Grandi incendi creano nuvole di pirocumuli che trasportano aerosol nell'atmosfera, dove influenzano il cambiamento climatico sconvolgendo l'equilibrio delle radiazioni che raggiungono la superficie terrestre. Dati migliori su come si comportano gli aerosol nell'atmosfera possono facilitare una previsione del clima più accurata. Credito:immagine Creative Commons / CC BY 3.0.
A circa 17 chilometri sopra la superficie terrestre, il primo strato dell'atmosfera incontra il secondo. Ad un confine chiamato tropopausa, finisce la troposfera e inizia la stratosfera. A cavallo di questa interfaccia, per circa cinque chilometri su entrambi i lati, è una band dell'atmosfera etichettata, concretamente, la "troposfera superiore/stratosfera inferiore"—l'UTLS.
Questa fredda fetta di polvere e gas non riceve molta attenzione. Ma i materiali che vorticano al suo interno influenzano fortemente il clima che sperimentiamo sulla Terra, e buoni dati su cosa sta succedendo nell'UTLS alimenteranno modelli molto più accurati di come possiamo aspettarci che il clima cambi, e quando. Finora, però, sappiamo molto poco.
"E 'letteralmente, per quanto questo sia difficile da credere, una regione inesplorata nell'atmosfera, " ha detto Scott Bailey, un professore nel dipartimento di Bradley di ingegneria elettrica e informatica. "Ed è cruciale per la previsione del cambiamento climatico".
Il controllo del cambiamento climatico è diventato un pilastro centrale dell'approccio dell'amministrazione Biden alla politica economica e pubblica; iniziative per l'energia pulita, limiti di emissione, e altre disposizioni incentrate sul clima rappresentano miliardi di spesa in progetti di legge attualmente in fase di elaborazione al Congresso.
Le mitigazioni efficaci richiedono previsioni accurate, ha spiegato Bailey, che è anche direttore di Space@VT, il centro universitario per le scienze spaziali e la ricerca ingegneristica.
"Immagina di essere il sindaco di una grande città costiera, " ha detto. "Sapete che nei prossimi 50 anni il livello del mare si alzerà e causerà inondazioni, Allora cosa fai? Hai bisogno di potenziare le spiagge? Hai bisogno di aggiornare i codici di costruzione per prepararti a tempeste più violente? Hai bisogno di iniziare a spostare letteralmente la città nell'entroterra? E quando? È un problema di 20 anni o di 40 anni? Avrai queste domande per ogni città della costa, in tutto il Paese."
La narrativa di base sui cambiamenti climatici è che i gas serra intrappolano il calore, innalzando la temperatura e guidando eventi meteorologici estremi.
"Ma c'è molto di più nella storia, "Bailey ha detto, spiegando che l'attività umana in realtà contribuisce a due processi in competizione. Il riscaldamento è uno di questi, ma l'altro, meno intuitivo, si sta raffreddando:gli aerosol sospesi nell'atmosfera agiscono come uno scudo termico, disperdere la luce solare in arrivo nello spazio e ridurre le temperature. (Questo è stato il fenomeno che ha guidato l'apparente pausa del riscaldamento globale durante gli anni 2010.)
Molti di questi aerosol sono di origine antropica in un modo o nell'altro, e l'UTLS, dove la temperatura e la pressione dell'aria creano condizioni congeniali per l'accumulo, è dove si svolge gran parte del dramma. I ricercatori sanno quali sono alcuni di questi composti, ma molto poco sulla loro abbondanza relativa o su come cambiano nel tempo. Bailey, con un potente team di collaboratori presso istituti di ricerca in tutto il paese, ha elaborato un piano che potrebbe finalmente far luce su questa misteriosa regione dell'atmosfera.
La loro proposta prevede una flotta di sei piccoli satelliti, ciascuno delle dimensioni di una borsa termica da picnic, che orbiterebbe non all'interno dell'UTLS ma a centinaia di chilometri al di sopra di esso.
Il cuore tecnologico del progetto è il carico dei satelliti. Ognuno porterà sensori unici, concepito dalla società GATS Inc. con sede a Newport News e sviluppato presso la Divisione Telerilevamento del Naval Research Laboratory, che misurano la quantità di luce solare assorbita a precise lunghezze d'onda. Due volte ogni orbita, quando ogni satellite sarà nella posizione giusta per sbirciare il sole attraverso l'UTLS, i sensori cattureranno la luce solare filtrata attraverso gli aerosol UTLS. I modelli di assorbimento risultanti funzioneranno come impronte chimiche chimiche che il team può utilizzare per identificare i componenti di quegli aerosol e tenere traccia di come cambiano nel tempo, con una risoluzione e una precisione maggiori rispetto a quelle disponibili in precedenza.
"La particolarità di questo strumento è che può annullare le proprietà atmosferiche con incrementi di altitudine davvero ridotti, " ha detto Bailey.
La maggior parte dei sensori atmosferici può determinare l'altitudine di ciò che stanno misurando entro cinque chilometri circa. Nell'UTL, solo 10 chilometri di spessore, quella risoluzione è praticamente inutile. I sensori che il team di Bailey utilizzerà possono individuare l'altitudine a meno di un chilometro, abbastanza per iniziare finalmente a identificare da dove provengono questi composti e come viaggiano.
Gli aerosol che galleggiano nell'UTLS hanno origine sulla Terra. Vengono dal sale marino, materiale biologico, pennacchi di cenere selvaggia, smog eruttato dalle ciminiere delle fabbriche, e polvere vulcanica, agitato verso l'alto nell'atmosfera da tempeste, correnti d'aria e altre turbolenze.
Una certa quantità di questi aerosol filtrerebbe naturalmente nell'UTLS. Ma l'attività umana ha pompato abbastanza nell'atmosfera per eliminare l'equilibrio del calore che entra ed esce.
"Stiamo perturbando l'atmosfera in modi che non possiamo prevedere, e vedendo cambiamenti che stiamo lottando per capire, " Bailey ha detto. "Se un giorno vedrai l'inquinamento generato da un incendio, Per esempio, si desidera monitorare il suo movimento nel tempo. Hai bisogno di un profilo dettagliato per farlo, ed è quello che questo strumento può fare."
Il team ha sviluppato un prototipo funzionante dello strumento con una sovvenzione di 4 milioni di dollari dalla NASA nel 2017. Ora, stanno facendo domanda per l'infusione di fondi molto più consistente che servirà per costruire la versione del mondo reale e inviarla nello spazio.
Se hanno successo, i dati che ritornano da quei satelliti aiuteranno a collegare i punti tra il comportamento umano e i cambiamenti climatici, completando i pezzi mancanti del quadro abbiamo bisogno di costruire modelli climatici robusti.
"Quanto si scalderà da quando è cruciale, e ci sono ancora grandi barre di errore quando raggiungeremo determinate temperature, " Bailey ha detto. "Non ci arriveremo senza questa missione. Questo non è un piccolo passo avanti, questo è un grande passo avanti".
