Perché l’aereo lascia una scia?

Hai mai guardato in alto e notato quelle lunghe scie bianche nel cielo lasciate dagli aerei? Ti sei mai chiesto, perché l’aereo lascia una scia? Se la risposta è sì, allora sei nel posto giusto! In questo articolo, ci addentriamo nel cuore della scienza dietro a questo fenomeno affascinante.

Il Mistero della Scia di un Aereo: Le Contrails

Molti si chiedono perché l’aereo lascia una scia visibile nel cielo; la risposta risiede nel fenomeno delle “scie di condensazione” o, più comunemente, “contrails“, un termine che deriva dall’inglese “condensation trails”. Queste scie si formano quando l’aria calda e umida proveniente dai gas di scarico dei motori dell’aereo si mescola con l’aria estremamente fredda e a bassa pressione tipica delle alte quote atmosferiche.

È importante distinguere le scie di condensazione, un fenomeno scientificamente spiegato, dalle cosiddette “scie chimiche” (o chemtrails), oggetto di teorie del complotto prive di fondamento. Queste teorie ipotizzano irrorazioni segrete di sostanze dannose, ma non esistono prove scientifiche a supporto. Le caratteristiche delle scie sono determinate dalle condizioni atmosferiche (temperatura, umidità, venti in quota) e dalla composizione dei gas di scarico, come spiegato in precedenza, e non da presunti agenti chimici nascosti.

Il Meccanismo di Formazione delle Scie di Condensazione

La formazione di una scia di condensazione o “contrail”, è un processo fisico-chimico che si innesca quando un aereo vola ad altitudini elevate, generalmente comprese tra gli 8.000 e i 13.000 metri. A queste quote, nell’alta troposfera, le temperature atmosferiche sono estremamente basse, scendendo frequentemente al di sotto dei -40°C.

I motori a reazione dell’aereo, attraverso la combustione del carburante necessaria a generare la spinta, emettono gas di scarico caldi. Questi gas contengono una notevole quantità di vapore acqueo che si somma a quello già presente nell’atmosfera. Oltre al vapore, gli scarichi rilasciano anche minuscole particelle solide, principalmente fuliggine e solfati, risultato del processo di combustione.

Quando questi gas di scarico caldi e umidi vengono espulsi nell’ambiente gelido, si verificano due fenomeni:

1. Raffreddamento Rapido: I gas si mescolano con l’aria fredda circostante e, uscendo dalle turbine, si espandono, subendo un ulteriore e veloce raffreddamento.
2. Saturazione e Transizione di Fase: Questo drastico calo di temperatura porta il vapore acqueo (sia quello emesso sia quello atmosferico immediatamente circostante) a raggiungere rapidamente il punto di saturazione. Date le temperature estremamente rigide, il vapore acqueo tende a passare direttamente dallo stato gassoso a quello solido, formando minutissimi cristalli di ghiaccio. In alternativa, può inizialmente condensare in microscopiche goccioline d’acqua che, vista la temperatura, congelano quasi istantaneamente.

Le particelle solide presenti nei gas di scarico svolgono un ruolo cruciale agendo come nuclei di condensazione. Attorno a questi nuclei, le molecole di vapore acqueo si aggregano, facilitando la formazione dei cristalli di ghiaccio. In assenza di tali nuclei, la formazione delle scie sarebbe molto più complicata.

L’insieme di questi microscopici cristalli di ghiaccio, che riflettono e diffondono la luce solare apparendo bianchi, costituisce la scia che osserviamo. Di fatto, una scia di condensazione è una vera e propria nube artificiale, simile per composizione (cristalli di ghiaccio) e quota di formazione ai cirri, un tipo di nube alta. Le nuvole sono state già trattate nell’articolo Perché le nuvole non cadono?

Persistenza delle Scie e il Diagramma di Appleman

La persistenza e l’evoluzione di una scia di condensazione sono strettamente legate alle condizioni atmosferiche del momento, in particolare alla temperatura e, soprattutto, all’umidità della porzione di atmosfera attraversata dal velivolo.

• In condizioni di aria secca, i cristalli di ghiaccio che compongono la scia passano dallo stato solido direttamente a quello di vapore, causando la dissoluzione della scia in pochi secondi o minuti.
• Al contrario, se l’aria è umida (vicina alla saturazione rispetto al ghiaccio), i cristalli di ghiaccio non solo persistono, ma possono anche accrescersi, assorbendo ulteriore vapore acqueo dall’ambiente. In queste circostanze, le scie possono durare a lungo, espandersi e talvolta trasformarsi in coperture nuvolose cirriformi più ampie, difficilmente distinguibili dai cirri di origine naturale.

Uno degli strumenti fondamentali per prevedere la formazione e la persistenza delle scie di condensazione è il Diagramma di Appleman. Questo grafico permette di determinare, conoscendo la temperatura e la pressione atmosferica (e quindi l’altitudine) di una certa quota, se un aereo sarà in grado di generare una scia di condensazione e se questa tenderà a essere persistente o effimera.

Il diagramma è tipicamente suddiviso in regioni che indicano:

• “Always contrails”: Condizioni in cui le scie si formeranno e saranno probabilmente persistenti.
• “Maybe contrails”: Condizioni in cui le scie potrebbero formarsi ma tendono a essere effimere, dissipandosi rapidamente.
• “No contrails”: Condizioni in cui la formazione di scie di condensazione è improbabile, solitamente a temperature più calde e/o umidità molto bassa per la quota considerata.

Perché le Scie degli Aerei Sono Importanti?

Le scie degli aerei, o contrails, non sono solo un affascinante spettacolo visivo. Hanno un ruolo e un impatto che va oltre la semplice estetica:

• Indicatori Meteorologici: La forma, la durata e l’estensione di una scia possono fornire ai meteorologi informazioni preziose sull’umidità presente negli strati superiori dell’atmosfera. Scie sottili e di breve durata indicano aria secca ad alta quota, mentre scie spesse, ampie e persistenti suggeriscono un’elevata umidità, potendo talvolta preannunciare cambiamenti del tempo.
• Impatto Ambientale e Climatico: Questo è l’aspetto più studiato e dibattuto. Le scie di condensazione possono avere un effetto significativo sul bilancio energetico della Terra.

Scie di Aerei e Cambiamenti Climatici: Un Legame Complesso

L’impatto climatico delle scie di condensazione è un tema di crescente attenzione. Le contrails persistenti possono espandersi e trasformarsi in estese nuvole artificiali che possono durare ore e coprire vaste aree.

Queste nuvole artificiali hanno un duplice effetto:

• Durante il giorno, possono riflettere parte della radiazione solare verso lo spazio, avendo un leggero effetto raffreddante.
• Tuttavia, tendono soprattutto a intrappolare il calore (radiazione infrarossa) emesso dalla superficie terrestre, un fenomeno simile a quello causato dai gas serra. Diversi studi suggeriscono che, complessivamente, l’effetto netto di riscaldamento delle scie potrebbe essere paragonabile, se non superiore, all’impatto climatico cumulativo delle emissioni di CO2 dell’aviazione.

Intelligenza Artificiale per la Riduzione delle Scie di un Aereo

Un recente studio condotto da American Airlines, in collaborazione con Google AI, ha esplorato l’uso dell’intelligenza artificiale per prevedere e ridurre la formazione delle scie di condensazione. Durante sei mesi, 70 voli di prova hanno utilizzato previsioni basate su IA per modificare leggermente le rotte di volo, evitando aree ad alta probabilità di formazione di scie. I risultati hanno mostrato una riduzione del 54% nella formazione di scie rispetto ai voli che non hanno utilizzato tali previsioni. Sebbene questi voli abbiano registrato un aumento del consumo di carburante del 2%, lo studio rappresenta una prova concreta che l’uso dell’IA può contribuire a mitigare l’impatto climatico dell’aviazione.

La prossima volta che alzerai lo sguardo e ti chiederai il perché l’aereo lascia una scia, speriamo tu possa apprezzare la complessità scientifica e l’importanza di questo fenomeno. Non è solo la traccia di un viaggio, ma un indicatore delle condizioni atmosferiche, un affascinante prodotto della fisica della condensazione e un fattore non trascurabile nel complesso puzzle dei cambiamenti climatici.

Fonti e Approfondimenti

Se vuoi capire come e perché si formano le scie di condensazione, l’articolo di Wikipedia offre una panoramica chiara dei processi fisici di base. Per vedere passo dopo passo l’evoluzione di una contrail nell’atmosfera, il sito Earth Observatory della NASA propone un’analisi fotografica affascinante. Se ti interessa scoprire quale impatto abbiano queste scie sul clima, Carbon Direct ne discute gli effetti radiativi e le possibili soluzioni. Per un approfondimento in italiano sulle condizioni meteo che favoriscono la formazione delle scie, il portale dell’Aeronautica Militare MeteoAM dedica un articolo dettagliato.