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Scie di condensazione: come si formano e perché alcune restano in cielo

Le strisce bianche dietro gli aerei sono nuvole vere e proprie, fatte di minuscoli cristalli di ghiaccio. Che una scia sparisca in pochi secondi o resti in cielo per ore non dipende tanto dall'aereo, quanto dall'aria in cui vola. Questa pagina spiega il perché, in modo semplice, con i concetti che usa anche l'app CieliBlu.

Cosa c'è dentro una scia

Bruciando il cherosene, un motore a reazione produce soprattutto anidride carbonica e vapore acqueo: per ogni chilo di carburante escono circa 1,2 chili di acqua sotto forma di vapore. Con il vapore escono anche particelle di fuliggine e minuscole goccioline di composti solforati, che più avanti faranno da "semi" per il ghiaccio.

Il getto di scarico è caldo e umido. Appena lascia il motore si mescola con l'aria esterna che, alle quote di crociera (circa 9–12 km), è molto fredda: spesso tra −40 e −60 °C. Durante questo mescolamento la miscela si raffredda più in fretta di quanto si diluisca il suo vapore: se a un certo punto supera la saturazione, il vapore condensa in goccioline attorno alle particelle, e a quelle temperature le goccioline congelano quasi subito. Per questo tra il motore e l'inizio della scia si vede spesso un breve tratto trasparente: è il tempo che serve alla miscela per raffreddarsi abbastanza.

È lo stesso fenomeno del fiato che si vede in una mattina d'inverno: aria calda e umida che si mescola con aria fredda.

La soglia di formazione: il criterio di Schmidt-Appleman

Le condizioni in cui una scia può nascere sono state descritte dal fisico tedesco Ernst Schmidt (1941) e dal meteorologo statunitense Herbert Appleman (1953). Il loro criterio, perfezionato in seguito da Ulrich Schumann (1996), confronta la temperatura dell'aria con una temperatura di soglia. Se l'aria è più fredda della soglia la scia si forma, altrimenti no. La soglia dipende da tre cose:

In pratica, alle quote di crociera una scia si forma quando l'aria è più fredda di circa −40 °C. Più in basso l'aria è di solito troppo calda: per questo un aereo che decolla o atterra normalmente non lascia scie di condensazione, mentre lo stesso aereo, salito a 10 km, può lasciarne una lunghissima.

CieliBlu applica proprio questo criterio. Per ogni aereo osservato, l'app ricava dalla quota la pressione, prende da un modello meteorologico temperatura e umidità a quella pressione e calcola se una scia era "attesa". Il confronto tra la previsione e quello che hai visto davvero è il cuore dei dati raccolti.

Breve o persistente: decide l'umidità rispetto al ghiaccio

Una volta formata, la scia è fatta di ghiaccio, e il suo destino dipende da una grandezza poco intuitiva: l'umidità relativa rispetto al ghiaccio. A temperature sotto zero il ghiaccio "trattiene" il vapore meglio dell'acqua liquida, quindi un'aria che per una goccia sarebbe secca può essere umida per un cristallo.

Le zone soprassature sono frequenti nell'alta troposfera. Spesso sono strati sottili, spessi qualche centinaio di metri, ma possono estendersi per centinaia di chilometri. Così si spiega una scena che chiunque può osservare: due aerei a poca distanza, uno con una scia lunga e persistente e l'altro con una scia che svanisce subito, o senza scia. Basta che volino a quote diverse, uno dentro e uno fuori dallo strato umido.

Che effetto hanno sul clima

Le scie persistenti e i cirri che ne derivano agiscono in due modi opposti. Di giorno riflettono verso lo spazio una parte della luce del Sole, raffreddando. Di giorno e di notte trattengono una parte del calore emesso dalla superficie terrestre, riscaldando. In media prevale il riscaldamento, soprattutto per le scie che si formano la sera e di notte.

Una valutazione ampia della letteratura scientifica (Lee e colleghi, 2021) indica i cirri da scia come la componente più grande dell'effetto dell'aviazione sul clima, paragonabile o superiore a quella della CO2 emessa dai voli, ma con un'incertezza molto più grande. C'è anche una notizia incoraggiante: una piccola parte dei voli produce la maggior parte dell'effetto, perché solo gli aerei che attraversano le zone soprassature lasciano scie persistenti. Per questo si studia la possibilità di evitarle con piccole variazioni di quota, e per farlo servono previsioni affidabili dell'umidità in quota.

Perché prevederle è difficile

I modelli meteorologici prevedono bene la temperatura e il vento alle quote di volo. L'umidità, invece, è la grandezza meno affidabile: lassù le misure dirette sono poche (palloni sonda lanciati due volte al giorno in poche località, sensori installati su una piccola parte degli aerei di linea) e gli strati soprassaturi sono spesso più sottili della risoluzione dei modelli.

Le osservazioni da terra sono un controllo semplice e indipendente. Ogni aereo osservato, con o senza scia, dice se in quel punto e a quell'ora l'aria era sopra o sotto le soglie descritte qui. Una sola osservazione vale poco; migliaia di osservazioni, in luoghi e stagioni diverse, permettono di capire quanto le previsioni siano giuste e dove sbagliano. È lo scopo di CieliBlu.

Come osservare bene

  1. Scegli aerei in quota. Le scie si formano in genere sopra gli 8 km: un aereo che sembra piccolo e lento è di solito molto alto.
  2. Guarda per almeno un minuto prima di decidere. Breve vuol dire che la scia sparisce in pochi secondi dietro l'aereo; persistente vuol dire che resta visibile a lungo e tende ad allargarsi.
  3. Registra anche gli aerei senza scia. Sapere quando la scia non si forma è importante quanto sapere quando si forma.
  4. Attenzione alle nuvole già presenti. Un aereo che passa dentro o sopra un velo di cirri può sembrare senza scia o confondersi con le nuvole.
  5. Con il Sole basso le scie possono apparire colorate o proiettare un'ombra sulle nuvole sottostanti: è normale, dipende dalla luce, non dalla scia.

Per approfondire