Il grande dirottamento delle rotte marittime e il clima: scoperto un effetto collaterale delle norme sui combustibili

Uno studio climatologico basato su un “esperimento naturale” derivato dal dirottamento globale delle rotte marittime ha rivelato un importante effetto collaterale delle norme sui combustibili marini a basso tenore di zolfo.

La drastica riduzione della capacità dei fumi delle navi di favorire la formazione di nuvole riflettenti. Questa scoperta riduce l’incertezza nei modelli climatici e solleva nuove riflessioni sui compromessi tra qualità dell’aria e bilancio energetico terrestre.

L’impatto climatico delle emissioni marittime: un quadro di sintesi

Il traffico marittimo globale è responsabile di una quota significativa delle emissioni di inquinanti atmosferici. Storicamente, i carburanti impiegati dalle navi contengono elevate concentrazioni di zolfo, il cui ossido e derivati generano aerosol solfati nell’atmosfera. Questi aerosol svolgono un ruolo particolare nella formazione e nelle proprietà delle nuvole: favorendo la nucleazione di molti piccoli droplet d’acqua, incrementano la riflettività delle nuvole stesse (albedo), aumentando la quantità di luce solare riflessa verso lo spazio e contribuendo così a un effetto di raffreddamento climatico temporaneo. Questo fenomeno è una delle principali fonti di incertezza nei modelli del clima globale proprio a causa della complessità delle interazioni aerosol-nubi.

Dal punto di vista della dinamica del sistema climatico terrestre, infatti:

• i gas serra come l’anidride carbonica (CO₂) persistono in atmosfera per secoli, aumentando l’effetto serra;
• gli aerosol derivanti dalle emissioni di combustibili fossili resistono solo alcuni giorni o settimane, ma influenzano direttamente le proprietà radiative delle nubi;
• la combinazione di questi fattori introduce complessità significative nel bilancio energetico terrestre.

Per decenni gli studi hanno tentato di quantificare quanto le particelle di aerosol derivanti dai fumi di combustione navale influenzino la formazione e la riflettività delle nuvole su larga scala. Ma le difficoltà sperimentali, dovute alla variabilità naturale delle condizioni atmosferiche e alla difficoltà di isolare variabili ambientali, hanno reso queste stime ampiamente incerte. La situazione è cambiata drammaticamente con un evento apparentemente estraneo alla scienza del clima: il conflitto armato nel Mar Rosso.

La rotta alternativa attorno al Capo di Buona Speranza: una svolta inaspettata

A partire da novembre 2023, gli attacchi nel tratto del Mar Rosso tra il Golfo di Aden e lo Stretto di Bab al-Mandab hanno costretto migliaia di navi commerciali ad evitarl o, aumentando considerevolmente il traffico attorno al Capo di Buona Speranza, lungo la costa meridionale dell’Africa. Questo spostamento forzato di rotte marittime ha avuto un impatto immediato sulla distribuzione spaziale delle emissioni di scarico navale, soprattutto nel Sud Atlantico, una regione caratterizzata da persistenti strati di nubi basse estremamente sensibili agli aerosol.

Per gli scienziati, questa situazione ha rappresentato una sorta di esperimento naturale: due condizioni quasi identiche, alta attività navale con combustibili tradizionali ad alto contenuto di zolfo e alta attività con combustibili a basso tenore di zolfo imposti dalle normative, sono state osservate in un arco temporale relativamente breve e in condizioni meteorologiche comparabili. Questa circostanza ha permesso di separare gli effetti delle emissioni di aerosol dalle normali variazioni del clima e dell’atmosfera, un’impresa quasi impossibile da raggiungere con esperimenti controllati in laboratorio o con modelli puramente teorici.

Regolamentazione IMO 2020: riduzione del 80% di zolfo nei combustibili marini

Nel gennaio 2020, l’International Maritime Organization (IMO) ha reso obbligatorio un drastico taglio del contenuto di zolfo nei combustibili marini, riducendolo di circa l’80% rispetto ai livelli precedenti. Lo scopo principale di questa norma è stato quello di ridurre l’inquinamento atmosferico locale e regionale e limitare le emissioni di particolato responsabile di impatti sanitari acuti, quali problemi respiratori e cardiovascolari. Tale regolamentazione ha mostrato evidenti benefici per la salute pubblica: si stima che, grazie alla riduzione delle emissioni di particelle di zolfo, siano state evitate decine di migliaia di morti premature in diverse aree costiere densamente popolate.

Tuttavia, la diminuzione degli aerosol solfati ha anche ridotto la capacità delle navi di “seminare” la formazione di nubi più riflettenti. La fisica atmosferica alle spalle di questo fenomeno è legata alla nucleazione: particelle più piccole e meno numerose generano goccioline di nuvola più grandi e meno numerose, diminuendo l’albedo complessivo delle nubi. In termini semplici, nuvole con meno aerosol riflettono meno luce solare, permettendo a una maggiore quantità di energia di essere assorbita dalla superficie oceanica e dalla colonna d’aria sottostante.

Un esperimento naturale: il “laboratorio” sopra l’Atlantico meridionale

Il team di ricerca guidato da Michael Diamond, climatologo dell’Atmospheric Science presso la Florida State University, insieme alla studentessa di dottorato Lilli Boss, ha sfruttato proprio questo spostamento forzato delle rotte per quantificare gli effetti delle nuove regolamentazioni sui combustibili navali. Nel loro studio, pubblicato su Atmospheric Chemistry and Physics, gli scienziati hanno confrontato le condizioni delle nubi in presenza di flussi navali simili prima e dopo l’entrata in vigore del regolamento IMO 2020.

La metodologia ha incluso l’uso di misurazioni da satelliti, che hanno monitorato la concentrazione di ossidi di azoto (NO₂) sull’Oceano Atlantico meridionale. Il NO₂ è un indicatore affidabile delle emissioni navali perché risulta poco influenzato dalle normative sul contenuto di zolfo e varia principalmente in relazione al traffico navale effettivo. Confrontando i livelli di NO₂ e il numero di goccioline nelle nubi, il team ha potuto isolare l’effetto specifico della diminuzione del contenuto di zolfo nei combustibili sulla formazione delle nuvole e sulle loro proprietà microfisiche.

Dati e risultati: una riduzione significativa nell’effetto di nucleazione

Nonostante il flusso di navi raddoppiato nella regione nel 2024 rispetto agli anni precedenti, i dati hanno evidenziato che la capacità delle emissioni navali di influenzare la formazione delle nuvole si è ridotta di circa due terzi (~67%) dopo l’applicazione delle norme di riduzione dello zolfo nel carburante. In termini pratici, questo significa che i nuovi carburanti più puliti producono aerosol molto meno efficaci nel generare nuvole con goccioline piccole e numerose.

Questo dato è cruciale per diverse ragioni:

• riduce significativamente l’incertezza nella quantificazione delle interazioni aerosol-nubi, uno dei principali fattori di incertezza nei modelli climatici;
• fornisce una misura empirica dell’effetto delle regolamentazioni dei combustibili sull’atmosfera reale, al di là delle simulazioni teoriche;
• mette in evidenza un possibile *effetto di feedback climatico*: meno nubi riflettenti possono portare a maggior riscaldamento locale.

Le nuvole marine e l’albedo: perché contano tanto

Le nubi basse sopra gli oceani sono tra gli elementi più influenti nel controllare l’albedo terrestre, ossia la frazione di luce solare che viene riflessa nello spazio. Nell’equilibrio energetico globale, queste nubi agiscono come un “parasole naturale”. Quando sono cariche di piccole goccioline, riflettono una porzione maggiore di radiazione solare, contribuendo a un effetto di raffreddamento. Questo processo è noto come effetto di raffreddamento da aerosol indotto.

Prima del regolamento IMO 2020, le emissioni navali costituivano una delle principali fonti di aerosol solfati antropogenici sugli oceani, specialmente nelle rotte commerciali densamente trafficate. Queste particelle aumentavano la concentrazione di nuclei di condensazione delle nuvole, creando nubi più riflettenti e più “fresche”. Ora, con carburanti meno ricchi di zolfo, questa fonte di aerosol è stata notevolmente ridotta.

Bilancio energetico terrestre: un equilibrio complesso

Il sistema climatico terrestre è governato da una serie di interazioni non lineari tra componenti fisiche, chimiche e biologiche. Tra questi, il rapporto tra gas serra, aerosol e nuvole è tra i più complessi da descrivere accuratamente in modelli matematici. La brevità della vita atmosferica degli aerosol (giorni o settimane) rispetto a quella dei gas serra (decenni o secoli) aggiunge un livello di difficoltà interpretativa: mentre i gas serra determinano tendenze climatiche a lungo termine, gli aerosol influenzano la variabilità climatica su scale temporali più brevi.

I nuovi risultati riguardo alle nubi marittime suggeriscono una diminuzione persistente dell’effetto di raffreddamento indotto dagli aerosol navali. Questo potrebbe tradursi in una maggiore quantità di radiazione solare incidente sulla superficie oceanica e nella colonna d’aria soprastante, potenzialmente influenzando:

• temperature superficiali marine;
• modelli di circolazione atmosferica;
• intensità e frequenza di eventi climatici estremi.

Tuttavia, è fondamentale notare che questi effetti sono parte di dinamiche climatiche complesse e interconnesse, e non possono essere interpretati isolatamente.

Conseguenze per i modelli climatici e le previsioni future

La fiducia nelle previsioni climatiche si basa sulla capacità dei modelli numerici di rappresentare accuratamente processi fisici fondamentali. Tra questi, l’interazione tra aerosol e nubi è da tempo identificata come una delle principali fonti di incertezza. I modelli necessitano di parametri empirici affidabili per simulare la formazione delle nuvole e la loro risposta alle variazioni di emissioni antropiche.

I risultati derivati dall’episodio del dirottamento navale forniscono proprio un’informazione empirica robusta: un taglio sostanziale nelle emissioni di zolfo riduce drasticamente l’influenza delle navi sulle proprietà delle nubi marine. Questa conoscenza può essere integrata nei modelli climatici globali per migliorare la precisione delle simulazioni riguardanti:

• il bilancio energetico terrestre;
• le variazioni nei pattern di radiazione solare riflessa;
• le proiezioni delle temperature superficiali marine e terrestri;
• le risposte climatiche future in scenari di riduzione delle emissioni globali.

Qualità dell’aria vs. effetti climatici: un compromesso da comprendere

Le normative come IMO 2020 sono state introdotte principalmente per migliorare la qualità dell’aria e la salute umana. Le particelle di zolfo nelle emissioni navali sono associate a malattie respiratorie, cardiovascolari e mortalità prematura. Ridurre queste emissioni, quindi, ha benefici immediati per la salute pubblica, soprattutto nelle aree portuali e costiere densamente popolate.

D’altra parte, gli stessi aerosol che danneggiano la salute umana svolgono, a livello atmosferico, un ruolo di raffreddamento temporaneo. Il nuovo studio mette in evidenza questo compromesso climatico: azioni che proteggono la salute possono anche ridurre un effetto che temporaneamente attenua il riscaldamento globale. Interpretare correttamente questo compromesso è essenziale per politiche climatiche equilibrate, che considerino sia i benefici per la salute sia le implicazioni sul riscaldamento globale.

Precedenti nel clima marino: il contributo alle ondate di caldo

La riduzione delle nubi riflettenti potrebbe avere avuto un ruolo (ancora sotto studio) nel recente aumento dell’intensità delle ondate di caldo marino nell’Atlantico, osservate negli anni 2023 e 2024. La maggiore radiazione solare incidente sulla superficie oceanica, dovuta alla diminuita riflettività delle nuvole, può contribuire a riscaldamenti anomali. Mentre questa relazione è complessa e influenzata da molte variabili oceaniche e atmosferiche, la nuova evidenza empirica rafforza la necessità di includere le dinamiche aerosol-nubi nei modelli di previsioni degli eventi estremi.

Un contributo duraturo alla ricerca climatica

Lo studio derivante dal “dettour” dei traffici marittimi rappresenta un contributo significativo per la scienza climatica. Offre:

• una quantificazione empirica dell’effetto delle normative sui combustibili sui processi di formazione delle nuvole;
• una riduzione dell’incertezza nei modelli globali riguardanti interazioni aerosol-nubi;
• un caso reale di studio che collega condizioni meteorologiche, dinamiche di traffico globale e chimica atmosferica;
• una base teorica e pratica per future politiche ambientali che integrino impatti climatici e sanitari.

Verso una comprensione integrata del clima marino globale

La scoperta che i combustibili navali a basso contenuto di zolfo riducono significativamente la capacità delle emissioni di stimolare la formazione di nuvole riflettenti cambia la prospettiva con cui pensiamo alle interazioni tra inquinamento antropico, salute umana e clima globale. La scienza del clima, che da anni lotta con l’incertezza legata agli aerosol, dispone ora di un nuovo punto di riferimento empirico per migliorare le proprie previsioni.

Per il settore marittimo, queste conoscenze implicano che le politiche di regolamentazione ambientale devono essere valutate non solo sulla base dei loro effetti sulla qualità dell’aria, ma anche in relazione al loro impatto sulle proprietà delle nubi e sul bilancio energetico terrestre. Nel contesto delle sfide climatiche globali, un approccio integrato, che consideri le interazioni tra emissioni, chimica atmosferica e dinamiche oceaniche, è fondamentale per formulare strategie di mitigazione efficaci, sostenibili e basate su evidenze scientifiche robuste.