Svante August Arrhenius: L'uomo che calcolò il riscaldamento globale

Ha passato un anno della sua vita a fare calcoli aritmetici a mano — decine di migliaia di calcoli, senza alcuna macchina per aiutare — per rispondere a una domanda che nessuno aveva posto correttamente: cosa succede alla temperatura della Terra se si cambia la quantità di anidride carbonica nell'aria? La risposta a cui è arrivato nel 1896, ovvero che raddoppiarla riscalderebbe il pianeta di circa quattro gradi Celsius, è abbastanza vicina alla stima moderna da risultare scomoda. Pensava anche che questa sarebbe stata una cosa piuttosto buona.

Un prodigio aritmetico a Vik

È nato il 19 febbraio 1859 a Vik, vicino a Uppsala, da Svante Gustav Arrhenius, un geometra impiegato all'Università di Uppsala, e Carolina Thunberg. A tre anni ha imparato a leggere da solo. Guardando suo padre tenere i libri contabili, è diventato un prodigio dell'aritmetica — un'abilità che sarebbe contata più tardi molto più di quanto chiunque avrebbe potuto immaginare. È entrato nella scuola della cattedrale locale a otto anni, direttamente in quinta classe, e si è diplomato nel 1876 come suo studente più giovane e capace.

L'Università di Uppsala lo ha deluso. Non amava l'insegnamento della fisica e non aveva pazienza per il chimico Per Teodor Cleve; nel 1881 partì per Stoccolma per lavorare presso l'Istituto di Fisica della Reale Accademia Svedese delle Scienze sotto Erik Edlund.

La tesi che quasi fallì

Nel 1884 ha presentato una tesi di centocinquanta pagine sulla conducibilità degli elettroliti, contenente cinquantasei tesi separate. La sua affermazione centrale era eretica: quando un sale si dissolve in acqua, si divide di sua spontanea volontà in particelle cariche — ioni — presenti nella soluzione indipendentemente dal passaggio di corrente. Faraday sosteneva che fosse l'elettrolisi a creare ioni in primo luogo. Arrhenius diceva che erano già lì.

I suoi esaminatori, tra cui Cleve, non ne sono rimasti colpiti. La tesi ha ottenuto un diploma di quarta classe, elevato a terza dopo la sua difesa — un voto che in pratica chiudeva la porta a una carriera accademica. La maggior parte delle cinquantasei tesi sono ancora, con lievi modifiche, considerate corrette.

Ha inviato copie all'estero. Rudolf Clausius, Wilhelm Ostwald e Jacobus Henricus van 't Hoff le hanno lette e ne sono rimasti elettrizzati. Ostwald ha viaggiato a Uppsala di persona per offrirgli un lavoro a Riga. Arrhenius ha rifiutato — suo padre era gravemente malato ed è morto nel 1885 —, ma una borsa di viaggio lo ha poi messo in cammino, lavorando con Ostwald a Riga e Lipsia, Friedrich Kohlrausch a Würzburg, Ludwig Boltzmann a Graz e van 't Hoff ad Amsterdam. Era un'istruzione nella nuova chimica fisica buona quanto qualsiasi altra esistente, e l'aveva assemblata a partire dal rifiuto.

L'equazione e il premio

A Lipsia nel 1889, lavorando al fianco di Ostwald, ha prodotto la formula che porta il suo nome. L'equazione di Arrhenius descrive come la velocità di una reazione chimica dipenda dalla temperatura e dall'energia di attivazione — la barriera che le molecole devono superare prima di poter reagire. È una delle relazioni portanti della cinetica chimica, utilizzata quotidianamente dalla progettazione dei processi industriali alla stima della durata di conservazione di un farmaco.

È diventato docente all'Università di Stoccolma nel 1891, professore di fisica nel 1895 nonostante le obiezioni di diversi colleghi, e rettore nel 1896. Nel 1903 gli è stato assegnato il Premio Nobel per la Chimica per la teoria della dissociazione elettrolitica — la teoria degli ioni che gli esaminatori di Uppsala avevano classificato in quarta classe. È stato il primo premio Nobel svedese.

Un anno di aritmetica

Il documento del 1896, «Sull'influenza dell'acido carbonico nell'aria sulla temperatura del suolo», è quello che lo ha superato. Arrhenius voleva sapere se le oscillazioni dell'anidride carbonica atmosferica potessero spiegare le ere glaciali. Ha preso le misurazioni di Samuel Langley sull'intensità della luce lunare, effettuate tra il 1885 e il 1887, e le ha usate per derivare quanto fortemente il vapore acqueo e l'anidride carbonica assorbono il calore. Quindi ha elaborato temperature e umidità medie in tutto il globo e ha calcolato cosa accadrebbe al 67, 150, 200, 250 e 300 per cento del livello di anidride carbonica dei suoi tempi. Il lavoro gli ha richiesto un anno di calcolo manuale.

La sua conclusione è stata una regola empirica ancora citata: se la quantità di acido carbonico aumenta in progressione geometrica, la temperatura salirà quasi in progressione aritmetica. Raddoppiando l'anidride carbonica, ha scoperto, la Terra si riscalderebbe di circa 4 °C; quadruplicandola, di circa 8 °C. Si basava su Fourier, Pouillet e Tyndall, ma è stato il primo a mettere la chimica fisica al lavoro sul numero.

Il documento del 1896 in sé diceva poco sulla combustione del carbone. Ciò è avvenuto nel suo libro popolare Worlds in the Making (1908), dove ha giudicato le emissioni umane abbastanza grandi da riscaldare il pianeta — e ha accolto la prospettiva. Il riscaldamento, ha sostenuto, avrebbe scongiurato la prossima era glaciale e migliorato i raccolti nel freddo nord. L'innalzamento del livello del mare non appare nel suo registro.

L'impero e i suoi usi

Dal 1901 ha fatto parte della Reale Accademia Svedese delle Scienze e, per il resto della sua vita, del Comitato Nobel per la Fisica e, di fatto, anche del comitato di chimica. Ha usato la posizione: ha spinto alleati verso i premi e ha lavorato per bloccare i rivali. Nel 1905 ha fondato l'Istituto Nobel per la Ricerca Fisica a Stoccolma e lo ha diretto fino al suo pensionamento nel 1927.

La sua curiosità successiva ha vagato. Si è rivolto alla chimica fisiologica e ha dimostrato che le reazioni nei tessuti viventi obbediscono alle stesse leggi delle reazioni in un pallone; le sue lezioni del 1904 in California su tossine e antitossine sono diventate Immunochemistry (1907). Ha scritto sulle ere glaciali e sull'astrofisica, e ha avanzato l'ipotesi della panspermia, secondo cui la vita potrebbe andare alla deriva tra i pianeti sotto forma di spore. Meno onorevolmente, ha fatto parte del consiglio di amministrazione della Società Svedese di Igiene Razziale, fondata nel 1909 — un'associazione che appartiene a qualsiasi resoconto onesto su di lui.

Perché Svante è chiamato genio

Il caso non è principalmente di pura brillantezza, ma di indipendenza di giudizio sostenuta contro un verdetto istituzionale. La teoria degli ioni è stata contrassegnata come quarta classe dai chimici professionisti e si è rivelata corretta; Ostwald, van 't Hoff e Clausius hanno visto immediatamente ciò che Uppsala non poteva vedere, e il Comitato Nobel ha concordato diciannove anni dopo. È una cosa rara avere ragione, di fronte a tanta opposizione di esperti, a venticinque anni.

Il lavoro sul clima mostra una facoltà diversa: una pazienza di un tipo che quasi nessuno possiede oggi. Non c'erano trucchi concettuali nel documento del 1896 — il meccanismo dell'effetto serra era stato descritto da Fourier e misurato da Tyndall. Ciò che Arrhenius ha fornito è stata la volontà di macinare un anno di calcoli manuali per convertire un effetto qualitativo in un numero, e la cifra di sensibilità che ha ottenuto è sorprendentemente vicina a ciò che i supercomputer producono oggi.

Il contro-argomento è sostanziale. La sua stima climatica è stata in parte fortunata: si basava sui dati della luce lunare di Langley e su semplificazioni che gli scienziati successivi hanno respinto, e per decenni il consenso ha respinto il suo risultato come troppo grezzo per essere affidabile. La sua interpretazione di ciò che il riscaldamento avrebbe significato era sbagliata — pensava che fosse un beneficio. E la sua condotta al Comitato Nobel era faziosa, il suo coinvolgimento nell'igiene razziale discredibile. Era un formidabile calcolatore e un pensatore eccezionalmente ostinato; la parola genio si adatta meglio al suo rifiuto di accettare un cattivo verdetto che a qualsiasi lampo improvviso di intuizione.

Dopo-vite

È morto a Uppsala il 2 ottobre 1927 per una malattia intestinale acuta. Gli onori erano arrivati abbondantemente prima: la medaglia Davy nel 1902, il primo premio Willard Gibbs nel 1911, la Faraday Lectureship nel 1914, la medaglia Franklin nel 1920, membro straniero della Royal Society nel 1910.

Crateri sulla Luna e su Marte portano il suo nome, così come l'Arrheniusfjellet nelle Svalbard e i laboratori Arrhenius all'Università di Stoccolma. E per una coincidenza che non è passata inosservata, il padre dell'attivista climatica Greta Thunberg, Svante Thunberg, è stato chiamato così in onore di Arrhenius, un cugino nella linea familiare.