Fig. 1: Importanza della dimensione delle particelle e della quantità di rivestimento delle particelle di carbonio nero (BC). Pannello a:La dimensione delle particelle e la concentrazione numerica possono essere diverse anche se la quantità totale (massa) di BC è la stessa. Pannello b:la dimensione delle particelle e la quantità di rivestimento determinano l'efficienza di assorbimento solare di BC. Molte particelle BC vengono emesse come particelle BC pure (particelle BC senza rivestimento). Le particelle di BC sono gradualmente ricoperte da altre specie di aerosol come solfati e aerosol organici attraverso processi di aerosol nell'atmosfera (freccia). Questi processi di aerosol migliorano l'efficienza di assorbimento del BC fino a un fattore 2. Credito:Università di Nagoya
Ricercatori giapponesi e statunitensi hanno sviluppato un modello avanzato per valutare la capacità delle particelle di carbonio nero di assorbire la luce solare e contribuire al riscaldamento globale. Il modello ha raggiunto una sensibilità maggiore rispetto a quella ottenuta dai modelli precedenti perché ha considerato sia la dimensione delle particelle che i complessi stati di miscelazione del nerofumo nell'aria. Questo modello avanzato aiuterà nella valutazione dell'efficacia della rimozione del carbonio nero dall'atmosfera per reprimere il cambiamento climatico.
Il black carbon si riferisce a minuscole particelle di carbonio che si formano durante la combustione incompleta di combustibili a base di carbonio. Le particelle di carbonio nero assorbono la luce solare, quindi si ritiene che contribuiscano al riscaldamento globale. Però, il contributo del black carbon al riscaldamento dell'atmosfera terrestre è attualmente incerto. Sono necessari modelli in grado di valutare con precisione l'effetto di riscaldamento del carbonio nero sulla nostra atmosfera in modo da poter comprendere il contributo di queste minuscole particelle di carbonio al cambiamento climatico. Lo stato di miscelazione delle particelle di carbonio nero e la loro dimensione delle particelle influenzano fortemente la loro capacità di assorbire la luce solare, ma i modelli attuali hanno grandi incertezze associate sia alla dimensione delle particelle che allo stato di miscelazione.
I ricercatori delle università di Nagoya e Cornell hanno unito le loro competenze per sviluppare un modello in grado di prevedere l'effetto radiativo diretto del carbonio nero con elevata precisione. Il team ha realizzato un modello del genere considerando varie dimensioni delle particelle e gli stati di miscelazione delle particelle di carbonio nero nell'aria.
"La maggior parte dei modelli di aerosol utilizza uno o due stati di miscelazione del carbonio nero, che non sono sufficienti per descrivere accuratamente la diversità dello stato di miscelazione del carbonio nero nell'aria, "dice Hitoshi Matsui." Il nostro modello considera che le particelle di carbonio nero hanno più stati di miscelazione nell'aria. Di conseguenza, possiamo modellare la capacità delle particelle di carbonio nero di riscaldare l'aria in modo più accurato rispetto alle stime precedenti".
Fig 2. Una figura schematica che mostra il trattamento della dimensione delle particelle e della quantità di rivestimento nelle simulazioni del modello (pannello a) e dei processi di aerosol trattati nel modello globale dell'aerosol (pannello b). Pannello a:Molte simulazioni di modelli sono state effettuate modificando le dimensioni delle particelle alle emissioni (ad es. "Taglia piccola" e "Taglia grande"). Il "metodo dettagliato" può simulare vari stati di rivestimento delle particelle BC (BC puro, a rivestimento sottile aC, BC a rivestimento spesso ecc.). Il "metodo semplice", che è simile al metodo utilizzato in molti precedenti studi di modellazione, non è in grado di risolvere sufficientemente i diversi stati di rivestimento delle particelle BC. Riquadro b:Processi di aerosol nell'atmosfera (emissioni, trasporto, trasformazione, e processi di deposizione) e il loro impatto sull'effetto di riscaldamento del BC sono simulati nel modello globale dell'aerosol. Credito:Università di Nagoya
I ricercatori hanno scoperto che l'effetto radiativo diretto del carbonio nero previsto dal loro modello era altamente sensibile alla distribuzione delle dimensioni delle particelle solo quando i complessi stati di miscelazione del carbonio nero erano stati adeguatamente descritti.
Il modello sviluppato ha ottenuto un'elevata sensibilità perché ha calcolato fattori come la durata del carbonio nero nell'atmosfera, la capacità del carbonio nero di assorbire la luce solare, e l'effetto dei materiali che rivestono le particelle di carbonio nero sulla loro capacità di assorbire la luce solare in modo realistico. Tutti questi fattori sono influenzati dalla dimensione delle particelle e dallo stato di miscelazione del carbonio nero.
I risultati mostrano che descrivere correttamente la dimensione delle particelle e lo stato di miscelazione del carbonio nero è molto importante per comprendere il contributo del carbonio nero al cambiamento climatico.
I risultati del team suggeriscono che le interazioni del carbonio nero con i modelli atmosferici e della pioggia saranno probabilmente più complesse di quanto precedentemente considerato. Il modello sviluppato migliora la nostra capacità di stimare l'efficacia della rimozione del carbonio nero dall'atmosfera per sopprimere futuri cambiamenti di temperatura, che dovrebbe aiutare a indirizzare la ricerca sulle strategie per mitigare il cambiamento climatico.
Fig 3. Intervalli di effetto del riscaldamento BC (media globale). Le barre orizzontali nel "Metodo dettagliato" e nel "Metodo semplice" mostrano gli intervalli dell'effetto di riscaldamento BC quando le dimensioni delle particelle di emissione vengono modificate entro la loro incertezza attuale. Il "Metodo dettagliato" ha una gamma 7 volte maggiore di effetto di riscaldamento BC rispetto al "Metodo semplice" (0,24 W m-2 in "Metodo dettagliato", 0,035 W m-2 in "Metodo semplice"). I cerchi nelle barre orizzontali mostrano gli effetti del riscaldamento BC quando vengono utilizzate dimensioni medie delle particelle per le emissioni. Credito:Università di Nagoya
Fig 4. Rapporto dell'effetto di riscaldamento BC tra le due simulazioni con le dimensioni delle particelle più piccole e più grandi alle emissioni. Il rapporto ha valori più alti (è vicino a 1) quando le dimensioni delle particelle di emissione sono importanti (non importanti) per la stima dell'effetto di riscaldamento del BC. Credito:Università di Nagoya
