Ascendente 2, 225 metri in aria su un'isola dell'arcipelago delle Azzorre, Il Pico Mountain Observatory è un luogo ideale per studiare gli aerosol, particelle o liquidi sospesi nei gas, che hanno percorso grandi distanze nella troposfera.

La troposfera è la porzione dell'atmosfera dal suolo a circa 10 chilometri nell'aria. Quasi tutto il vapore acqueo e l'aerosol dell'atmosfera si trovano nella troposfera, ed è anche qui che si verifica il tempo. L'Osservatorio Pico sorge sopra il primo strato di nubi della troposfera, noto come strato limite marino atmosferico. A quel confine la temperatura scende rapidamente, e l'umidità relativamente alta diminuisce quando l'aria di raffreddamento costringe l'acqua a condensarsi in goccioline di nuvole.

Pico è spesso circondato dalle nuvole, con la sua vetta che si arrampica sopra di loro. Questa caratteristica consente agli scienziati di studiare gli aerosol sopra lo strato limite, tra cui una serie di tre campioni, un gruppo di ricerca della Michigan Technological University ha recentemente osservato che sfida il modo in cui gli scienziati dell'atmosfera pensano all'invecchiamento dell'aerosol.

In "Caratteristiche molecolari e fisiche dell'aerosol in un sito remoto libero della troposfera:implicazioni per l'invecchiamento atmosferico" pubblicato martedì, 2 ottobre sulla rivista Chimica e fisica dell'atmosfera , I chimici della Michigan Tech dimostrano che alcune particelle di aerosol, quelle che hanno origine dalla combustione di incendi boschivi, esistono per periodi più lunghi nell'atmosfera subendo una minore ossidazione di quanto si pensasse in precedenza.

"In precedenza, si prevedeva che il carbonio marrone si esaurisse per lo più entro circa 24 ore, ma i nostri risultati hanno suggerito la presenza di un significativo carbonio marrone a circa una settimana sottovento dalla sua fonte iniziale di incendi nel nord del Quebec, "dice Simeon Schum, un dottorando in chimica alla Michigan Tech e primo autore del documento.

"Se questi aerosol hanno una durata maggiore del previsto, quindi possono contribuire all'assorbimento della luce e al riscaldamento più del previsto, che potrebbe avere implicazioni per le previsioni climatiche".

Questo lavoro si basa su un precedente articolo pubblicato nella stessa rivista, "Caratterizzazione molecolare dell'aerosol troposferico libero raccolto presso l'Osservatorio del Monte Pico:un caso di studio con un pennacchio di combustione di biomassa trasportata a lungo raggio" (DOI:https://digitalcommons.mtu.edu/chemistry-fp/17/).

Miele o biglie? Spiegazione della consistenza dell'aerosol

Per determinare l'origine delle molecole negli aerosol, Il gruppo, guidato dall'autore corrispondente dell'articolo e professore associato di chimica, Lynn Mazzoleni, utilizzato uno spettrometro di massa a risonanza ciclotrone a trasformata di Fourier, situato a Woods Hole Oceanographic Institution, analizzare le specie chimiche delle molecole dall'interno dei campioni.

aerosol, a seconda della loro composizione chimica e molecolare, possono avere effetti sia diretti che indiretti sul clima. Questo perché alcuni aerosol diffondono solo la luce, mentre altri assorbono anche la luce, e altri assorbono vapore acqueo, modifica delle proprietà del cloud. Gli aerosol svolgono un ruolo di raffreddamento nell'atmosfera, ma ci sono grandi incertezze sulla portata delle forzature e sugli effetti climatici.

Capire come specifici aerosol si ossidano, si decompongono, nell'atmosfera è un pezzo del puzzle per capire come cambia il clima della Terra. Gli aerosol assumono una varietà di consistenze, chiamate viscosità, a seconda della loro composizione e dell'ambiente circostante. Alcuni hanno una consistenza simile all'olio d'oliva o al miele, e questi tendono ad ossidarsi più rapidamente delle particelle di aerosol più solidificate, che può diventare come pece, o anche simile al marmo.

I tre campioni analizzati dal team di Michigan Tech sono denominati PMO-1, PMO-2 e PMO-3. PMO-1 e PMO-3 hanno viaggiato a Pico nella troposfera libera, mentre PMO-2 si è recato a Pico nello strato limite. Gli aerosol sono meno probabili nella troposfera libera che nello strato limite, ma la piroconvezione degli incendi può sollevare le particelle più in alto nell'aria. Sebbene il PMO-2 fosse nell'atmosfera solo da due o tre giorni, si era ossidato più del PMO-1 e del PMO-3, che era nell'atmosfera da circa sette giorni e si stimava avesse una consistenza vetrosa.

"Siamo rimasti perplessi dalla sostanziale differenza tra PMO-2 rispetto a PMO-1 e PMO-3. Quindi, ci siamo chiesti perché avremmo visto degli aerosol alla stazione che non erano molto ossidati dopo essere stati nell'atmosfera per una settimana, "dice Mazzoleni. "In genere, se metti qualcosa nell'atmosfera, che è un ambiente ossidante, da sette a dieci giorni, dovrebbe essere molto ossidato, ma non lo vedevamo".

Aerosol freddi e secchi

Schum ha affermato che il team di ricerca ha ipotizzato che il primo e il terzo campione si siano ossidati più lentamente a causa del percorso di trasporto troposferico libero dell'aerosol dopo essere stato iniettato a quel livello dagli incendi in Quebec. Un tale percorso verso Pico significava temperatura e umidità medie inferiori facendo sì che le particelle diventassero più solide, e quindi meno suscettibile ai processi di distruzione ossidativa nell'atmosfera.

Il fatto che una particella si ossidi a un ritmo più lento nonostante più tempo nell'atmosfera a causa del suo stato fisico fornisce nuove informazioni per una migliore comprensione di come le particelle influenzano il clima.

"Gli incendi sono una fonte enorme di aerosol nell'atmosfera con una combinazione di proprietà di raffreddamento e riscaldamento, che comprendere il delicato equilibrio può avere profonde conseguenze sulla precisione con cui possiamo prevedere i cambiamenti futuri, "dice Claudio Mazzoleni, professore di fisica, e uno degli autori dell'articolo.

Con l'aumento di dimensioni e frequenza degli incendi nelle regioni aride del mondo, più particelle di aerosol potrebbero essere iniettate nella troposfera libera dove sono più lente ad ossidarsi, contribuendo un'altra importante considerazione allo studio delle scienze atmosferiche e del cambiamento climatico.