Se ci preoccupiamo che la temperatura media dell’atmosfera stia crescendo sotto l’effetto dei gas serra emessi dalle nostre attività, sappiate che è bene preoccuparsi anche per i nostri suoli. Oggi, il terreno su cui sorgono le nostre città è sottoposto a un continuo riscaldamento dovuto non solo a cause climatiche, il riscaldamento globale appunto, ma anche antropogeniche: le attività umane sotterranee (es. mezzi di trasporto, garages, scavi, tubazioni) e di superficie perturbano la temperatura del sottosuolo con ripercussioni tutt’altro che banali. Il caso di Chicago, analizzato in un recente studio pubblicato su Communications Engineering (Nature), dimostra come l’insieme dei fenomeni meteorologici e delle attività antropiche possa creare delle vere e proprie isole di calore sotterranee.

Perché il suolo si scalda?

Rispetto alle zone di campagna l’aria di città è mediamente più calda. Sono le cosiddette “isole di calore”, ovvero un fenomeno microclimatico legato al ristagno di aria calda in corrispondenza dei centri urbani che è il frutto delle nostre attività. Allo stesso modo, sotto i nostri piedi, le attività umane e urbane creano delle vere e proprie “isole” di calore che riscaldano il suolo. Come? I palazzi e le infrastrutture, per esempio, immettono continuamente calore nel terreno a causa delle dispersioni termiche associate al riscaldamento interno degli edifici e agli apparecchi in funzione (es. pompe, condizionatori, gruppi elettrogeni ecc…).

I sistemi di trasporto pubblico, non solo sotterranei come le metropolitane ma anche di superficie, e i mezzi privati contribuiscono inoltre a perturbare le temperature del suolo con il calore emesso durante le frenate o il movimento su gomma e rotaie. Non si salvano nemmeno le tubazioni sotterranee: cavi di alta tensione, reti fognarie, sistemi di teleriscaldamento o riscaldamento semplice contribuiscono a irradiare il terreno con il calore disperso. La scala dei tempi a cui tutto ciò avviene è molto piccola: si tratta di fenomeni che avvengono ogni giorno.

Ma all’effetto delle attività umane va aggiunto quello dei fenomeni climatici, che agisce a una scala di tempo differente: anni, decenni, secoli. Poiché la temperatura del suolo (dai primi centimetri fino a circa 100 metri di profondità) è tipicamente vicina alla temperatura media annuale dell'aria superficiale e la temperatura dell'aria sta aumentando a causa del riscaldamento globale che agisce sulle isole di calore urbane, dunque anche il terreno si sta riscaldando.

Gli effetti del riscaldamento

Il riscaldamento del suolo indotto dalle “isole di calore sotterranee” può essere dell’ordine di alcune decine di gradi e coinvolgere ampie porzioni di terreno sotto le nostre città. Secondo vari studi, in varie città del mondo l’aumento della temperatura del suolo è nell’ordine di 0,1°C/2,5°C per decennio fino a 100 metri di profondità. Sembra un valore trascurabile ma è sufficiente a indurre un certo grado di deformazione del terreno con un effetto sugli strati geologicamente più suscettibili, che è direttamente proporzionale al gradiente di temperatura.

Le fondazioni degli edifici dunque possono perdere progressivamente capacità portante, con gravi ripercussioni sulle strutture che reggono; allo stesso modo il terreno attorno a tubazioni di servizi essenziali come acqua, gas o elettricità, può essere deformato a tal punto da minacciare l’operatività delle reti. Il calore può inoltre riscaldare i binari delle infrastrutture per la mobilità di massa (es. le metropolitane o i passanti ferroviari) costringendo i treni a rallentare o a fermarsi per evitare incidenti con costi economici significativi associati al ritardo dei servizi di trasporto pubblico.

Gli effetti però non riguardano solo le opere artificiali ma anche e soprattutto l’ecosistema sotterraneo. Le variazioni di temperatura del sottosuolo possono influenzare lo stato biochimico, idrogeologico e biologico del terreno sottostante le città, contribuendo a cambiamenti negli stadi di crescita delle piante e all’inquinamento termico delle falde acquifere sotterranee. Il riscaldamento tra l’altro può alterare lo stato geochimico delle acque di falda o modificarne il grado di disponibilità.

Il caso Chicago

Lo studio della Northwestern University, che ha monitorato il “Loop”, un grande e popoloso distretto di Chicago, ha raccolto numerosi dati tramite sensori al suolo e ricostruito un modello 3D per la caratterizzazione della variazione di temperatura e relativa deformazione del suolo. Le maggiori differenze di temperatura si osservano dove le costruzioni si addensano: nell’area che racchiude il maggior numero di palazzi e le principali infrastrutture (es. garages, metropolitane, aree commerciali) si ha il maggiore riscaldamento e dunque le deformazioni più importanti, che possono raggiungere anche l’ordine delle decine di millimetri. In corrispondenza di queste zone, dove la densità urbana è maggiore, il gradiente termico può raggiungere variazioni anche dell’ordine di 15°C, interessando ampie porzioni di terreno. Di contro nelle zone dove gli edifici sono più distanziati o dove ve ne sono di meno, il riscaldamento si aggira nell’ordine di 1-5°C. Ovviamente le variazioni sono anche influenzate dalla profondità e dalla litologia del sottosuolo: il riscaldamento è massimo nei primi strati, che spesso sono costituiti da sabbie, e diminuisce con la profondità, passando per esempio da strati argillosi a rocce di fondo calcaree.

I risultati del modello di anomalie di temperatura sotto il Chicago Loop nello studio di Rotta Loria (2023) con lo scenario in tre differenti anni (1951, 2022 e 2051) e a differenti profondità (10 metri, 17,5 metri e 23 metri). Si osservi il massimo dell'anomalia termica dove si concentrano più edifici.

Isole di calore sotterranee nel futuro: da problema a risorsa

I risultati di questo lavoro sono di estrema importanza per mettere in evidenza un aspetto del cambiamento climatico e delle attività umane forse poco considerato. Il riscaldamento del suolo, come abbiamo visto, può essere un effetto boomerang non solo sulle infrastrutture ma anche sugli ecosistemi. Nonostante la complessità dell’argomento e la necessità di ulteriori studi, i modelli di rilevazione delle temperature del suolo sembrano molto promettenti per poter monitorare e prevedere realisticamente l’estensione e gli impatti delle isole di calore sotterranee. Strumenti di questo tipo potrebbero e dovrebbero rientrare in futuro nelle strategie di pianificazione urbana con il fine di mitigare l’estensione di fenomeni secondari che possono compromettere la sostenibilità delle città del futuro. Da questo punto di vista un messaggio sembra chiaro: costruire meno o comunque a maggiore distanza e, probabilmente, realizzare più aree verdi (non solo per il sottosuolo ma anche per l’aria che respiriamo).

C’è di più. L’aumento della temperatura del suolo può essere considerato anche una risorsa perché il calore di scarto potrebbe essere sfruttato in futuro attraverso la geotermia a bassa entalpia. Il mercato delle pompe di calore geotermiche, che sfruttano la temperatura del terreno o dell’acqua di falda per riscaldare o raffrescare gli ambienti, può trarre un gran giovamento da un fenomeno di questo tipo, contribuendo al processo di decarbonizzazione dell’energia e al contempo mitigando la magnitudo delle isole di calore sotterranee. Si tratta però al momento di applicazioni teoriche che andranno validate caso per caso.