La fisica delle scie chimiche

Leggendo i siti sul complotto delle scie chimiche, non si riesce mai a trovare una spiegazione chiara su come si formino le scie di condensa. Il meglio che si trova è un riferimento a un sito della NASA, in cui viene indicato che le scie si formano quando la temperatura è inferiore a -40 centigradi, l'umidità relativa maggiore del 70%, e la quota superiore ad 8000 metri.

Anche nei siti più seri, difficilmente c'è una spiegazione che non richieda matematica. E soprattutto è difficile capire la differenza tra scie persistenti e non. La FAQ del CICAP spiega chiaramente che le scie si possono formare anche se non c'è un grammo di umidità nell'aria, se fa abbastanza freddo, ma per non scrivere un poema non spiega perché. Altrove lo si spiega, ma con un bel po' di formule. Non so se avrò più successo, ma ci provo.

Andando molto in sintesi, le scie si formano perché lo scarico degli aerei contiene un sacco di acqua. La benzina è un idrocarburo, è fatta cioè da carbonio ed idrogeno. Bruciando, produce anidride carbonica ed acqua. Un kg di benzina brucia assieme a circa 17 kg di aria, producendo 1,4 kg di acqua, 3 Kg di anidride carbonica e circa 14 kg di aria senza ossigeno.

Quindi gli scarichi di un aereo contengono circa l'8% di acqua, quasi 80 grammi ogni kg di gas di scarico. Sono molto caldi (diverse centinaia di gradi) per cui quest'acqua è sotto forma di vapore. Ma gli scarichi si mescolano rapidamente con l'aria fredda (e di solito piuttosto secca) presente intorno all'aereo. Questo ha due effetti:
- l'acqua (vapore) contenuta nei gas di scarico si raffredda
- l'acqua si diluisce

Se riesco a raffreddare il vapore abbastanza velocemente, prima che si diluisca troppo, ho sempre una scia di condensa.

Ad esempio immaginiamo che l'aria sia a -45 gradi, cioè la temperatura di stanotte sopra Roma, a 7100 metri. Se mescolo una parte di gas di scarico, a 500 gradi, con 100 parti di aria fredda e assolutamente secca a -45 gradi, ottengo dell'aria con 1/100 dell'acqua originale (0,8 grammi per kg di aria) alla temperatura di 5,5 gradi più alta dell'ambiente , cioè a -39,5 gradi circa. A quella quota e a quella temperatura l'acqua condensa se supera 0,4 g/kg, per cui il gas di scarico condensa. Si forma una scia, a poco più di 7000 metri, e con 0% di umidità relativa. Questa è banale fisica, non sono mie illazioni, i conti se li può rifare qualsiasi studente di fisica del primo anno di università.

I conti sono complicati, dipendono da tante cose come l'effettiva temperatura degli scarichi, quota, umidità, ma il risultato è che a queste quote, se la temperatura scende sotto temperature di 42 - 45 gradi sottozero (a seconda della quota), la scia si forma comunque. Queste temperature le troviamo praticamente sempre d'inverno, ma anche d'estate se saliamo abbastanza di quota. E chiaramente se l'atmosfera contiene già dell'acqua, questa si somma a quella dello scarico, e la scia si forma più facilmente, anche a -37 gradi.

45 sotto zero di solito si trovano a quote più alte, ma anche d'estate a 10.000 metri sono la norma. Aerei a 10.000 metri ce n'è un bel po'. In una giornata tipica, sopra la mia testa, ne conto almeno un paio in 10-15 minuti, spesso di più. La cosa non stupisce troppo pensando che In vacanza sulle Dolomiti, ne vedevo due o tre ogni volta che alzavo gli occhi al cielo. Quasi tutti con la loro brava scia. E posso rifarmi i conti per le quote di volo tipiche odierne, tra gli 8000 e gli 11.000 e passa metri, guardandomi un tracciato di una radiosonda per avere un'idea della temperatura tipica dell'aria a quelle quote.

Che succede alla scia una volta che si è formata? La scia continua a diluirsi. A quelle temperature l'acqua ghiaccia subito, ma se continua a diluirsi e se l'aria è secca, molto presto sublima, cioè passa direttamente da ghiaccio a vapore, come succede con la naftalina. Alle condizioni dell'esempio indicato sopra, il ghiaccio sublima se ho meno di 0,14 grammi di acqua per kg di aria. La scia dura qualche minuto e poi svanisce. Come per la lunga, ma non persistente scia nella foto qui sopra, di un aereo che passava a circa 9-10 km di quota, e 15 di distanza da casa mia, il 2 dicembre.

Ma se l'aria conteneva già un po' di umidità, succede una cosa interessante. Se l'umidità è più di quella che serve a condensare, si formano nubi. Cirri, a quelle quote, veli, foschia che nei siti dei sostenitori del complotto sono attribuiti alle scie stesse. Se è un po' meno di questa, l'acqua non condensa (fino a quando arriva quella prodotta dall'aereo, e si forma la scia), ma il ghiaccio non riesce a sublimare. Una volta che la scia si è formata, non può più svanire. Abbiamo una scia persistente.

Nell'esempio fatto sopra se l'aria a -45 gradi conteneva più di 0,14 grammi di acqua per kg (umidità relativa del 70%, ma in assoluto una bazzecola, 140 milligrammi), posso diluire gli scarichi quanto mi pare, ma il ghiaccio non sublimerà mai, neppure dopo ore. La scia si espande, si sposta di lato per il vento (per cui se passa un altro aereo nella stessa via avremo una scia parallela), si sfrangia, ma non svanirà del tutto. Visto che di aerei ne passano alcuni l'ora, si formano rapidamente reticoli come quello qui accanto.

L'aria ad alte quote è molto fredda, ma di solito secca. Però la quantità di acqua che serve a bloccare la sublimazione è davvero poca. A -55 gradi e 10.000 metri sono solo 60 milligrammi per kg di aria. Misurare queste umidità è complicato, i sensori delle radiosonde a queste temperature tendono a dare un po' i numeri del lotto, soprattutto visto che devono fare queste misure velocemente, mentre il pallone sonda sale di quota e le condizioni esterne variano in modo rapido. Inoltre l'umidità varia moltissimo da un punto all'altro dell'atmosfera, e posso avere condizioni per la formazione di scie in un punto, ma non 100 metri di lato, o avanti. Ad esempio in questa foto si vede un aereo che attraversa un cirro, lasciandoci dentro una brevissima scia. La quota è relativamente bassa, intorno agli 8000 metri, e difatti la scia si forma (e persisterà) solo all'interno della zona umida della nube. Nell'inserto un ingrandimento dell'aereo, passato sopra casa mia il 17 novembre.


Quanto sono frequenti le condizioni per scie persistenti? Sono state fatte campagne di misura con aerei attrezzati appositamente, e si trova che alle nostre latitudini succede circa un giorno su 3-4. Più d'inverno, ma guardandosi i dati delle radiosonde (palloni che misurano le condizioni dell'aria, e vengono lanciati quotidianamente da alcuni aeroporti), anche in Agosto un 3 giorni con possibilità di scie persistenti si trovano. Basta succeda ad una particolare quota, e con tutti gli aerei che ci sono si formeranno decine di scie, che dureranno ore. Con sullo sfondo aerei a quota diversa, che mostrano solo le normali scie non persistenti.