NOZIONI DI FISICA: LA VARIAZIONE DELLA VELOCITÀ NEL TEMPO PER CAPIRE LA RAPIDITÀ DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO

Quando i climatologi e i fisici del clima parlano di «cambiamento climatico» non si riferiscono al fatto che il clima della Terra è sempre cambiato, perché non è questo il punto. È noto ovviamente anche a loro che nel corso delle sue ere geologiche il nostro pianeta ha vissuto periodi più caldi e periodi più freddi, come è altrettanto noto però che negli ultimi decenni il problema sia diventato l’accelerazione con cui questo cambiamento verso il riscaldamento si sta manifestando: il altre parole, il processo di aumento della temperatura media, più o meno marcato a seconda delle aree terrestri interessate dal fenomeno, è diventato più rapido.

Non dovrebbe essere difficile comprendere il nocciolo di queste conclusioni a cui gli studiosi sono arrivati analizzando dei dati, eppure questa storia del «clima che è sempre cambiato» è ormai un ritornello che viene ripetuto a pappagallo, come se non si volesse comprendere la questione e negare l’evidenza. Mi chiedo, allora, se la parola incompresa sia «accelerazione», un termine usato in fisica per indicare quanto è rapida la variazione di una grandezza man mano che passa il tempo. Mi permetto allora di proporre un esercizio semplice che solitamente viene dato ai ragazzi di prima superiore per far capire che cosa vuol dire far variare più o meno rapidamente la velocità per esempio di un’automobile man mano che i secondi passano.

Nel grafico della prima figura si riporta sull’asse orizzontale (asse delle ascisse) il tempo espresso in secondi (s) e su quello verticale (asse delle ordinate) la velocità espressa in metri al secondo (m/s). Si individuano quattro tratti, definiti con gli estremi A, B, C, D ed E, per studiare proprio come in questi percorsi cambia la velocità. Vediamo del dettaglio. Tratto AB – L’automobile parte da ferma in A e dopo cinque secondi arriva in B: sul tachimetro leggo una velocità di 18 km/h, cioè di 5 m/s. Come indicato dalla formula, l’accelerazione che l’automobile ha avuto in questo tratto si calcola come il rapporto tra la differenza tra velocità finale in B (5 m/s) e velocità iniziale in A (è ferma, quindi 0 m/s) e la differenza dei rispettivi tempi, quello finale (5 s) e quello iniziale (0 s).

Calcolo quindi l’accelerazione come: (Vf-Vi)/(Tf-Ti) = (5-0)/(5-0) = 5/5 = 1 metro al secondo quadrato. Tratto BC – L’automobile passa da una velocità di 18 km/h (5 m/s) a una velocità di 108 km/h (30 m/s). Dato che questa variazione di velocità avviene in 4 secondi perché si passa da 5 a 9 secondi lungo l'asse del tempo, in questo tratto l’accelerazione vale: (Vf-Vi)/(Tf-Ti) = (30-5)/(9-5) = 25/4 = 6.3 metri al secondo quadrato. Tratto CD – L’automobile mantiene la stessa velocità di 108 km/h per i successivi 5 secondi. Applicando la formula si può facilmente vedere che il risultato del calcolo è zero e quindi la macchina non accelera: diciamo allora che la sua velocità è costante. Tratto DE – L’automobile passa da una velocità di 108 km/h (30 m/s) a una velocità di 90 km/h (25 m/s) e lo fa in un tempo di 6 secondi. In questo tratto l’accelerazione quindi vale: (Vf-Vi)/(Tf-Ti) = (25-30)/(20-14) = -5/6 = -0.8 metri al secondo quadrato. Abbiamo ora trovato un’accelerazione negativa, cioè una decelerazione dovuta al fatto che il guidatore sta schiacciando il pedale del freno oppure perché ha mollato il pedale dell’acceleratore e la forza di attrito che agisce tra le ruote e la strada sta frenando il movimento.

Osservando ora tutti i tratti e vedendo i valori trovati dell’accelerazione, possiamo notare che l’accelerazione è più elevata lungo il tratto più inclinato (tratto rosso): in generale, possiamo allora dedurre che più la pendenza di un tratto è marcata, più è elevato il cambiamento della velocità che si è avuto al variare del tempo in quel tratto. E se al posto della velocità mettessimo come grandezza fisica la temperatura? E se ponessimo come intervallo di tempo almeno un trentennio che è il minimo periodo indicato dall’Organizzazione Meteorologica Mondiale per avere la climatologia di una località? In questo caso otterremmo il grafico della variazione della temperatura mantenendo fisso l’intervallo temporale per vedere come cambia nel tempo il valore medio di questa grandezza per trentenni consecutivi. Il grafico in figura 2 indica l’andamento della temperatura media annuale in Italia dal 1800 a oggi.

Per agevolare la lettura, in ogni tratto di trent’anni da A ad H sono indicate con le frecce tratteggiate l’unione tra i punti iniziali e finali di ogni trentennio: può il lettore vedere da solo il periodo in cui la freccia è più inclinata rispetto agli altri periodi e trarre le dovute conclusioni. E a scala globale? La terza figura riprende lo stesso grafico tenendo però conto della temperatura media misurata su tutto il pianeta dal 1850. Trovare il tratto in cui la pendenza e maggiore dovrebbe ormai essere facile.

C’è però un grafico che più di tutti ci fa comprendere cosa vuol dire accelerazione di un processo di cambiamento: è quello che indica la variazione della concentrazione di anidride carbonica negli ultimi 800.000 anni, in cui i valori sono oscillati sempre tra 180 e 280 parti per milione (fig. 4). Si osserva come negli ultimi 170 anni l’inclinazione del tratto sia diventata verticale se confrontata con i tempi naturali di evoluzione della concentrazione di anidride carbonica nel corso di tutta la serie. Avere una pendenza verticale, dovuta al fatto che siamo saliti rapidamente oltre le 400 parti per milione, vuol dire che il processo di accelerazione è diventato infinitamente grande in rapporto ai tempi considerati perché variazioni calcolate su scale di 100.000 anni non sono ovviamente confrontabili con variazioni calcolate su scale di 170 anni circa.

Ma è proprio perché queste variazioni si sono manifestate che ci fanno capire che sta agendo, in modo incontrastato, un nuovo fattore che sta vistosamente accelerando il processo di cambiamento della concentrazione di gas serra e, di pari passo, della temperatura media del pianeta. Le due grandezze – cioè la concentrazione di anidride carbonica e la temperatura – sono ben correlate tra di loro e questa correlazione è nota fin dai tempi del noto chimico svedese Svante Arrhenius che, nel lontano 1896, fu il primo a sostenere come l’incremento dei gas serra comportasse un aumento della temperatura media terrestre. Pensare che l’aumento dell’anidride carbonica sia salutare per le piante sarebbe un po’ come dire a un diabetico che può mangiare tutti i dolci che vuole: avere la glicemia a 500, in fin dei conti, sarebbe un po’ come vivere su Venere dove la concentrazione di anidride carbonica è pari al 96.5% e la sua temperatura media è di 460 °C. Insomma, si sta in ottima forma…


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Andrea Corigliano, fisico dell'atmosfera