomi vibra quando assorbe la radiazione infrarossa del Sole, che può essere spiegato in termini di effetti meccanici quantistici. In particolare, un fenomeno chiamato risonanza di Fermi.

La CO2 e la risonanza di Fermi: perché intrappola così tanto calore?

Quando la molecola di CO2 assorbe la radiazione infrarossa del Sole, non solo si muove come un'unità rigida, ma vibra anche in modi specifici. I due atomi di ossigeno possono allontanarsi l'uno dall'altro, allungando la molecola; oppure l'atomo di carbonio può ruotare intorno all'asse principale della molecola, piegandola.

Schema della vibrazione delle molecole di CO2

Quando due di queste vibrazioni si allineano, si crea un "ronzio quantistico" chiamato risonanza di Fermi. Questo fa sì che le molecole vibrino di più, ampliando la gamma di radiazioni che possono assorbire. Questo ampliamento è davvero fondamentale per capire perché l'anidride carbonica è un importante gas serra", ha dichiarato Robin Wordsworth, scienziato planetario dell'Università di Harvard e autore dello studio.

La risonanza di Fermi svolge un ruolo cruciale nella capacità della CO2 di intrappolare il calore nell'atmosfera terrestre. Quando l'intensità e l'ampiezza delle bande di assorbimento della CO2 aumentano, aumenta anche la quantità di radiazione infrarossa assorbita dalla CO2.

La risonanza di Fermi descrive come le diverse direzioni e gli schemi di vibrazione delle molecole possano influenzarsi a vicenda e farle vibrare di più. Questo è simile al modo in cui due pendoli, collegati da una corda comune, possono aumentare l'ampiezza della reciproca oscillazione.

Oltre a fornire una semplice spiegazione di come la CO2 riscalda la Terra, il team afferma che le loro equazioni potrebbero anche aiutare gli scienziati a fare stime rapide del potenziale di riscaldamento dei gas serra rilevati nelle atmosfere di altri pianeti, per capire i loro strani climi.

Una cosa che Wordsworth e il suo team non sono riusciti a spiegare è perché la CO2 vibri in un modo così unico, una domanda che non potrà mai trovare risposta senza una teoria complessiva. "Non sembra esserci una ragione chiara per cui questa risonanza si verifica nella CO2", dice Wordsworth. "Si potrebbe immaginare un altro universo in cui la situazione è leggermente diversa, e l'anidride carbonica potrebbe non avere gli stessi effetti.

Riferimento alla notizia: Robin Wordsworth, Jacob Seeley, Keith Shine. “Fermi Resonance and the Quantum Mechanical Basis of Global Warming”