VILLIGEN – Il fumo dei grandi incendi non è soltanto una coltre opaca che oscura il cielo: è un reattore chimico viaggiante, capace di moltiplicare fino a dieci volte la produzione di sostanze tossiche per i polmoni e dannose per il clima. Lo dimostra uno studio pubblicato su Science Advances dai ricercatori dell’Istituto Paul Scherrer (PSI) di Villigen, in Svizzera. La scoperta risolverebbe un enigma atmosferico di lunga data e permetterà di elaborare modelli molto più precisi sull’impatto ambientale dei roghi forestali.
Nell’immaginario comune il fuoco distrugge sul posto. Nella realtà fisica, le colonne di fumo si innalzano per chilometri e attraversano oceani e continenti, trasportando polveri sottili, anidride carbonica e ossidi di azoto (NOx). Le ricadute sono pesanti: malattie respiratorie e accelerazione dell’effetto serra. Fino a oggi, tuttavia, i conti non tornavano. Gli scienziati rilevavano concentrazioni anomalamente elevate di ossidi di azoto a distanze enormi dai focolai, come sulle vette dello Jungfraujoch, nelle Alpi svizzere, dove arrivano gli inquinanti dei roghi scoppiati in Canada.
Per capire il perché, occorre seguire il ciclo chimico di questi gas. Gli ossidi di azoto sono composti formati da un atomo di azoto e uno o due di ossigeno. Nascono dai processi di combustione: fulmini e incendi in natura, combustibili fossili nelle aree urbane, dove i livelli attuali superano di gran lunga quelli dell’era preindustriale. Nella bassa atmosfera, gli NOx generano ozono, un gas serra irritante. Poi si ossidano in acido nitrico (HNO3), si sciolgono come nitrati nelle minuscole particelle di aerosol che formano le nuvole e infine ricadono al suolo con la pioggia. In teoria, questo lavaggio continuo dovrebbe ridurre drasticamente la presenza di ossidi di azoto nell’aria. Esiste sì un processo inverso, chiamato fotolisi, in cui la luce solare riconverte i nitrati in ossidi di azoto, ma è troppo lento per giustificare i dati misurati.
La risposta si nascondeva nel cosiddetto «carbonio bruno». A differenza di altre fonti inquinanti, la combustione incompleta di legno e biomassa genera enormi quantità di polveri sottili organiche e fuliggine, responsabili del colore bianco-grigiastro del fumo. La frazione di questi composti che assorbe la luce visibile è appunto il carbonio bruno. Il gruppo guidato da Markus Ammann del Centro per le Scienze Energetiche e Ambientali del PSI, con Fengxia Bao come prima autrice, ha verificato in laboratorio se fosse proprio questa sostanza l’acceleratore mancante.
L’esperimento è partito da una semplice stufa a legna. I ricercatori hanno simulato un incendio boschivo riducendo l’afflusso d’aria per massimizzare il fumo e il carbonio bruno. Hanno raccolto le particelle con dei filtri, le hanno disciolte in acqua e inserite in un tubo di vetro a temperatura controllata insieme ai nitrati. Il composto è stato poi esposto a diverse lampade UV per simulare la radiazione solare. Con la luce UV dura, ad alta energia, la fotolisi avviene comunque, ma in presenza di carbonio bruno la resa di ossidi di azoto cresce nettamente. Il dato decisivo è emerso usando lampade prive di UV duri: senza carbonio bruno non accadeva nulla, mentre con il carbonio bruno comparivano gli ossidi di azoto.
Il meccanismo è indiretto. Le molecole organiche del carbonio bruno assorbono la luce UV molle, meno energetica, passando a uno stato eccitato. A quel punto cedono un elettrone al nitrato, trasformandolo in ossido di azoto. Il risultato è una reazione dieci volte più veloce rispetto alla fotolisi tradizionale. «È un risultato inequivocabile e significativo», ha commentato Ammann in un intervista di O. Morsch, sottolineando come lo studio dimostri ciò che finora era solo un’ipotesi della chimica dell’aerosol.
La ricerca (Brown carbon in biomass burning aerosol enhances HONO production), sostenuta dal progetto ReCLEAN del Consiglio dei politecnici federali (il settore dei PF che riunisce, oltre al PSI con i suoi 2300 collaboratori e 450 milioni di franchi di budget annuo, i politecnici di Zurigo e Losanna e gli istituti Empa, Eawag e WSL), non si ferma qui. Il quadro non è ancora completo e in futuro il team intende testare nella camera di simulazione l’intero materiale combusto, senza limitarsi agli estratti filtrati in acqua.
Intanto, per chi sperava che l’aria pulita d’alta montagna restasse immune dai disastri ambientali d’oltreoceano, la chimica ha appena presentato un conto piuttosto salato.
Redazione innovazione
