Se guardi una mappa dei fulmini vicino al Porto di Singapore, noterai una striscia insolita di intensa attività fulminante proprio sopra la corsia di navigazione più trafficata del mondo. A quanto pare, i fulmini rispondono davvero alle navi, o meglio alle minuscole particelle che emettono. Utilizzando dati da una rete globale di rilevamento dei fulmini, i miei colleghi ed io abbiamo studiato come le emissioni di scarico delle navi siano associate a un aumento della frequenza dei fulmini. Per decenni, le emissioni delle navi sono aumentate costantemente poiché il crescente commercio globale ha portato a un maggiore traffico navale. Poi, nel 2020, nuove normative internazionali hanno ridotto le emissioni di zolfo delle navi del 77 percento. La nostra ricerca recentemente pubblicata mostra come i fulmini sopra le corsie di navigazione siano diminuiti della metà quasi da un giorno all’altro dopo l’entrata in vigore delle normative. Corsie di navigazione (immagine in alto) e fulmini (in basso) vicino al Porto di Singapore. Questo esperimento non pianificato dimostra come i temporali, che possono essere alti 10 miglia, siano sensibili all’emissione di particelle più piccole di un granello di sabbia. La reattività dei fulmini all’inquinamento umano ci aiuta ad avvicinarci alla comprensione di un mistero di lunga data: in che misura, se c’è, le emissioni umane hanno influenzato i temporali?
Le particelle di aerosol possono influenzare le nuvole? Le particelle di aerosol, note anche come particolato, sono ovunque. Alcune sono sollevate dal vento o prodotte da fonti biologiche, come le foreste tropicali e boreali. Altre sono generate dall’attività industriale umana, come il trasporto, la combustione agricola e la manifattura. È difficile da immaginare, ma in un singolo litro d’aria – circa la dimensione di una bottiglia d’acqua – ci sono decine di migliaia di minuscoli agglomerati sospesi di liquido o solido. In una città inquinata, possono esserci milioni di particelle per litro, per lo più invisibili a occhio nudo. Queste particelle sono un ingrediente chiave nella formazione delle nuvole. Servono come semi, o nuclei, per la condensazione del vapore acqueo in gocce di nuvola. Più particelle di aerosol ci sono, più gocce di nuvola si formano. Le molecole d’acqua si condensano attorno ai nuclei per formare le nuvole. Nelle nuvole basse, come le nuvole cumulus che potresti vedere in una giornata di sole, avere più semi ha l’effetto di rendere la nuvola più luminosa, poiché l’aumento della superficie delle gocce disperde più luce. Tuttavia, nelle nuvole temporalesche, quelle gocce aggiuntive si congelano in cristalli di ghiaccio, rendendo gli effetti delle particelle di aerosol sulle tempeste difficili da individuare. Il congelamento delle gocce di nuvola rilascia calore latente e causa la frantumazione del ghiaccio. Quel congelamento, combinato con le potenti instabilità termodinamiche che generano le tempeste, produce un sistema molto caotico, rendendo difficile isolare come un singolo fattore le influenzi. Una vista dalla Stazione Spaziale Internazionale mostra le incudini dei temporali tropicali mentre l’aria calda dell’oceano collide con le montagne di Sumatra. Non possiamo generare un temporale in laboratorio. Tuttavia, possiamo studiare l’esperimento accidentale che si svolge nel corridoio di navigazione più trafficato del mondo.
Emissioni delle navi e fulmini Con motori che spesso sono alti tre piani e bruciano olio combustibile viscoso, le navi che entrano e escono dai porti emettono copiose quantità di fuliggine e particelle di zolfo. Le corsie di navigazione vicino al Porto di Singapore sono le più trafficate al mondo – circa il 20 percento dell’olio combustibile mondiale, utilizzato dalle navi, viene acquistato lì. Per limitare la tossicità per le persone vicino ai porti, l’Organizzazione Marittima Internazionale – un’agenzia delle Nazioni Unite che sovrintende alle regole e alla sicurezza della navigazione – ha iniziato a regolamentare le emissioni di zolfo nel 2020. Al Porto di Singapore, le vendite di carburante ad alto contenuto di zolfo sono crollate, passando da quasi il 100 percento del carburante per navi prima della regolamentazione al 25 percento dopo, sostituite da carburanti a basso contenuto di zolfo. Ma cosa c’entrano le emissioni delle navi con i fulmini? Gli scienziati hanno proposto una serie di ipotesi per spiegare la correlazione tra fulmini e inquinamento, tutte incentrate sul fulcro dell’elettrificazione di una nuvola: le collisioni tra cristalli di ghiaccio simili a fiocchi di neve e pezzi di ghiaccio più densi. Quando i cristalli di ghiaccio leggeri e carichi vengono sollevati mentre il ghiaccio più denso cade, la nuvola diventa un enorme condensatore, accumulando energia elettrica mentre i cristalli di ghiaccio si urtano tra loro. Alla fine, quel condensatore si scarica, e ne esce un fulmine, cinque volte più caldo della superficie del Sole. Pensiamo che, in qualche modo, le particelle di aerosol dai camini delle navi stiano generando più cristalli di ghiaccio o collisioni più frequenti nelle nuvole. Nel nostro ultimo studio, i miei colleghi ed io descriviamo come i fulmini sopra la corsia di navigazione siano diminuiti di circa il 50 percento dopo il 2020. Non c’erano altri fattori, come influenze di El Niño o cambiamenti nella frequenza dei temporali, che potessero spiegare la brusca diminuzione dell’attività fulminante. Abbiamo concluso che l’attività fulminante era diminuita a causa della regolamentazione. La riduzione dello zolfo nei carburanti delle navi ha significato meno semi per la condensazione delle gocce d’acqua e, di conseguenza, meno collisioni di carica tra i cristalli di ghiaccio. In definitiva, ci sono state meno tempeste sufficientemente elettrificate da produrre un fulmine.
Cosa ci aspetta? Meno fulmini non significa necessariamente meno pioggia o meno tempeste. C’è ancora molto da imparare su come gli esseri umani abbiano cambiato le tempeste e come potremmo cambiarle in futuro, intenzionalmente o meno. Le particelle di aerosol effettivamente invigoriscono le tempeste in generale, creando movimenti verticali più estesi e violenti? O gli effetti degli aerosol sono specifici alle idiosincrasie della generazione di fulmini? Gli esseri umani hanno alterato la frequenza dei fulmini a livello globale? I miei colleghi ed io stiamo lavorando per rispondere a queste domande. Speriamo che comprendendo gli effetti delle particelle di aerosol sui fulmini, le precipitazioni temporalesche e lo sviluppo delle nuvole, possiamo prevedere meglio come il clima della Terra risponderà mentre le emissioni umane continueranno a fluttuare.