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L'ottimista del clima
La ricerca di Susan Solomon ha individuato in che modo i CFC hanno causato il buco dell'ozono antartico e in seguito ha dimostrato che il Protocollo di Montreal sta aiutando a ripararlo. È convinta che possiamo fare progressi anche nell'affrontare il cambiamento climatico. 27 febbraio 2019
Tony Luong
Una notte del 1986, Susan Solomon, una giovane ricercatrice della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), si trovava a temperature sotto lo zero sul tetto della stazione McMurdo, il centro di ricerca statunitense in Antartide. Solomon stava regolando gli specchi montati lì per catturare la luce della luna e dirigerla verso uno spettrografo ad assorbimento visibile nel laboratorio sottostante. Il suo obiettivo era misurare le concentrazioni di diversi composti nell'atmosfera sopra l'Antartide, per dare un senso al grande buco nello strato di ozono che si era sviluppato lì.
Non indossava occhiali, perché aveva bisogno di vedere molto chiaramente, e mentre strizzava gli occhi per assicurarsi che i raggi di luce lunare fossero angolati correttamente verso lo spettrografo, le lacrimarono leggermente. In un istante, le sue lacrime si congelarono tra le palpebre superiore e inferiore di un occhio, sigillandolo. Ma era una notte limpida e Solomon non era disposto a rinunciare all'opportunità di raccogliere quelli che lei ricorda come i dati lunari perfetti. Quindi ha continuato a lavorare.
Una volta rientrata, riuscì ad aprire di nuovo l'occhio quando le sue lacrime si sciolsero. E i dati raccolti quella notte e nell'arco di due mesi in Antartide cambierebbero la nostra comprensione di come i clorofluorocarburi, rilasciati nell'atmosfera dai refrigeranti e da una serie di altri prodotti di consumo, danneggino lo strato di ozono, che aiuta a proteggere la Terra dalle radiazioni ultraviolette. In risposta a questo e ad altri lavori scientifici, un accordo internazionale ha limitato e poi vietato l'uso dei CFC. Trent'anni dopo, Solomon fu anche il primo a dimostrare chiaramente che, grazie a questo cambiamento, il buco dell'ozono antartico ha cominciato lentamente a rimarginarsi.
È stato emozionante elaborare una teoria sulla distruzione dell'ozono nel 1986 e poi, 30 anni dopo, vedere che noi, le persone di questo pianeta, abbiamo risolto il problema, dice.
Il recupero dello strato di ozono è la risposta recente più positiva a una crisi ambientale globale di cui possiamo parlare ai nostri studenti, afferma Ross Salawitch, esperto di chimica ambientale presso l'Università del Maryland.
L'esperienza di Solomon l'ha permeata di ottimismo sulla capacità del mondo di affrontare le minacce ambientali. Al MIT, dove fa parte della facoltà dal 2012, tiene un corso di scienze, politica e politica ambientale, che culmina in una discussione sul cambiamento climatico. I suoi studenti arrivano non credendo che possiamo fare qualcosa per i problemi ambientali, perché è quello che sanno, dice. Sono millennial. Non hanno vissuto il tipo di epoca in cui politici e scienziati lavorano insieme e portano a termine cose che personalmente ho avuto la fortuna di sperimentare.
Solomon è pronto a riconoscere che il cambiamento climatico pone sfide politiche più difficili dell'esaurimento dell'ozono, perché il consumo di combustibili fossili è così parte integrante dell'economia mondiale. Tuttavia, sostiene che studiando i successi ambientali passati, i suoi studenti arriveranno a capire cosa dovrà effettivamente accadere per fare progressi.
Spiegazione del buco dell'ozono
Salomone è un esploratore per temperamento e un chimico per formazione. Da bambina di nove o 10 anni, è stata ispirata a diventare una scienziata guardando Il mondo sottomarino di Jacques Cousteau . Affascinata dalla chimica al liceo, dove ha realizzato un progetto per una fiera della scienza analizzando la composizione delle miscele gassose, ha studiato chimica all'Illinois Institute of Technology di Chicago e poi chimica atmosferica a Berkeley, dove ha conseguito il dottorato di ricerca nel 1981. Ha poi preso una posizione al NOAA, modellando le perturbazioni nella stratosfera.
È stato emozionante elaborare una teoria sulla distruzione dell'ozono nel 1986 e poi, 30 anni dopo, vedere che noi, la gente di questo pianeta, abbiamo risolto il problema.
Nel 1974, i chimici F. Sherwood Rowland e Mario Molina avevano mostrato come il cloro potesse distruggere l'ozono. Avevano proposto una serie di reazioni in fase gassosa in cui piccole quantità di cloro innescano la conversione di grandi quantità di ozono, o O3, in ossigeno molecolare ordinario, O2. Rowland e Molina, che in seguito fu professore al MIT, avevano anche identificato i clorofluorocarburi come una fonte di cloro nell'atmosfera, rilasciata quando l'energia del sole rompeva molecole di CFC altrimenti stabili. (Rowland, Molina e un chimico dell'atmosfera di nome Paul Crutzen hanno successivamente condiviso un premio Nobel per il lavoro relativo all'esaurimento dell'ozono.) Inizialmente, i ricercatori hanno previsto che lo strato di ozono si sarebbe assottigliato di circa il 5-10% nel corso di 100 anni. Sulla base di queste previsioni, i responsabili politici hanno iniziato a chiedere un cambiamento nell'uso dei clorofluorocarburi e i paesi ne hanno vietato l'uso come propellenti negli spray aerosol a partire dal 1978.
Nel 1985, tuttavia, gli scienziati britannici scoprirono che il problema della distruzione dell'ozono si stava svolgendo in modi che Rowland e il lavoro di Molina non avevano previsto. In particolare, hanno identificato un buco nell'ozono stratosferico molto più grande di quanto chiunque avesse previsto e che si apriva ogni primavera sull'Antartide, cosa che nessuna teoria aveva previsto. È stato un vero successone, dice Solomon, che ha subito iniziato a studiare possibili spiegazioni.
Sebbene i ricercatori capissero come il cloro potesse causare la distruzione dell'ozono, non potevano spiegare l'improvvisa comparsa del buco dell'ozono. Né capivano perché il buco si fosse mostrato sopra l'Antartide, lontano dalle principali fonti di inquinamento da CFC.
Intento a risolvere il mistero, Solomon si è concentrato sull'intervallo di altezza specifico in cui si stava verificando la reazione e si è concentrato sulla presenza di nubi stratosferiche polari, nubi iridescenti che si formano nella stratosfera a temperature estremamente basse. (Sono più diffusi in Antartide, che è molto più fredda dell'Artico.) Ha ipotizzato che queste nuvole fornissero minuscole superfici ghiacciate su cui potrebbe aver luogo una reazione iniziale cruciale una volta che la luce solare fosse arrivata con la primavera antartica.
La gente pensava che tutte le reazioni avrebbero dovuto verificarsi nella fase gassosa, dice. Non pensavano che la chimica di superficie contasse nella stratosfera e l'idea che le nuvole potessero fare qualsiasi cosa era eretica.
Solomon ha sviluppato un modello quantitativo della sua teoria, che ha pubblicato nel Giornale di ricerca geofisica . Non era tutta la storia, dice. Ma ha aiutato a spiegare perché il buco dell'ozono è apparso nella stratosfera, perché si è verificato vicino al Polo Sud e perché è accaduto in primavera.
Allo stesso tempo, Solomon voleva corroborare la sua teoria con dati del mondo reale. Così, nel 1986, guidò una spedizione scientifica in Antartide per indagare in prima persona sulla chimica. Sapendo che la luce solare contribuisce al processo di distruzione dell'ozono, lei e il suo team sono arrivati alla stazione di McMurdo in agosto, alla fine dell'inverno antartico, quando il continente era ancora avvolto nell'oscurità per quasi 24 ore al giorno. Quando il sole inizia a cercare di superare l'orizzonte, verso mezzogiorno ora locale, hai ore e ore dell'alba, quindi il cielo è di questi bellissimi viola e blu profondi e poi rossi mentre il sole si alza, ricorda. Non c'è molta fauna selvatica in inverno, anche se le foche si trascinano ancora fuori e cercano di prendere un po' di sole, anche quando è buio.
Nel 1986, Solomon si recò in Antartide per raccogliere dati a sostegno della sua teoria su come stesse avvenendo la distruzione dell'ozono e perché fosse così pronunciata sopra quel continente. Amministrazione nazionale oceanica e atmosferica
Il team di Salomone ha portato con sé un piccolo numero di strumenti scientifici, incluso uno spettrografo visibile, che ha permesso loro di analizzare la luce del sole, della luna e del cielo. Misurando la forza con cui le diverse lunghezze d'onda della luce venivano assorbite mentre passavano attraverso l'atmosfera, il gruppo sperava di determinare le concentrazioni delle molecole chiave presenti sopra la testa. Queste molecole includevano ozono e biossido di cloro, che si forma indirettamente quando l'ozono reagisce con il cloro. Il team ha incaricato una squadra di costruzioni di fare un buco nel tetto di una cabina a McMurdo in modo che la luce della luna potesse raggiungere lo spettrografo, che era all'interno. Hanno anche chiesto all'equipaggio di costruire la piattaforma improvvisata sul tetto su cui si trovava Solomon per posizionare gli specchietti. Quando il vento vorticava, doveva tenerle ferme a mano. Ho dovuto davvero tenerli stretti perché tremavano, dice.
Il team ha lavorato dalle 18 alle 20 ore al giorno, soprattutto quando la luna era alta. Era assolutamente pazzo, dice. Dormivano per poche ore in branda e mangiavano molti panini. (La cosa bella è che il cibo non si deteriora laggiù e non ci sono insetti, dice.)
I dati spettrali raccolti da Solomon e dal suo team hanno fornito supporto alla teoria secondo cui il cloro originariamente rinchiuso nei clorofluorocarburi viene rilasciato attraverso una reazione superficiale tra acido cloridrico e nitrato di cloro sulle nubi stratosferiche polari.
Quel cloro a sua volta reagisce con l'ozono per produrre monossido di cloro e continua a esaurire l'ozono. Rafforzando ulteriormente la sua teoria, la spedizione di Solomon ha scoperto che le concentrazioni stratosferiche di acido cloridrico erano basse e quelle di monossido di cloro e biossido di cloro erano alte. (Hanno anche usato palloncini per misurare direttamente le concentrazioni di ozono e hanno scoperto che anche questo era gravemente impoverito nella stratosfera, come previsto.) L'anno successivo, Solomon tornò alla stazione McMurdo per raccogliere più dati. Un team della NASA, che includeva Jim Anderson, è volato anche da Punta Arenas, in Cile, nel buco dell'ozono antartico per misurare i composti chimici presenti.
Durante una spedizione successiva nel 1987, ha anche trovato il tempo per visitare i pinguini imperatori. Nel suo ufficio al NOAA, in seguito ha posato accanto a un globo che mostrava l'Antartide.
In definitiva, dice Solomon, ogni singola misurazione si è allineata e ha raccontato la storia allo stesso modo, dimostrando che i clorofluorocarburi erano responsabili del buco.
Il successo di Solomon nell'identificare la reazione iniziale che ha avuto luogo su queste nubi stratosferiche polari è stato il contributo chiave, dice Anderson, ora professore di chimica fisica ad Harvard, ed è stato molto, molto importante.
Nel 1987, un accordo internazionale chiamato Protocollo di Montreal ha affrontato il problema che minacciava lo strato di ozono. Inizialmente, 46 paesi hanno deciso di congelare i clorofluorocarburi ai livelli attuali. Successivamente, hanno deciso di eliminare completamente i composti, prima nel mondo sviluppato e poi in quello in via di sviluppo. Entro il 2015, l'accordo era stato firmato da ogni membro delle Nazioni Unite, 197 firmatari in totale. Fondamentalmente abbiamo dovuto reinventare il modo in cui realizzavamo l'aria condizionata e la refrigerazione in tutto il mondo, afferma Ross Salawitch del Maryland. Richiedeva un'immensa cooperazione globale. L'accordo ha avuto successo anche perché ha incoraggiato i paesi in via di sviluppo a partecipare in un modo a loro vantaggio. Grazie alla grande diplomazia del Dipartimento di Stato, aggiunge, non è stato solo il Primo Mondo a dire: 'Dovrai farlo in un modo più costoso', ma è stato 'Perché non costruisci le tue fabbriche: condivideremo le conoscenze con te e potrai partecipare a questo mercato nuovo e in crescita per i gas sostitutivi.'
Valutare la ricerca sui cambiamenti climatici
Nel tempo, Solomon ha rivolto la sua attenzione anche ai cambiamenti climatici, studiando come i clorofluorocarburi e l'ozono intrappolano il calore nella troposfera (lo strato atmosferico tra il suolo e la stratosfera), dove l'ozono è considerato un inquinante perché contribuisce allo smog. Nel 1994, ha partecipato all'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), coautrice di un rapporto sulla forzatura radiativa, che è l'equilibrio tra l'energia che entra nell'atmosfera terrestre dal sole e l'energia irradiata nello spazio. Ha continuato a svolgere un ruolo coerente nell'IPCC e nelle valutazioni internazionali separate dell'ozono. Nel 2002 è stata invitata a servire come copresidente scientifica per il rapporto IPCC sul cambiamento climatico globale. Sapevo che sarebbe stata una quantità enorme di lavoro e mi avrebbe esposto alla sfera politica in un modo molto più intimo, dice Solomon. Ma ha accettato di farlo perché sapeva che convincere i paesi a collaborare alla politica climatica sarebbe dipeso da una comprensione condivisa della scienza coinvolta: se abbiamo la nostra scienza e i sauditi, i cinesi e i russi hanno ciascuno la propria scienza, le possibilità del i diplomatici che sono d'accordo su qualcosa saranno piuttosto piccoli.
Susan Solomon ha scoperto che le nubi stratosferiche polari sopra l'Antartide fornivano la superficie ghiacciata necessaria per dare il via alla catena di reazioni chimiche creando un buco nello strato di ozono. Tony Luong
Nel suo ruolo nel rapporto dell'IPCC, Solomon ha lavorato con circa 150 dei migliori scienziati del clima del mondo, contribuendo a sintetizzare la ricerca attuale relativa al cambiamento climatico. Trovare aree di consenso richiedeva un mix di scienza e diplomazia. Sei lassù a chiamare la Svezia, il Botswana, gli Stati Uniti e chiunque altro, e stanno facendo i loro punti, e devi assicurarti che qualunque cosa suggeriscano sia coerente con la scienza, dice. Stai cercando di renderlo sempre più chiaro, soprattutto per un vasto pubblico. E se non è quello che stanno cercando di fare e stanno cercando di giocare, devi spegnerlo in modo grazioso.
Nel 2007, il gruppo ha prodotto un tomo delle dimensioni di un libro di testo, che Solomon tiene sopra la sua scrivania, e che ha attirato l'attenzione per aver affermato, per la prima volta, che il riscaldamento è inequivocabile. (La stessa Salomone ha inventato quella formulazione, sulla base dell'esame approfondito della ricerca da parte dei ricercatori.) Ha anche affermato che la maggior parte del riscaldamento degli ultimi 50 anni era molto probabilmente dovuto all'attività umana. (Il rapporto ha definito molto probabilmente il significato che la conclusione era certa al 90%.) L'anno in cui il rapporto è stato pubblicato, l'IPCC e l'ex vicepresidente Al Gore hanno condiviso il Premio Nobel per la pace per i loro sforzi. Una foto nell'ufficio di Solomon mostra Gore e i membri del gruppo IPCC che incontrano il presidente George W. Bush nello Studio Ovale.
Negli anni che seguirono, Salomone continuò a lavorare sul cambiamento climatico. Nel 2009 ha pubblicato un articolo che mostra che alcuni degli effetti dell'anidride carbonica, che impiega molto tempo a dissiparsi dall'atmosfera, sono probabilmente irreversibili. Altri ricercatori avevano condotto una serie di esperimenti per modellare dove sarebbe finito il carbonio attualmente nell'atmosfera se le emissioni si fossero fermate. Dopo aver esaminato questo lavoro, Solomon ha notato che in tutti i modelli la temperatura della superficie terrestre non è diminuita in modo significativo per mille anni, anche in assenza di nuove emissioni di anidride carbonica. Su una scala temporale umana, mille anni sono quasi irreversibili, dice. Mi sono reso conto che quella storia non era stata raccontata abbastanza chiaramente in un semplice giornale. Volevo anche capire perché era vero.
Alla fine ha concluso che il fattore chiave era l'oceano, che è lento a riscaldarsi ma immagazzina calore, e quindi riscalda l'atmosfera, per lunghi periodi di tempo. Inoltre, il suo team ha scoperto che anche senza ulteriori emissioni di anidride carbonica, anche il livello del mare avrebbe continuato a salire per centinaia di anni. E il suo laboratorio al MIT sarebbe poi giunto a una conclusione simile anche per i gas serra di breve durata come il metano. La sua ricerca solleva interrogativi sul fatto che le nazioni insulari vulnerabili e le popolazioni costiere possano ancora essere salvate dalle conseguenze del cambiamento climatico.
C'è un aumento del livello del mare in arrivo per la Florida, e in altre parti del mondo, anche se smettiamo di emettere, dice.
In altri lavori legati al clima, Solomon e il suo team hanno esplorato come le eruzioni vulcaniche influenzino l'esaurimento dell'ozono. Nel 2011, hanno scoperto che anche le eruzioni che sembrano causare danni solo a livello locale possono ancora lanciare abbastanza zolfo nella stratosfera da metterlo in circolazione lì, dove può avere conseguenze globali. Solomon è stata la prima a esaminare l'impatto di piccole eruzioni vulcaniche sul clima, afferma Catherine Wilka, una studentessa del quarto anno laureata nel laboratorio di Salomone, e ora il nostro gruppo lo ha esteso per esaminare l'impatto di quelle eruzioni sulla chimica dell'ozono . A quanto pare, non c'è molto tempo nella stratosfera, quindi le particelle leggere e piccole delle eruzioni vulcaniche tendono a rimanere lì per molto tempo. Forniscono più superficie per le reazioni che innescano l'esaurimento dell'ozono, in modo simile ai processi che Salomone ha identificato decenni fa sulle nubi stratosferiche polari.
Cosa farebbe Salomone?Ecco i suoi consigli su come fare progressi nell'affrontare il riscaldamento globale.
| Dopo aver mostrato come i CFC fossero dietro il buco dell'ozono antartico, Susan Solomon ha osservato come diplomatici e scienziati di tutto il mondo hanno collaborato per affrontarlo. Ha identificato tre fattori - li chiama le Tre P - che devono essere validi per consentire il progresso sui problemi ambientali. 1. Deve essere personale. Le persone hanno bisogno di sentire che il problema li colpisce nella loro vita quotidiana. Dice che sta cominciando a verificarsi con il cambiamento climatico, almeno in alcune parti del mondo, anche se non ancora nel mondo sviluppato nella misura in cui ciò porterebbe il punto a casa. 2. Deve essere percepibile. Facciamo un lavoro migliore su smog e piogge acide e altri problemi che possiamo vedere con i nostri occhi, dice. Le nazioni insulari che stanno già affrontando l'innalzamento del livello del mare, la diminuzione delle forniture di acqua dolce e gli effetti di uragani più violenti sono oggi più motivate ad affrontare il cambiamento climatico rispetto alle nazioni più grandi in cui il cambiamento climatico ha avuto un impatto meno visibile. 3. La strategia deve essere pratica. Le persone devono credere che le soluzioni esistano e siano fattibili. C'è troppa percezione là fuori che le alternative ai combustibili fossili siano completamente impraticabili, dice. Vedo sempre più prove che non è così. Conclusione: affrontare con successo il cambiamento climatico richiederà più innovazione e una comprensione più ampia della gravità del problema. Alternative come l'energia eolica, idroelettrica e solare sono già più economiche dei fossili in alcuni luoghi, ma non ovunque, dice Solomon. Ma poiché i ricercatori si concentrano sulla riduzione al minimo delle emissioni di carbonio e sul miglioramento dei metodi per catturare e immagazzinare energia pulita, afferma, è anche importante impegnarsi in una conversazione più ampia sul cambiamento climatico: le persone devono comprendere meglio il problema, al fine di avere una discussione condivisa su cosa è a rischio e cosa noi come società pensiamo di quanto il rischio sia troppo. |
Possibilità di cambiamento positivo
Nel 2016 Solomon ha pubblicato il primo articolo che mostra chiari segni che lo strato di ozono antartico sta iniziando a guarire, grazie alla riduzione delle emissioni di clorofluorocarburi. Ciò significa che le popolazioni umane avranno una maggiore protezione dalle radiazioni ultraviolette, note per causare cataratta, cancro della pelle e altri disturbi. E mentre il quadro del recupero dell'ozono è complicato dagli effetti delle recenti eruzioni vulcaniche, l'articolo di Solomon ha mostrato che se rimuoviamo quell'effetto, l'esaurimento dell'ozono non è così grave come una volta, dice Salawitch. Dozzine di altri documenti hanno ora fornito prove corroboranti, aggiunge, e possiamo fare affermazioni abbastanza definitive che il buco dell'ozono antartico è sulla strada della guarigione.
In effetti, il recupero dell'ozono è una delle storie di successo ambientale che Salomone mette in evidenza nel suo insegnamento. Megan Lickley, SM '12, una studentessa di dottorato del quarto anno che lavora con Solomon, dice che parlano molto del fatto che i precedenti successi siano utili per capire cosa potrebbe accadere con il cambiamento climatico, la questione più urgente della giornata. Aggiunge che Solomon è coinvolgente ed estremamente bravo a convincere le persone a parlare delle loro interpretazioni degli argomenti politici e di cosa si può fare in futuro.
Se abbiamo la nostra scienza e sauditi, cinesi e russi hanno ciascuno la propria scienza, le possibilità che i diplomatici siano d'accordo su qualcosa saranno piuttosto ridotte.
Le notizie recenti relative al cambiamento climatico globale sono state deprimenti, dal rapido aumento del livello del mare agli incendi catastrofici in California. Il governo degli Stati Uniti quarta valutazione nazionale del clima , pubblicato dall'amministrazione Trump nel fine settimana del Venerdì del Ringraziamento nel 2018, ha avvertito che se non verranno presi provvedimenti significativi per ridurre le emissioni, il mondo sperimenterà ondate di calore, incendi, inondazioni e uragani sempre più pericolosi. È probabile che questi eventi causino guasti ai raccolti, incendi più frequenti e gravi interruzioni nelle catene di approvvigionamento e nel commercio. Insieme, i cambiamenti potrebbero ridurre il PIL dei soli Stati Uniti del 10% entro il 2100.
Ma anche di fronte a dati scoraggianti, Solomon continua a concentrarsi sul capire come sistemare le cose. Dice ai suoi studenti che fare progressi sul cambiamento climatico dipende dal far capire alle persone come il problema li influenzerà personalmente e credere che ci siano soluzioni pratiche. Ed è fiduciosa sui progressi che sta vedendo.
Il cambiamento climatico non sarà risolto fino a quando le energie alternative non saranno adottate più ampiamente, ma stanno già diventando adottate a un ritmo incredibilmente sorprendente, afferma. Certo, potrebbe non essere veloce come dovrebbe essere per mantenere la temperatura a un grado e mezzo, sarebbe davvero erculeo. Ma possiamo piegare la curva di riscaldamento.
Solomon osserva che anche se l'energia solare ed eolica non sono ancora competitive in molte parti degli Stati Uniti, in molti altri luoghi le alternative all'energia pulita stanno diventando più economiche dei combustibili fossili. Certamente, c'è ancora molto lavoro da fare. L'innovazione deve continuare a ridurre i costi dell'energia pulita ea migliorare la tecnologia delle batterie necessaria per immagazzinarla. E la sfida di convertire le infrastrutture esistenti in fonti di energia più pulite sarà enorme.
Non sarà immediato, ma sta succedendo, dice. Le cose stanno cambiando nella giusta direzione.