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CO2 ppm: perché misuriamo le parti per milione

Il biossido di carbonio (CO2) è un potente gas serra, ma rappresenta meno dello 0.1% dei gas in atmosfera. Per questo la COsi misura in Parti Per Milione (ppm).

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Saverio Lapini

Esperto in cambiamento climatico

Summary

Il biossido di carbonio (CO2) rende possibile la vita sulla Terra, ma le sue concentrazioni in atmosfera stanno aumentando rapidamente.

La CO2 causa il riscaldamento globale, che danneggia gravemente gli ecosistemi e mette a rischio la sopravvivenza degli uomini.  

Nonostante il suo potente effetto serra, la CO2 è presente in atmosfera in quantità piccolissime, inferiori allo 0.1%. Per questo si misura in parti per milione (ppm).

Una parte per milione (ppm) indica che per ogni milione di parti di aria, una parte è costituita da anidride carbonica.

Nel 2023 la concentrazione di CO2 in atmosfera è stata pari a 420 ppm, circa 3 ppm in più rispetto al 2022.

Adesso le ppm di CO2 sono più alte del 49% rispetto ai livelli preindustriali, quando l’atmosfera conteneva circa 280 ppm di CO2.

Le tecnologie più diffuse per misurare la presenza del biossido di carbonio nell’aria si basano sui raggi infrarossi (IR). 

Invece, per studiare l’atmosfera del passato si analizzano i ghiacciai.

Un ghiacciaio che si sta sciogliendo a causa dell'aumento di CO2 ppm in atmosfera che causano il cambiamento climatico e lo scioglimento dei ghiacciai

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Cosa sono le Parti Per Milione (ppm) di CO2

L’atmosfera terrestre è composta da molti gas, di cui i gas serra rappresentano soltanto una piccolissima parte. 

Il 78% dell’atmosfera è composto da azoto, il 21% da ossigeno e lo 0.9% da argon. Solo lo 0.1% è composto da altri gas, tra cui anche i gas ad effetto serra.

Nonostante il diossido di carbonio (CO2) abbia un grande effetto sul riscaldamento globale, le sue concentrazioni in atmosfera sono piccolissime. Anche il metano è un gas serra molto potente, che è presente in concentrazioni minime in atmosfera.

Per misurare delle quantità così piccole si utilizza come unità di misura il Part Per Million (ppm), in italiano parti per milione. 

Il ppm è un’unità di misura molto comune in chimica e si usa per misurare la concentrazione di sostanze presenti in piccole quantità.

Le parti per milione sono un modo semplice e comprensibile per quantificare la concentrazione di gas climalteranti in atmosfera. Una parte per milione significa che per ogni milione di parti di aria, una parte è costituita da anidride carbonica.

In termini tecnici, il ppm viene calcolato come rapporto tra la quantità di una sostanza, in questo caso la CO2, e la quantità totale di materiale, in questo caso l’aria. Questo rapporto viene poi moltiplicato per 1 milione per rendere il numero più grande e leggibile.

La formula chimica per il calcolo del ppm in italiano. Data da (grammi o molecole di CO2)/(grammi o molecole di aria)*1,000,000

Anche le aziende possono calcolare le loro emissioni di biossido di carbonio (CO2) attraverso la carbon footprint. Questa viene calcolato moltiplicando i vettori energetici utilizzati per degli specifici fattori di emissione.

Il calcolo della carbon footprint di prodotto o di organizzazione è uno step fondamentale per raggiungere emissioni net zero.

Per calcolare l’impronta di carbonio si utilizza la CO2 equivalente (CO2e), un’unità di misura che rende comparabili l’emissione di tutti i gas climalteranti, inclusi il metano (CH4) e il protossido di azoto (N2O).

Atmosfera terrestre vista dall'alto, dove si concentrano le emissioni di carbonio calcolate dalle aziende traminte carbon footprint

Perché misurare le ppm di anidride carbonica (CO2) in atmosfera

L’atmosfera terrestre è l’involucro di gas che circonda la Terra e permette la vita nel nostro pianeta.

Tra i gas presenti in atmosfera vi sono anche i gas ad effetto serra, che assorbono le radiazioni del sole e riscaldano l’intero pianeta. Senza i gas serra, la Terra sarebbe inabitabile e avrebbe una temperatura di -18 ℃.

L’anidride carbonica, anche chiamata biossido di carbonio o CO2 per la sua formula chimica, è uno dei gas serra che rendono la Terra abitabile.

Nella storia del pianeta un aumento delle parti per milione di anidride carbonica (CO2) ha sempre causato un surriscaldamento globale.

Negli ultimi 150 anni le ppm di CO2 in atmosfera sono aumentate rapidamente a causa dell’industrializzazione. 

Le emissioni di CO2 antropogenica, ovvero generate dalle attività umane, hanno già creato un aumento della temperatura media terrestre di circa 1.2 ℃.

L’aumento della temperatura globale genera il cambiamento climatico (climate change) che tutto il mondo sta sperimentando. Il cambiamento climatico causa eventi estremi come precipitazioni molto intense, ondate di calore e lunghi periodi di siccità.

Misurare la concentrazione di CO2 ppm ci aiuta a comprendere l’impatto delle attività umane sull’ambiente. 

Inoltre, misurare le emissioni di CO2 in atmosfera è cruciale per la valutazione delle politiche climatiche. Ad esempio, ridurre i kg CO2 per kWh elettrico è fondamentale per raggiungere zero emissioni di carbonio.

Il grafico mostra come l'aumento della concentrazione di ppm di CO2 in atmosfera è sempre stato accompagnato da; riscaldamento globale

Negli 800,000 anni precedenti un aumento della concentrazione di CO2 ppm in atmosfera è sempre stato accompagnato da un aumento della temperatura media globale. Credit: The Conversation.

Le tecnologie per misurare la CO2 ppm in atmosfera

La concentrazione di biossido di carbonio in atmosfera è equamente distribuita nelle diverse regioni del pianeta. 

Tuttavia, se misurassimo l’anidride carbonica nei pressi di un’azienda o di una strada, otterremmo delle parti per milione di CO2 molto superiori alla media.

Per ovviare a questo problema, gli scienziati misurano continuamente la concentrazione media di CO2 ppm nei posti più remoti del pianeta. 

Ad esempio, alcune stazioni di misurazione di anidride carbonica si trovano sul vulcano hawaiano Mauna Loa, nell’Antartico o al Polo Nord.  

Le prime misurazioni continuative di CO2 in atmosfera sono iniziate nel 1958 presso il vulcano di Mauna Loa alle Hawaii. 

La prima tecnologia utilizzata per misurare parti per milione di CO2 era basata su un sistema di manometri e altri strumenti ormai superati.

Oggi le tecnologie più diffuse per misurare le emissioni di CO2 in atmosfera sono i sensori ad infrarossi NDIR (nondisperive infrared).

Un misuratore ad infrarossi è formato essenzialmente da un tubo che viene riempito dell’aria da analizzare. Da un lato del tubo viene emessa una luce ad infrarossi, mentre all’altra estremità è presente un lettore ottico che analizza i raggi infrarossi in arrivo.

Dato che l’nidride carbonica assorbe le radiazioni infrarosse in un modo unico, i misuratori a infrarossi misurano la CO2 ppm in modo preciso

Recentemente si sta iniziando a misurare la concentrazione di gas ad effetto serra attraverso i satelliti che orbitano nello spazione.

La tecnologia utilizzata è il LIDAR, un laser che attraversa l’atmosfera e misura la presenza di gas serra con una buona approssimazione.

Uno scienziato fa analisi di laboratorio per misurare le parti di milione (ppm) di anidride carbonica o biossido di carbonio nell'aria

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Come misurare le parti per milione di CO2 nel passato

Per quantificare la crisi climatica che stiamo attraversando, è importante conoscere le ppm di anidride carbonica (CO2) presenti in atmosfera nella storia della Terra.

Per questo, i ricercatori di tutto il mondo hanno sviluppato delle tecniche per ricostruire l’atmosfera terrestre fino a 800,000 anni fa.

I ghiacciai, infatti, ci permettono di tornare indietro nel tempo e studiare l’atmosfera del passato. 

La tecnica utilizzata per studiare le concentrazioni di biossido di carbonio (CO2) nel passato è la “carota di ghiaccio” (ice coring in inglese). Questo metodo consiste nel prelevare dei campioni dagli strati più profondi dei ghiacciai, per analizzare le parti per milione di CO2 intrappolate nel ghiaccio. 

In particolare, i ghiacciai della Groenlandia e quelli dell’Antartide si sono formati moltissimi anni fa e hanno intrappolato al loro interno delle minuscole bollicine di gas.

Queste bollicine sono dei campioni perfetti delle ppm di CO2 nella storia della Terra.

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