Le scie di condensazione di aereo: normalità e anomalie (by cieliazzurri)

Cosa si sa sulla formazione delle scie bianche di aerei? Cosa dicono gli scienziati che si occupano di fenomeni atmosferici, sulle scie di aerei? Esistono degli studi sulle scie? Si sa come e perché le scie si formano? Che caratteristiche hanno le scie di aerei?
Ritengo molto importante conoscere quali sono i principi fisici alla base della formazione delle scie degli aerei per poter valutare se i fenomeni supposti anomali relativi alle scie osservati da tempo sulle nostre città rientrino o meno nella normalità. Se noi riteniamo che passino aerei sulle nostre teste che rilasciano scie anomale, dobbiamo per prima cosa essere ben sicuri di cosa sia il nostro paragone, cioè le scie normali.
Se poi osserviamo una scia con delle caratteristiche che non rientrano nella descrizione scientifica delle scie, abbiamo trovato una anomalia e nessuno può negarlo.

Lo scopo di questo articolo è quello di riassumere la teoria scientifica della formazione delle scie di aereo (andando anche a verificare quali sono gli effetti descritti dalla comunità scientifica delle scie di aereo sul clima) e, in base a questa analisi, verificare se esistono fenomeni relativi alle scie che non possono essere spiegati come normali.

Come vedremo di seguito, alcune delle anomalie evidenziate in questo blog sono, per gli scienziati che si occupano di scie di condensazione o contrails, dei fenomeni normali. Altri fenomeni inerenti le scie di aereo osservate nei cieli risultano invece non spiegabili dalla teoria scientifica. E’ quindi importante separare fenomeni anomali che hanno una risposta scientifica da quelli che non l’hanno. In un ipotetico dibattito sulla veridicità delle scie chimiche, i primi argomenti, incontrerebbero una forte resistenza. Se riteniamo che un fenomeno sia anomalo, ma esso viene ritenuto normale dalla comunità scientifica, dovremmo essere pronti ad un difficile confronto. Un fenomeno che invece non rientra nella teoria scientifica di formazione delle scie di condensazione risulta naturalmente anomalo, non può essere confutato, e sarebbe sufficiente a dimostrare l’esistenza di scie provocate a comando nei cieli, a meno che la teoria scientifica risulti errata o venga cambiata.

Come si formano le scie

La quantità di vapore d’acqua (cioè acqua allo stato gassoso) contenuta nell’aria dipende dalla temperatura a cui l’aria si trova. Minore è la temperatura dell’aria, minore è la quantità di vapore di acqua che l’aria è in grado di contenere.
Ad esempio di notte, se la temperatura si abbassa oltre un determinato valore, in base all’umidità (cioè acqua allo stato gassoso) presente nell’aria, li vapore d’acqua contenuto nell’aria condensa (passa cioè dallo stato gassoso allo stato liquido) e si forma la rugiada. La temperatura è scesa quindi sotto il punto di condensazione o, punto di rugiada.
Le nuvole si formano proprio così. L’aria calda sale e man mano che sale diventa meno brava a trattenere l’umidità in essa contenuta fino a che questa condensa in goccioline. E’ stato raggiunto il punto di rugiada. Si formano le nuvole.

Vediamo adesso come si formano le scie.

Le scie di condensa si formano quando il vapore d’acqua caldo presente nei gas di scarico dell’aereo si mescola con l’aria umida presente in quel punto [1]. Durante il processo di mescolamento può accadere che l’umidità locale superi la saturazione del vapore rispetto al liquido. Goccioline di acqua si formano quindi su particelle di aerosol presenti nell’aria o nello scarico dei motori. Poiché la temperatura richiesta per la formazione delle scie è di norma inferiore ai -40°C le goccioline si trasformano istantaneamente in ghiaccio e crescono, attraverso una deposizione di vapore sul ghiaccio, fintanto che l’umidità relativa rimane al di sopra della saturazione del vapore su ghiaccio [2], [3].

Le scie si iniziano a formare tipicamente a 30 metri di distanza dal velivolo.

Per chiarire meglio il processo di formazione delle contrails, vediamo questo schema [4].

In questo grafico sono presenti sull’asse delle x la temperatura e su quello delle y l’umidità relativa.
Sono presenti due curve: la curva di saturazione del vapore su acqua e la curva di saturazione del vapore su ghiaccio. Nell’atmosfera l’umidità condensa da vapore a liquido, mentre il passaggio diretto da vapore a ghiaccio non avviene.
Una scia quindi, che come abbiamo visto è costituita da ghiaccio, si forma sempre per iniziale condensazione di vapore a liquido e successiva solidificazione del liquido a ghiaccio.

Vediamo di discutere la figura. Immaginiamo che lo scarico dell’aereo si trovi in ben determinate condizioni di temperatura e umidità relativa (punto A nello schema) e l’aria in quota dove viene rilasciata la scia si trovi ad altre determinate condizioni di temperatura e umidità relativa (B). I due fluidi si mescolano. Si forma quella che viene chiamata una mixing cloud. E' esattamente lo stesso principio del respiro che condensa quando fa freddo. L’aria fredda si miscela con l’aria calda che viene dai polmoni e l’umidità totale della mixing cloud supera il punto di rugiada. Si forma la nuvoletta, di norma non persistente :-) .
La temperatura e l’umidità dell’aria nel punto di rilascio della scia (A) raggiungeranno gradualmente temperatura e umidità del punto B muovendosi lungo la linea verde dello schema. L’aria della miscela si raffredda e diviene sempre meno in grado di trattenere tutta la sua umidità. A un certo punto la linea verde intercetta la linea di saturazione del vapore su ghiaccio. Non succede niente. Il passaggio diretto gas-ghiaccio come abbiamo detto non avviene. La temperatura continua a scendere. Si raggiunge la linea di saturazione del vapore su liquido. A questo punto l’umidità della nostra mixing cloud condensa. Si formano goccioline d’acqua che a causa della temperatura estremamente bassa si trasformano in ghiaccio e continuano a crescere via accumulo diffusionale [3] di vapore su ghiaccio fintantoché l’umidità relativa rimane superiore alla saturazione su ghiaccio (ci troviamo, seguendo la figura, nella zona di persistenza del ghiaccio, e quindi di persistenza della scia). La temperatura continua a scendere fino a intersecare la curva di sublimazione del ghiaccio. Il ghiaccio adesso non può più persistere e sublima. La scia si spegne.

Risulta chiaro che a seconda di come sono posizionati A e B nello schema la scia può esistere o non esistere e se esiste può essere più o meno persistente.

Ad esempio nella prossima figura, non si ha formazione di scia perché la linea verde, pur intersecando la linea di saturazione del vapore su ghiaccio, non interseca mai la linea di saturazione del vapore su liquido.

Nel caso di due aerei con efficienze differenti del motore è possibile che pur trovandosi nello stesso ambiente (stesso punto B) abbiano due punti di partenza differenti (punti A diversi) e che quindi uno intersechi la saturazione dell’acqua e l’altro no, producendo quindi risultati diversi.

Nella prossima figura invece, il punto (B) è situato all’interno della zona di persistenza del ghiaccio. Cosa vuol dire? Vuol dire che la scia non sublima, cioè non si spegne ma persiste. L’aria è molto umida e non ci sono condizione per sublimare. Il vapore continua a depositarsi sul ghiaccio fintanto che è sovrasaturo. La scia si spegnerà ad esempio entrando in una zona in cui siamo al di sotto della saturazione di vapore su ghiaccio.


Risulta chiaro che se un aereo vola a bassa quota dove la temperatura dell’aria è più calda, la linea con ogni probabilità non intersecherà la zona di condensazione e quindi non si avrà scia.


E’ possibile conoscere queste probabilità. In base alle considerazioni fatte sino ad ora, conoscendo temperatura e umidità relativa ad una certa quota è possibile prevedere se e quando si forma una scia di una aereo. Il diagramma di Appleman [5] mostra ad esempio che ad una pressione atmosferica di 300 hPa (corrispondente a circa 9000 metri) a temperature maggiori di -40°C. un aereo non può produrre la scia, anche con una umidità relativa del 100%.

Le scie di condensazione di aerei secondo la NASA

Appurato come si formano le scie, vediamo come viene trattato l’argomento scie di condensazione sul sito della NASA.
Sul sito della NASA è presente una sezione educativa [6] dedicata interamente al fenomeno delle scie di condensazione dei aerei. Nella sezione si trovano molte pagine, con spiegazioni, FAQ (Frequently Asked Questions) ed esercizi. Un notevole impegno per spiegare cosa sono, come si formano, che ruolo giocano sul clima le scie bianche di aerei.

Vediamo quali sono i punti principali che emergono dalle pagine del sito della NASA.

-Definizione di scia secondo la NASA.

Le scie di condensazione di aereo sono nuvole indotte dall’uomo che si possono formare solo ad alte quote (solitamente sopra gli 8 Km) dove l’aria è estremamente fredda (meno di 40°C). Le scie si formano solo se passa un aereo [7] :-) .

-Problemi legati alle scie di condensa.

Le scie sono fatte di ghiaccio, quindi sono innocue. Tuttavia, le nuvole sono la variabile maggiore per controllare la temperatura atmosferica terrestre ed il clima. Qualsiasi cambiamento nella copertura delle nuvole potrebbe contribuire a cambiamenti a lungo termine sul clima. Poiché le scie, soprattutto quelle persistenti, rappresentano un aumento nella copertura nuvolosa, esse contribuiscono a modificare il clima [8] .
Le scie persistenti possono formare estesi cirri che tendono a scaldare la Terra perché riflettono meno luce solare di quella che fanno passare. Il bilancio tra luce che arriva sul pianeta e che viene riflessa guida i cambiamenti climatici [9].
Infine sulla base di analisi di dati metereologici e su assunzioni circa la crescita future del traffico aereo e miglioramenti tecnologici, ci si aspetta che la copertura di scie persistenti aumenti da adesso al 2050 [10].

-Tipi di scie.

Esistono tre tipi di scie: a vita breve, persistenti e persistenti che si espandono (vedi discussione precedente). Le scie persistenti possono permanere ore o giorni. Le scie in espansione possono espandersi per migliaia di chilometri quadrati ed essere indistinguibili da normali cirri. Le scie si possono espandere per 200-400 m in altezza e molti chilometri in larghezza [8], [10], [11]. Non ho trovato informazione circa la lunghezza raggiungibile dalle scie.

Per quanto riguarda la persistenza delle scie, in un documento informativo sulle scie di condensazione e in un articolo scientifico di produzione NASA [10], [2] si possono osservare fotografie di cieli ricoperti da tracciati di scie. Immagini analoghe sono presenti in molti siti che si occupano della questione scie chimiche, compreso questo blog. Le scie presenti nelle fotografie dei due documenti vengono tuttavia descritte come normali scie di condensazione di tipo persistente in espansione.

-Sezione FAQ

Tra le varie questioni discusse: la presenza di scie in cui si formano interruzioni, spiegata con mancanza di umidità nell’interruzione; la presenza contemporanea nel cielo di aerei con e senza scia, sempre spiegata con differenze locali di composizione dell’atmosfera o differenze di efficienze dei motori dei due velivoli; perché ci sono giorni dove vediamo scie e giorni in cui non le vediamo (anche questa domanda è affrontata con il discorso dell’umidità) [7].

Riassumendo, la NASA dice:

-Scia persistente che si trasforma in cirro (le nuvole che stanno a quote maggiori di 6000 m): fenomeno normale.

-Scia che dura per giorni: fenomeno normale.

-Cielo tappezzato da scie che si incrociano: fenomeno normale.

-Scia interrotta: fenomeno normale.
-Due aerei: uno con scia e l’altro senza: fenomeno normale.

-Giorni con scia e giorni senza: fenomeno normale.

Discussione

Questa dunque è la visione ufficiale della scienza sulle scie di condensazione di aerei. E’ importante tenerla presente perché in qualsivoglia discussione sopra le scie chimiche, la descrizione scientifica del fenomeno verrà sempre presa in considerazione.

E’ importante anche sottolineare che abbiamo appurato che le scie di aereo, indipendentemente dal fatto che siano buone o cattive, contribuiscono al riscaldamento del pianeta e che si prevede che il fenomeno sia destinato ad aumentare.

Vediamo dunque se esistono fenomeni legati alle scie di aereo ritenuti anomali che non rientrano nella descrizione scientifica della formazione delle scie.

Molte delle cose che a noi sembrano anomale sono descritte dalla NASA come normali. Le spiegazioni addotte possono essere plausibili. Con il discorso dell’umidità che varia da punto a punto dell’atmosfera, si può spiegare tutto. Basta salire di un livello di quota e la scia non c’è più perché a quel livello l’umidità è variata. L’aereo ha incontrato una regione senza umidità ed ecco l'interruzione nella scia. Certo è che ci sono casi documentati di scie interrotte di netto [12] dove l’umidità deve proprio fare dei giochi di prestigio perché si producano tali scie!

Le scie persistenti che durano giorni e coprono il cielo sono per la NASA una cosa normale. L'affermazione che le scie persistenti sono scie anomale sarebbe quindi attaccabile in sede scientifica.

Esiste tuttavia un fenomeno legato alle scie di aerei ritenuto anomalo che non rientra nella descrizione scientifica di formazione delle scie. Il fatto che degli aerei producano scie a quote dove le scie non si possono formare risulta essere una anomalia proprio da un punto di vista scientifico. La NASA lo ripete più volte, il diagramma di Appleman lo conferma: le scie si formano solo con determinate condizioni di temperatura e umidità, condizioni che si verificano in quote superiori agli 8000 metri. A quote inferiori le scie non si formano alle nostre latitudini.
Quindi, fotografie e video di avvenuti sorvoli con scia a bassa quota risultano essere prove importanti del rilascio nei nostri cieli di scie anomale.

Ma come si può dimostrare che una scia è stata prodotta a quote inferiori agli 8000 metri? Fondamentalmente in 3 modi:

i) facendovi collimare un laser con un puntatore che abbia una gittata nota ben inferiore ad 8000 metri [13];
ii) stimando la quota di volo di un velivolo che produce le scie di cui conosciamo il modello, e quindi le dimensioni, attraverso l’analisi di una sua fotografia [14];
iii) osservando le nuvole al di sopra od al livello dell'aereo che produce le scie. Se si tratta di nuvole basse o medie, sappiamo che l’aereo si trova certamente a meno di 6000 metri.

La prova di Straker [13] ha dimostrato che un aereo con scia ha volato su una città ad una quota inferiore ai 4000 metri. La scia di quell'aereo quindi non poteva essere una normale scia di condensa.

Esistono anche altri fenomeni che non rientrano nella normalità del fenomeno scie di condensazione:

-“orde” di 10-15 aerei che passano nel giro di una o due ore producendo scie persistenti. Poi per tutto il giorno non se ne vedono più. Il giorno dopo alla stessa ora non si vede quest’orda. Non si vedono scie e non si vedono tutti questi aerei. Ho osservato questo fenomeno varie volte e non riesco a spiegarmelo;
-aerei che smettono di colpo di sciare, con dinamiche che difficilmente si spiegano con passaggi a strati ad umidità differente [12], [15];
-osservazione di aerei con due motori e tre scie [16];
-asimmetria nelle scie. Quadrimotori con scie differenti tra di loro. Scie costituite da due corpi ben distinti, difficilmente spiegabili con la presenza di vortici [17], [18].

Ricordo infine che esistono anche una serie di fenomeni inquietanti che sono o potrebbero essere relazionati alle scie anomale di aerei:

-avvistamenti di oggetti volanti non identificati nei pressi di scie ritenute anomale [18], [19];
-presenza di formazioni nuvolose anomale dopo il passaggio di scie, come ad esempio le nuvole mammatus a Milano [20];
-presenza frequente di fenomeni ottici nelle scie e nelle nuvole (corona, arcobaleni, sundog);
-presenza di alte concentrazioni di alluminio e bario in aree dove sono state osservate nuvole anomale [21] ;
-possibile relazione tra il morbo di Morgellon e le scie persistenti [22];
-frequente presenza di corpi nuvolosi enormi con produzione di pochissima pioggia.

Conclusioni

Le scie di condensazione di aerei sono un fenomeno studiato e caratterizzato scientificamente. Assistiamo tuttavia a fenomeni nei cieli che non rientrano in tale caratterizzazione scientifica. In particolare, si assiste alla produzione di scie a quote dove esse non potrebbero formarsi. Tali osservazioni indicano l’anomalia di un fenomeno: una scia che si produce dove non può formarsi non può essere una normale scia di condensazione. Di cosa si tratta allora? E' auspicabile che si ottenga al più presto una risposta a tale interrogativo.

Bibliografia

[1] Appleman, H. The formation of exhaust condensation trails by jet aircraft (1953). Bull Amer Meteror Soc 34, 14-20.

[2] Minnis, P. Contrails (2002). In Encyclopedia of Atmospheric Sciences, Academic Press, London, J. Holton, J. Pyle, and J. Curry, Editors

[3] Gierens KM. Numerical simulation of persistant contrails (1996). Journal of Atmospherc Science 53 (22), 3333-3348.

[4] Riadattato da: http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/resources/...

[5] http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/resources/activities/...

[6] http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/

[7] http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/faq.html

[8] http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/importance.html

[9] http://www.nasa.gov/home/hqnews/2004/apr/...

[10] http://www.ueet.nasa.gov/images/PDF/contrails.pdf

[11] http://asd-www.larc.nasa.gov/GLOBE/science.html

[12] http://www.youtube.com/watch?v=2GQu2Fp4bkE

[13] http://straker-61.blogspot.com/2007/07/la-prova-proof.html

[14] http://sciechimiche-zret.blogspot.com/2006/11/...

[15] http://www.youtube.com/watch?v=FBiCp5TebO4

[16] http://www.youtube.com/watch?v=iHfpT5DImWo

[17] http://www.carnicom.com/corepulse.htm

[18] http://sciemilano.blogspot.com/2007/07/...

[19] http://sciemilano.blogspot.com/2007/08/...

[20] http://www.youtube.com/watch?v=74OdcjDVdIE

[21] http://sciechimiche-zret.blogspot.com/2007/07/...

[22] http://www.ecplanet.com/canale/ecologia-6/...

Fonte: cieliazzurri