In caso di blocco teorico della rotazione terrestre per 24 ore, che effetti ci sarebbero sulla forza di gravità e sulla temperatura? Che effetti sugli esseri umani?
Pensiamo, ad esempio, alla risposta fisiologica e comportamentale degli animali e delle piante. Tutto ciò è conseguenza della meravigliosa complessità dell'intero "sistema Terra". Come fisico, proverò a dare una risposta alla prima parte del quesito, lasciando ad altri il compito di valutare gli effetti sull'uomo. Prima di entrare nel merito della questione, va premesso che un ipotetico arresto temporaneo della rotazione terrestre deve essere studiato assumendo un opportuno modello di Terra, il che significa struttura interna della parte solida del nostro pianeta, della parte superficiale liquida, gli oceani e i mari per intenderci, e dell'atmosfera. Inoltre, andrebbero fatte delle ipotesi sulle modalità in cui l'arresto e la successiva ripresa della rotazione avvengono, in quanto da queste dipendono importanti conseguenze meccaniche.
Si pensi alla quantità di moto che ciascun corpo materiale ha come conseguenza della rotazione del nostro pianeta; mi riferisco non solo agli oggetti presenti sulla superficie terrestre, ma anche all'intera parte solida, agli oceani e all'atmosfera. Per avere un'idea di cosa ciò significhi, limitiamoci solo a considerare un oggetto, per esempio una casa, un palo, una vettura ecc. solidale con la superficie terrestre.
Questo oggetto apparentemente è fermo, ma rispetto a un sistema di riferimento inerziale, cioè non solidale con il nostro pianeta, esso si muove nello spazio, con una velocità che è massima se esso si trova all'equatore (diverse centinaia di metri al secondo) e che decresce andando verso i poli dove la velocità è nulla. In questo esempio non si è tenuto conto del contributo dovuto alla rivoluzione terrestre o di altre componenti astronomiche ancor maggiori, ma che al fine dell'arresto della rotazione terrestre non sono elementi fondamentali per l'analisi.
Quindi, una variazione della rotazione terrestre provoca una variazione della velocità dell'oggetto e, di conseguenza, una variazione della sua quantità di moto nel tempo, che si manifesta come una forza agente sull'oggetto stesso. Tanto più brusco è l'arresto e/o la ripresa della rotazione terrestre, tanto maggiori saranno le forze agenti sugli oggetti. Tutto ciò si tradurrebbe in deformazioni, rotture, che in pratica si manifestano come crolli, ribaltamenti, e nel caso di mezzi continui quali i fluidi e la terra solida, propagazione di onde meccaniche (onde sismiche, onde negli oceani, nei mari, nei laghi, nei fiumi e in atmosfera).
Tornando alla considerazione riguardante l'assenza di rotazione terrestre e tralasciando i fenomeni transitori che abbiamo appena descritto, la forza di gravità vera e propria, dipendendo esclusivamente dalla distribuzione della massa del nostro pianeta rispetto al punto in cui la si misura, resterebbe invariata, se assumiamo che non siano intervenuti sconvolgimenti dell'interno terrestre. Ad ogni modo, quello che noi avvertiremmo sarebbe un cambiamento della direzione della verticale e del peso degli oggetti. La verticale è quella linea che viene indicata dal filo a piombo, che quotidianamente si utilizzata per risolvere i problemi di statica sulla superficie terrestre (per esempio la costruzione di edifici).
Sia la verticale che il peso sono la risultante della somma della forza di gravità e della forza centrifuga prodotta dalla rotazione terrestre. Venendo a mancare la forza centrifuga, gli oggetti sarebbero più pesanti e la verticale cambierebbe direzione. Questi effetti sarebbero fisicamente misurabili, ma sulla loro percezione e le conseguenze che causerebbero si dovrebbe discutere caso per caso in quanto la componente centrifuga della risultante è almeno tre ordini di grandezza inferiore a quella della gravità.
Per i corpi in movimento, oltre alla mancanza della componente centrifuga della forza peso, verrebbe a mancare anche il contributo verticale dell'accelerazione di Coriolis, la quale si manifesta sugli oggetti in moto sul nostro pianeta e aventi una componente della velocità orientata lungo i paralleli.
Tale fenomeno è stato studiato in dettaglio dal fisico ungherese Lorand Roland Eötvös (1848-1919) e rende i gravi in moto più pesanti se essi si spostano da est verso ovest, mentre essi sono più leggeri in direzione opposta. La variazione di peso causata è proporzionale alla velocità dell'oggetto ed è massima nei pressi dell'equatore, mentre svanisce ai poli. Anche nel caso di velocità elevate (parecchie centinaia di metri al secondo, per gli aerei ad esempio) essa è almeno quattro ordini di grandezza più piccola della gravità.
Proseguendo le considerazioni sugli oggetti in movimento, la mancanza della rotazione terrestre produrrebbe significativi cambiamenti dei moti atmosferici e oceanici. Infatti, su vasta scala, i movimenti dell'aria e dell'acqua nei grandi bacini sono governati dal confronto tra due forze principali: il gradiente di pressione (cioè la differenza di pressione esistente tra zone diverse del fluido, per unità di spazio) e la forza di Coriolis che si manifesta sui corpi in movimento a causa della rotazione terrestre. L'equilibrio tra queste due forze conferisce la tipica traiettoria spirale dei venti attorno alle basse e alte pressioni, inoltre la sua presenza, unitamente all'attuale disposizione dei principali rilievi orografici mondiali, contribuisce all'alternarsi di fronti caldi e freddi alle medie latitudini. L'assenza di rotazione del nostro pianeta sconvolgerebbe tale equilibrio e, per le ipotetiche 24 ore oggetto della domanda, i venti soffierebbero direttamente dai centri delle alte pressioni a quelli delle basse e la circolazione atmosferica globale, non solo quella delle medie latitudini, cambierebbe radicalmente.
Considerazioni analoghe sono applicabili agli oceani, ma con ulteriori complicazioni. Fenomeni atmosferici e oceanici in cui la forza di Coriolis è attualmente trascurabile, rispetto al resto delle forze in gioco (per esempio i temporali o alcuni tipi di vortici marini), non subirebbero modifiche dirette, ma probabilmente risentirebbero delle mutate condizioni al contorno, causate dai cambiamenti a scala più grande.
Le questioni atmosferiche e oceaniche appena trattate portano naturalmente ad affrontare il problema della temperatura dell'aria, delle acque e del suolo in assenza di rotazione terrestre. La sospensione della rotazione terrestre per un giorno solo implica che alcune parti del nostro pianeta riceverebbero una quantità di radiazione solare superiore a quella normalmente acquisita con l'alternarsi del giorno della notte. Mentre altre zone resterebbero al buio per molte più ore. Quindi localmente le temperature del suolo, dell'aria e della superficie delle acque continuerebbero a crescere (o a diminuire per le zone in oscurità) seguendo verosimilmente i trend tipici del momento in cui è avvenuto l'arresto della rotazione.
Ovviamente questo scenario è verosimile se altri fattori non vengono a sovrapporsi, per esempio la variazione della copertura nuvolosa nell'ambito delle ventiquattr'ore. Complessivamente le temperature dell'aria e soprattutto del terreno delle regioni del globo più esposte all'eccesso di insolazione vedrebbero un aumento decisamente anomalo, mentre per le zone al buio si avrebbe una significativa diminuzione. A questa descrizione semplificata vanno aggiunti gli effetti dovuti a una rottura del ciclo giornaliero delle piogge nelle zone equatoriali.
A livello globale è molto probabile che questa breve sospensione della rotazione non avrebbe ripercussioni immediate, ma l'intero sistema terra-acqua-aria subirebbe una significativa forzatura al di fuori dalla configurazione di equilibrio attualmente in essere. Cosa potrebbe accadere successivamente, nel medio e lungo periodo, con la rotazione terrestre di nuovo presente? La risposta non esiste in quanto il nostro pianeta è un sistema complesso. Potrebbe darsi che si ritorni alle condizioni di equilibrio precedenti in tempi brevi.
Esistono già degli esempi passati di improvvisi cambiamenti di insolazione della superficie terrestre a seguito di eventi catastrofici, per esempio esplosioni vulcaniche di portata planetaria.
Ad ogni modo, la sospensione anche se temporanea della rotazione terrestre è cosa ben diversa e, oltre che a cambiare le condizioni di insolazione del nostro pianeta, produce anche conseguenze dinamiche importanti e immediate sui fluidi responsabili dell'equilibrio termico, e non solo, dell'intero pianeta.
La domanda posta si inserisce in un contesto molto più generale, il quale riguarda l'equilibrio e la dinamica dei sistemi complessi. Spero che queste poche righe possano essere d'aiuto nel comprendere perché, allo stato attuale delle nostre conoscenze, non si possa dare una risposta completa e dettagliata al problema che ha posto.