Usare il laser per creare nuvole

photo gap.unige.ch

L'occasione di dover scrivere un pezzo sul tema laser per il Carnevale della Fisica su Dropsea del buon Gianluigi Filippelli mi spinge a fare una sommaria ricerca su tutti i filoni di ricerca che includano la parola  laser. Ce ne sono veramente parecchi. Sembra quasi che questa ormai antica tecnica di collimazione della luce renda possibili interventi sui fenomeni naturali attuabili solo in condizioni di elevata coerenza. Quando si riesce a ordinare o sincronizzare qualcosa, vuoi un fascio di luce (laser) o un getto d'acqua (fresa a getto d'acqua) oppure un getto d'aria (motori a reazione) noi otteniamo qualcosa in più che non se utilizzassimo le stesse risorse però con un maggiore grado di disordine.

Questo aumento di efficacia ed efficienza dei fenomeni ordinati e sincronizzati potrebbe estendersi anche ad altri sistemi oltre quelli in già uso, con lo scopo di verificare se l'estensione di queste caratteristiche è in grado di apportare dei generici miglioramenti nei risultati che vogliamo ottenere.

Penso, per esempio, alle società umane. E' noto  che un gruppo addestrato è in grado di eseguire un compito meglio di un gruppo non addestrato. Ma non solo: anche un individuo è in grado di eseguire meglio un compito  dopo aver sincronizzato i suoi movimenti, eliminando quelli inutili.

Dunque non solo nello studio dei fenomeni fisico-chimici è valido l'utilizzo di tecniche di collimazione e sincronizzazione e probabilmente non solo in quei settori si ottengono miglioramenti. Fatta questa premessa veniamo all'argomento.

E' possibile creare nuvole con il laser e, conseguentemente, far piovere. E' quello che affermano un gruppo di ricercatori su Nature Photonics (Rohwetter et al. 2010) in un lavoro intitolato Laser-induced water condensation in air. Si parte dalla considerazione che la ricerca della pioggia a comando ovvero della possibilità di far piovere quando e dove si desidera è uno degli antichi sogni dell'uomo, soprattutto in riferimento alle necessità dell'agricoltura. Posta la controversia dell'efficacia del cloud seeding (si veda E' possibile manipolare il tempo?) i ricercatori affermano di aver trovato un sistema per formare nuvole, sia in laboratorio che in campo aperto.

Il sistema prevede l'uso di una camera contenente aria satura d'acqua, alla temperatura di -24°C. In questa camera vengono inviati brevi impulsi di luce laser nel campo dell'infrarosso. Gli impulsi laser inviano dei pacchetti della potenza di 220 mJ (millijoule) in 60 femtosecondi (60 x 10-15 s). L'intensità così ottenuta, a dire dei ricercatori, è pari a quella sviluppata da 1000 centrali elettriche. L'effetto è la creazione di quelle che al New Scientist chiamano

miniature airplane contrail [1]

cioè piccole scie di condensazione, di quelle che lasciano gli aerei, per intenderci.

Uno degli autori dell'articolo afferma che 

the laser pulses generate clouds by stripping electrons from atoms in air, which encourage the formation of hydroxyl radicals. Those convert sulphur and nitrogen dioxides in air into particles that act as seeds to grow water droplets.[1]

In pratica, la luce laser strappa letteralmente gli elettroni agli atomi presenti nell'aria contribuendo alla formazione di radicali idrossilici (OH). Siccome questi radicali idrossilici sono altamente reattivi reagiscono con i diossidi di azoto e zolfo presenti convertendoli in una sorta di semi di accrescimento per minuscole goccioline d'acqua. 

Dall'analisi effettuata dopo l'invio degli impulsi laser è risultato un aumento del volume totale di goccioline d'acqua condensata e nelle nuvole formate il volume di acqua condensata era salito di 100 volte.

Bene. Questo è ciò che succedeva in un'atmosfera controllata e satura d'acqua quale quella creata in laboratorio. Ma che sarebbe successo all'aperto? Per scoprire l'effetto i ricercatori hanno inviato gli stessi impulsi nei cieli sopra Berlino (sic) ad un'altezza di 60 metri dal suolo. Utilizzando la tecnica LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) hanno potuto verificare che anche all'aperto si erano ottenute nuvole di condensazione di goccioline d'acqua, anche in assenza di una saturazione d'acqua spinta come quella del laboratorio.Non sembra che sia piovuto, ma è solo questione di aumentare la dimensione delle goccioline e di ottimizzare lunghezza d'onda della radiazione e durata degli impulsi, conclude uno dei ricercatori.

[1]Laser creates clouds over Germany

E' possibile manipolare il tempo? La semina delle nuvole o cloud seeding

Una recente trasmissione televisiva (E se domani, Rai 3) solleva il tema della manipolazione del tempo atmosferico. Il filmato che mostra è un documentario di qualche anno fa andato in onda sulla Televisione della Svizzera Italiana, che ho ritrovato su YouTube, eccolo.

Link alla seconda parte del video

Link alla terza parte del video

 In questo filmato si parla di una tecnica di manipolazione del tempo chiamata semina delle nuvole o cloud seeding. Il cloud seeding (inseminazione delle nuvole), come dice la voce di Wikipedia, è una tecnica alla quale la Federation of  Meteorology ha cominciato a lavorare dai primi anni del 900 anche se colui che ha dato una svolta alle ricerche è stato Vincent Schaefer nel 1946.



Si tratta di un sistema artificiale di aumento delle precipitazioni piovose realizzato attraverso la dispersione nell'atmosfera di sostanze che si comportano come condensatori di nubi o che permettono l'aggregazione di cristalli di ghiaccio.

(fonte en-wikipedia)

Si usano, di solito, lo ioduro d'argento o il ghiaccio secco, anche se, nel tempo, sono state usate molte altre sostanze o elementi.

La tecnica, nonostante il parere non unanime degli scienziati sulla sua efficacia, è ampiamente utilizzata. Per esempio, la usa molto la Cina, anche in occasione delle Olimpiadi che si sono svolte sul suo suolo nel 2008 (vedi, per esempio, la notizia che dà la BBC "To make sure there was no rain over the Olympic opening ceremony in Beijing, the Chinese had fired over 1,000 rain dispersal rockets into the sky, to blow clouds away. Professor Johnny Chan, of the City University of Hong Kong, discusses whether the technology works". Mille razzi sparati nell'atmosfera, qui il collegamento alla BBC) o per aumentare la quantità di pioggia nelle molte zone aride. Anche in un'altra, tragica, occasione fu usata, a quanto dice il filmato della Tv Svizzera, la tecnica del cloud seeding: dai Sovietici, subito dopo l'esplosione della centrale nucleare di Chernobyl. Anche se secondo la voce  Chernobyl di Wikipedia, le condizioni meteorologiche di quei giorni furono tali da influire, da sole,  sullo spostamento della nube.

A quanto si afferma nel filmato però, in quella occasione, il rischio che la nube radioattiva sprigionata dall'esplosione si dirigesse verso Mosca e altri luoghi densamente popolati, spinse i governanti Sovietici a intervenire con il cloud seeding, affinchè la pioggia facesse precipitare le particelle radioattive trasportate dalle nubi.  La regione nella quale si verificarono queste precipitazioni fu la Bielorussia (vedi questo articolo di R. Gray sul Telegraph: "How we made the Cernobyl rain"). A causa di queste piogge si verificarono aumenti di tumori infantili e malformazioni neonatali, mentre sarebbe stato sufficiente avvisare la popolazione di rimanere in casa per il tempo delle precipitazioni per ridurre drasticamente l'incidenza dei tumori. Mosca ha sempre negato il fatto, ma a vent'anni di distanza dall'evento, il maggiore Grushin e un altro pilota che volle rimanere anonimo, ammisero di aver volato, un paio di giorni dopo la tragedia,  sopra quelle nubi allo scopo di causare la pioggia. (Vedi, per esempio,  Pediatric thyroid cancer after the chernobyl disaster. Pathomorphologic study of 84 cases (1991–1992) from the republic of Belarus).

Altro evento avverso causato, con tutta probabilità, dalla pratica del cloud seeding in terra di Cina è stata la grande nevicata che ha colpito Pechino l'anno scorso, la prima da dieci anni a questa parte, che qualche fonte attribuisce appunto a questa prassi (vedi il Daily Mail del novembre 2009 "China overdoes cloud seeding to end drought... and blankets Beijing in snow").
In ultimo, però, vi è da considerare anche questo recente articolo apparso nel luglio di quest'anno sulla rivista Atmospheric Reasearch "Reassessment of rain enhancement experiments and operations in Israel including synoptic considerations" .

 La ricerca, condotta da ricercatori israeliani, ha preso in considerazione gli esperimenti di cloud seeding  effettuati dal 1975 ad oggi in Israele, non rilevando differenze tra le zone inseminate e quelle non inseminate.

"By comparing rainfall statistics with periods of seeding, we were able to show that increments of rainfall happened by chance" (Confrontando le statistiche delle precipitazioni con i periodi di semina, siamo stati in grado di dimostrare che gli incrementi di pioggia sono avvenuti per caso), così dice il prof. Alpert del Dipartimento di Geofisica dell'Università di Tel Aviv.

Sembra quindi rimesso di nuovo tutto in discussione? E' presto per trarre conclusioni. Una però la si può tentare. E' sempre bene che questi interventi dell'uomo sulla natura siano accompagnati da una opportuna diffusione delle informazioni, che non siano pratiche che avvengano in segreto, perchè operare in segreto è il modo migliore di sbagliare e alimentare le teorie dei complotti e la diffidenza dei cittadini verso le Istituzioni.