Le particelle che vorticano intorno alla nostra atmosfera contribuiscono al cambiamento climatico, tuttavia molto su come interagiscono con la luce solare e influenzano la semina delle nuvole rimane sconcertante. Gli studi stanno sollevando il coperchio su come queste minuscole particelle influenzino qualcosa di grande come il clima, analizzandole da aerei a reazione, satelliti e misurazioni a terra.

La principale causa del cambiamento climatico è l'aumento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera. Questo aumento è avvenuto dall'inizio della rivoluzione industriale e ora sappiamo molto su come si comporta questo gas, intrappola il calore e riscalda la Terra.

Un'influenza molto più misteriosa sul clima viene dalle particelle, o aerosol, sospese nell'aria. Particolarmente importante è il carbonio nero, la fuliggine che fuoriesce dalla vegetazione in fiamme e dai fumi del traffico. Questa roba nera si classifica come il secondo maggior contributore al cambiamento climatico. Ma è molto diverso dall'anidride carbonica.

"Mentre l'anidride carbonica rimane nell'aria per centinaia di anni, il nerofumo sopravvive solo per settimane nell'atmosfera, " ha spiegato il professor Bernadett Weinzierl, scienziato dell'atmosfera e dell'aerosol presso l'Università di Vienna, Austria.

L'anidride carbonica è un gas che si mescola così bene che le sue concentrazioni sono più o meno le stesse a Napoli e alle Hawaii. D'altra parte, la quantità e il tipo di particelle di aerosol nell'atmosfera variano a seconda di dove si guarda.

Anche gli effetti dei tipi di particelle differiscono. Il carbone nero assorbe il calore e fa riscaldare l'aria. La polvere minerale assorbe la luce, ma non così forte. Alcune altre particelle riflettono la luce lontano dalla Terra. Gli scienziati devono svolgere un esercizio di contabilità, calcolando quanto alcune particelle riscaldano la Terra, sottraendo quanto gli altri raffreddano il nostro pianeta.

A complicare il quadro, le particelle seminano le goccioline d'acqua che alla fine formano le nuvole. I tipi di particelle influenzano le proprietà di quelle nuvole.

inquinanti

Il prof. Weinzierl tiene traccia degli inquinanti prodotti dall'uomo e delle particelle naturali come la polvere dei deserti nell'atmosfera in un progetto chiamato A-LIFE.

Per assaggiare ciò che fluttua nei nostri cieli, gli scienziati del progetto hanno pilotato il bimotore Dassault Falcon 20 dal Centro aerospaziale tedesco (DLR) nel Mediterraneo orientale. Durante 22 voli, l'aereo ha preso aria per analizzare le particelle che vorticavano sopra e intorno a Cipro nel 2017.

Il Mediterraneo orientale è un luogo ideale, perché contiene fuliggine dalla combustione della biomassa, polveri del deserto del Sahara e del deserto arabo e solfati e nerofumo da traffico e fumi industriali. L'aereo ha volato fino a 300 metri e alto fino a 12 km. Ha anche usato i laser per tracciare le particelle nell'aria.

Il prof. Weinzierl ha osservato che quando era presente molta polvere, anche le previsioni del tempo locali tendevano ad essere meno accurate. Allo stesso modo, tali particelle possono annebbiare le previsioni sul clima.

Il professore austriaco ha anche preso parte a un esperimento con un velivolo di ricerca della NASA che è volato dal Polo Nord fino al centro dell'Oceano Pacifico, al bordo esterno dell'Antartide e il backup dell'Oceano Atlantico. Questa missione le ha permesso di confrontare cocktail di particelle in cieli incontaminati lontano dall'influenza umana, con quelli nei cieli altamente inquinati del Mediterraneo orientale.

Il prof. Weinzierl ha trovato particelle più grandi, come polvere minerale, alto nell'atmosfera di quanto fosse stato previsto. Anche nelle regioni dell'emisfero settentrionale, molto lontano dalle fonti, Nell'aria si trovavano regolarmente particelle da 10 a 20 micron, dice il prof. Weinzierl. I capelli umani misurano 100 micron di diametro, per confronto, mentre il black carbon è costituito da particelle di diametro inferiore a un micron.

D'altra parte, c'era meno carbonio nero presente di quanto il professore si aspettasse in alto nell'atmosfera. "Troviamo che i modelli hanno più carbonio nero nella troposfera superiore di quanto troviamo in natura, " ha detto. "C'è meno riscaldamento allora, di quanto i modelli avrebbero previsto, dal nerofumo."

Una spiegazione potrebbe essere che più carbonio nero viene espulso dall'atmosfera dalla pioggia di quanto previsto dai modelli.

Nuvole

Le particelle di aerosol sono fondamentali per la formazione di nubi, e diversi tipi influenzano il comportamento delle nuvole.

"Ogni singola goccia di nuvola si forma normalmente su una particella di aerosol, perché le nuvole non possono formarsi da acqua pura in condizioni atmosferiche, " ha detto Philip Stier, professore di fisica atmosferica all'Università di Oxford, nel Regno Unito. Le goccioline di nuvole possono iniziare intorno alle molecole emesse dalle piante, composti solforosi emessi dai vulcani o fuliggine dai tubi di scappamento dei veicoli, e altro ancora.

Ma la scienza degli aerosol e della formazione delle nubi lascia perplessi e le caratteristiche degli aerosol sono importanti. "Devi conoscere le loro dimensioni, sulla loro composizione e su come si mescolano, " ha detto il Prof. Stier. Ad esempio, il sale marino galleggiante assorbe rapidamente l'umidità, mentre il nero di carbonio puro tende a respingere l'acqua.

Le nuvole stesse differiranno quindi a seconda di come sono state seminate. "Una nuvola in un'area inquinata generalmente partirà da più aerosol e quindi formerà più goccioline, " ha detto il Prof. Stier. Alla fine una nuvola formata attorno a minuscole particelle artificiali avrà solitamente acqua più abbondante, goccioline più piccole.

Le nuvole costruite intorno al sale o alla polvere del deserto generalmente contengono meno goccioline, ma ogni goccia, come le particelle che formano intorno, è più grande. "Se l'aria è molto pulita, poi spesso le goccioline di nuvole iniziano molto più grandi, e queste nuvole possono piovere molto facilmente, " ha aggiunto il prof. Stier. "Ma la vera domanda è come gli aerosol influenzino le precipitazioni su scala più ampia".

Le nuvole con aerosol inquinanti contengono più gocce d'acqua e appaiono più luminose. Questo riflette la luce, raffreddare l'atmosfera. "Potrebbe anche essere che tali nuvole vivano più a lungo, " ha detto il Prof. Stier, 'ma questi effetti rimangono incerti."

Le particelle di aerosol e le nuvole introducono incertezze nelle previsioni climatiche. Le loro complessità e difficoltà in termini di calcoli fanno sì che gli scienziati facciano ancora fatica a comprendere le nuvole su scala microscopica e su larga scala. Ma si stanno facendo progressi.

Il prof. Stier ha studiato come gli aerosol influenzano le nuvole convettive nell'ambito del progetto ACCLAIM. Le nuvole convettive si formano quando l'aria calda sale e includono i soffici cumuli che potresti vedere in una giornata estiva. Sono scarsamente rappresentati nei modelli climatici, dice il prof. Stier, ma i nuovi satelliti stazionari stanno aiutando a tracciarli meglio.

Calore

Il prof. Stier sta ora studiando come le particelle di aerosol nei nostri cieli influenzano le precipitazioni in un progetto chiamato RECAP. Studia il bilancio energetico dell'atmosfera su piccola scala e attraverso vasti campi di nubi. Per esempio, quando piove, il calore latente viene rilasciato nell'atmosfera.

Il bilancio energetico dell'atmosfera varia. "Ai tropici, si ottiene infatti un aumento locale delle precipitazioni (causato dall'assorbimento di aerosol, come il nerofumo), " ha spiegato il prof. Stier, 'ma alle medie latitudini, dove la rotazione della Terra esercita un effetto più forte e non è così facile deviare energia, otteniamo una forte diminuzione delle precipitazioni".

L'intelligenza artificiale viene utilizzata dal professor Stier per elaborare e comprendere masse di dati raccolti sul movimento e sugli effetti delle particelle su nuvole e precipitazioni.

Nel frattempo, Il gruppo del Prof Weinzierl continua ad analizzare i dati di A-LIFE. Il gruppo austriaco ha sviluppato nuovi metodi, incluso un algoritmo cloud intelligente per i voli ATom. "Esamina i dati e poi dice se sei all'interno o all'esterno di un cloud, "Il prof. Weinzierl ha detto, e' circa il tipo di nuvola."

Le scoperte si sono accumulate. Il prof. Weinzierl ha confermato che la durata del carbonio nero nell'alta atmosfera è più breve di quanto ipotizzato negli studi climatici.

Anche, il suo gruppo ha contribuito alla scoperta che un composto naturale di zolfo è importante per iniziare la formazione di nubi nell'atmosfera marina. Hanno anche aiutato a rivelare che le particelle di nuova formazione in alto nell'atmosfera sopra i tropici aiutano a seminare le nuvole mentre si coagulano e scendono nell'atmosfera.

Capire come le particelle influenzano le nuvole, e in definitiva il clima, è stato un enorme ostacolo per gli scienziati. Ma è un ostacolo che stanno superando grazie a migliori misurazioni delle particelle e a una migliore comprensione delle loro interazioni e dell'impatto sulle nuvole e sul clima.