Le foglie delle piante fanno caldo: meglio l’asfalto?

Proposizione: le foglie degli alberi sono scure. Mediamente, dove metto alberi la luce del sole tenderà a produrre più calore al suolo rispetto alle aree circostanti. Chi lo racconta? Varie fonti, ma questo non è poi così importante; questa chiacchierata non deve concludersi con una rissa, è solo l’occasione per perdere una manciata di minuti in discussioni leggere. Navigando a caso nel mare della rete con un motore di ricerca, potremmo leggere affermazioni del tipo “…. la quantità di CO2 che si può assorbire per riforestazione è piccola in confronto alla quantità emessa dalla combustione dei fossili. E che questo modesto risultato può facilmente essere annullato dall’effetto del colore scuro delle foreste….”. Lasciamo stare le questioni relative alla CO2 – ovviamente le piante possono fare poco davanti alle nostre furiose emissioni da combustibili fossili. Avrei da dire qualcosa circa il fatto che quando si parla di emissioni climalteranti c’è una folla di persone che gridano che “è colpa degli agricoltori”, salvo poi raccontare che “le foreste non servono a niente”: due affermazioni intrinsecamente contraddittorie e che ho sentito proporre assieme. Divertente, ma pericoloso.

Bando alle ciance: il colore scuro delle foreste dunque. Conoscete il concetto di albedo? Si tratta della misura della quantità di radiazione che incide su di una superficie e che viene da essa riflessa. Attenzione, riflessa e non riemessa: luce rossa, ad esempio, che rimbalza via da una lamiera smaltata come luce rossa e nient’altro. Se la luce viene assorbita, è possibile che venga poi emesso calore sotto forma di infrarosso dall’oggetto esposto all’illuminazione; ma questo fenomeno non è una riflessione, è un’altra cosa. Quanto riflettono le superfici? Il nostro pianeta ha una albedo media che viaggia attorno a 0,30 – 0,35, anche se esistono valori attestati in letteratura un pelo più alti. La variabilità nello spazio e nel tempo è molto forte: nuvole e neve riescono a spedire via anche il 40 – 80 % della luce incidente sotto forma di luce riflessa. Il catrame e gli asfalti invece ben poco, e si scaldano parecchio: possono riflettere luce in ragione di pochi per cento della illuminazione incidente. Fino a qui la storia è banale: ma la vegetazione che fa?

albedo clear sky giugno pianeta terra riflessione luce sole radiazioneAlbedo media “clear sky”, giugno. Grafica: NASA.

La misura comparativa dell’albedo che vi propongo in immagine è presa a prestito dalla sezione NASA – Global Energy and Water Exchanges. Teniamo a mente una differenza importante: con “clear sky albedo” intendiamo la frazione di luce solare incidente riflessa dal terreno; con “total sky albedo” invece ci riferiamo alla riflessione combinata del suolo e delle nubi. Tornando all’immagine sopra, che rappresenta il solo comportamento del suolo, possiamo notare alcune cose interessanti. Gli oceani sono scuri, assorbono quasi tutta la luce che li investe. Le masse di neve e ghiaccio delle alte latitudini invece sono chiare: hanno grandi capacità di riflessione. Una cosa meno ovvia è il comportamento delle aree desertiche: se guardate bene l’area del Sahara, noterete che l’albedo è oggettivamente alta; la superficie del deserto riflette molta più luce di quanto possano fare il territorio europeo o la regione amazzonica. Il fatto di avere utilizzato per i confronti un valore di albedo che rimuove l’azione delle nubi rende questa differenza ancora più evidente. E così, pare proprio che la vegetazione abbia qualche difetto in tema di microclima locale: se meno luce viene riflessa, più calore verrà generato al suolo. Un pessimo affare, si direbbe.

Il pessimo affare è purtroppo un altro: il fatto di non fermarsi a pensare al significato dei dati e dei modelli. Possiamo impilare cifre ed immagini fino a coprire un’intera città, senza per questo comprendere la natura del fenomeno che osserviamo. Voi dove preferireste abitare, mettiamo, a metà giugno? Nelle settimane attorno al solstizio estivo l’insolazione è quasi uniforme dall’equatore al polo nord. Stando alle tabelline fornite, ad esempio, dall’enciclopedia in inglese, i materiali che meglio riflettono i raggi solari sono – ci crediate o no – la sabbia dei deserti ed il calcestruzzo appena indurito. Le foreste sono scure, al punto che perfino un asfalto appena invecchiato, e quindi leggermente decolorato, può arrivare ad avere capacità di riflessione abbastanza simili. Vi ripeto la domanda: voi a giugno, in una giornata di cielo sereno, dove preferireste abitare? In mezzo ad un boschetto di pioppi nel bolognese? In una dacia circondata di abeti? O in mezzo alle sabbie del Sahara? O piuttosto in un capanno di cantiere attorniato da cortili in cemento? Provate a darvi una risposta, di getto, e cercate di pensare a quale ne sia il motivo.

Se non vi viene in mente niente, mi permetto di suggerirvi una prima ricerca sul tema “isola di calore”. In inglese potete cercare qualcosa come “urban heat island”; se possibile è utile farlo, visto che amplia il materiale disponibile per la discussione. Brevemente: in una qualsiasi area urbana, una sistematica verifica delle temperature in una giornata estiva rivelerà che le aree alberate o almeno inerbite sono di gran lunga le più fresche. Non importa sapere quali siano i materiali messi a confronto: asfalto, ceramiche, selciati in calcestruzzo, vetrate, tetti in lamiera, cortili ghiaiati – non fa differenza. Per quanto diverse possano essere le soluzioni costruttive del caso, il risultato sarà sempre il medesimo: o siete sotto alle foglie di una pianta, oppure morite di caldo. Per rendere evidente questo fenomeno possiamo affidarci ancora una volta a qualche immagine presa a prestito dalla NASA.

Isola di calore urbano, Buffalo, USA. Vegetazione, suolo urbanizzato, clima, temperaturaTemperature, suolo urbanizzato e vegetazione; Buffalo, USA. Grafica: NASA.

L’immagine ritrae l’abitato di Buffalo; fornisce in ordine le temperature diurne rilevate, il grado di antropizzazione del suolo e la densità della vegetazione per la città ed i dintorni. Potete ingrandirla ed osservarla meglio. Sorprendentemente, le aree più fredde coincidono con le aree aventi maggior presenza di alberature. Eppure le considerazioni circa l’albedo dei materiali avrebbero suggerito qualcosa di diverso. Ammettendo anche che lo spazio urbano fosse costituito interamente di parcheggi asfaltati, dovremmo ricordare che la capacità di un asfalto un po invecchiato di riflettere la luce solare non è dissimile da quella manifestata da un foresta della fascia climatica temperata. Una città a dire il vero contiene anche elementi nettamente migliori in termini di albedo. E allora torniamo al punto: come mai stranamente le uniche aree cittadine nelle quali in estate non si muore di caldo sono quelle caratterizzate da discreta copertura vegetale? E perché questa evidenza sperimentale nota a chiunque sembra contraddire altre valide evidenze sperimentali circa le relative albedo manifestate dalle diverse coperture del suolo?

Le temperature rilevate nell’esperimento condotto dalla NASA a Buffalo in effetti mostrano una correlazione quasi perfetta con il livello di urbanizzazione; e parimenti una correlazione inversa altrettanto impeccabile con la densità di copertura vegetale. Non è possibile appoggiarsi a considerazioni circa il calore diretto prodotto dalle attività antropiche, consumi di combustibili in particolare: se fosse questa la causa principale del problema, allora le correlazioni verrebbero meno. A spiccare sarebbero esclusivamente grandi industrie, strade molto trafficate o altri oggetti comparabili. Invece la mera presenza di suolo urbanizzato sembra produrre sempre ed ovunque anomalie termiche positive comparabili in intensità. Giocate con l’immagine di Buffalo, osservatene i vari quartieri, ve ne renderete conto da voi. Otre a questo, dobbiamo ricordare che le disponibilità energetiche variano immensamente a seconda delle capacità economiche delle nazioni – o delle regioni – considerate. Stranamente però l’isola di calore si riproduce più o meno allo stesso modo in qualsiasi agglomerato urbano andiamo ad osservare.

Il suolo antropico è capace di fare quello che fa un deserto: riflette una certa quantità di luce, in termini di albedo è effettivamente performante. Purtroppo però questo fatto non sembra produrre vantaggi in termini di microclima locale: una città in estate è una fornace invivibile. L’unica salvezza pare essere costituita dai parchi pubblici, tanto frequentati nelle serate estive. La radice del problema è l’interazione tra insolazione e caratteristiche delle coperture al suolo: se trasformiamo queste coperture, e noi umani lo facciamo sempre, cambieremo i bilanci termici nell’area coinvolta. Le piante, e le loro foglie, sono apparentemente in svantaggio in termini di capacità di riflettere la luce in una calda giornata d’estate; ma per qualche strana ragione, più ce ne sono e meglio ci possono difendere dal calore estivo. Evidentemente milioni di anni di evoluzione hanno permesso a queste creature di sviluppare strategie utili a tenere sotto controllo il calore in eccesso che si produce stagionalmente. Di certo la questione non è circoscritta al solo parametro denominato albedo: il problema è complesso e non si presta a facili semplificazioni.

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5 risposte a Le foglie delle piante fanno caldo: meglio l’asfalto?

  1. saurosecci ha detto:

    L’ha ribloggato su L'ippocampoe ha commentato:
    una bella riflessione sull’antropizzazione dei suoli e sulla famigerata “Isola di calore urbano” o UHI (Urban Heating Island) di un amico blogger

  2. Ijk_ijk ha detto:

    Avevo letto che qualcuno negli usa aveva proposto di dipingere tutti i tetti di bianco per combattere il gw. Omeopatia applicata ai mali del mondo.

  3. Ijk_ijk ha detto:

    Il problema forse non si presta a semplificazioni ma il buon senso e l’esperienza di tutti giorni ti mettono sotto agli occhi la soluzione più ovvia. Poi l’energia che le foglie non riflettono diviene energia chimica e fissazione del carbonio nei fusti. Una foglia al per quanto scura esposta al sole non scotta, la natura sa fare il suo mestiere. Prova con una lastra di lamiera zincata riflettente quanto vuoi.

  4. sesto rasi ha detto:

    Fausto, a me però non sembra così misterioso (dimmi se la faccio troppo facile):

    uno strato di asfalto, fosse anche spesso mezzo metro, ferma tutta la radiazione non riflessa su uno straterello sottile che, non avendo una gran conducibilità, si scalderà molto in superficie e potrebbe farsi raffreddare molto più dall’aria soprastante per convezione che per trasferimento del calore sotto. Comunque, anche a radiazione costante, temperatura di equilibrio superficiale alta.
    E vale anche per il cemento, per quanto rifletta una parte maggiore della radiazione
    Però: se riempissi la superficie di cemento di buchi, collegati sotto con generose cavità, da sopra vedresti tale superficie più scura. Eppure queste assorbirebbe di più e in superficie sarebbe più fredda.

    In un boschetto, la radiazione non impatta solo sulla parte superiore delle chiome, ma si distribuisce (certo, a decrescere, ma si distribuisce sempre meglio che per una superficie solida e piana). Inoltre foglie e legno vivo sono piuttosto umidi, per cui credo contino anche su calori specifici non irrilevanti

    per l’acqua la faccenda è poi facile: a parte il calore specifico elevato, ma la radiazione, anche se entra tutta, comunque in trasparenza si distribuisce quasi uniformemente su uno strato notevolissimo.

    mi verrebbe da inventare un parametro simile alla diffusività termica (che tra l’altro ha anch’essa un ruolo in questi fenomeni dato che siamo tutt’altro che in equilibrio, la radiazione cicla continuamente, sia per orario per nuvolosità intermittente): però al posto della conducibilità, sopra ci metterei una sorta di capacità di distribuire istantaneamente la radiazione su uno strato spesso. devo pensarci.

  5. fausto ha detto:

    Per tutti: la discussione che intendevo avviare non voleva vertere su come facciano le piante a difendersi dal calore estivo. Avete fatto osservazioni interessanti, come quelle riguardo l’impiego di vernici riflettenti. Anche il discorso di Rasi attorno alla geometria delle superfici esposte è interessante.

    Il punto però non è questo, almeno non per ora. In giro per la rete potete occasionalmente inciampare in analisi volte a spiegare come mai un bosco fa più caldo di una landa desolata; la risposta usuale è la diversa albedo. Il problema è che è errato l’assunto di partenza: in estate un bosco è decisamente più confortevole di un cortile in cemento, e tagliare le foreste non è una buona idea se l’obiettivo è contenere il surriscaldamento al suolo.

    Alcune delle discussioni e delle analisi che mi sono trovato davanti al naso paiono avere lo scopo di dare spiegazione a fenomeni fisici che in effetti non esistono. Scoprire che le foglie delle piante sono scure e la sabbia del deserto è chiara non spiega affatto le anomalie termiche che misuriamo: perché queste anomalie sono di segno contrario a quello ipotizzato. In ogni indagine che conduciamo, in ogni passaggio, dobbiamo confrontarci con le evidenze sperimentali. Se in un qualsiasi istante ciò che dicono i nostri modelli le contraddice, allora è possibile che i modelli siano errati o incompleti.

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