Gennaio 2020:densi pennacchi di fumo degli incendi boschivi australiani si sono spostati attraverso l'atmosfera altrimenti molto pulita sopra Punta Arenas. Visto qui nelle misurazioni del lidar come uno strato verde-giallo ad un'altitudine compresa tra 20 e 25 km. Credito:Cristofer Jimenez, TROPOS
Gli incendi del 2019/20 in Australia hanno trasportato nell'atmosfera più fumo di quanto non si sia mai osservato in qualsiasi parte del mondo. Nella cosiddetta Black Summer, un numero di particelle tre volte maggiore ha raggiunto strati d'aria alti rispetto ai precedenti incendi record in Canada durante l'estate 2017. Due analisi condotte dal Leibniz Institute for Tropospher Research (TROPOS) rivelano ora l'impatto climatico di questi enormi incendi:particelle di fumo con una massa totale di circa un milione di tonnellate si sono sparse nell'emisfero australe e hanno influenzato il clima per circa un anno e mezzo riscaldando l'atmosfera superiore e raffreddando l'atmosfera inferiore vicino alla superficie terrestre.
Dai subtropicali all'Antartide, la luce solare è stata attenuata ancora di più che durante l'eruzione del vulcano Pinatubo nel 1991. Il fumo probabilmente ha anche contribuito al buco dell'ozono record sull'Antartide nel 2020, formando un vortice di 1.000 chilometri di diametro che passava sopra il sud Emisfero per diverse settimane, che è considerata la prima prova che il fumo degli incendi può anche alterare i venti d'alta quota nella stratosfera. Poiché si prevede che tali incendi estremi diventino più frequenti a causa dei cambiamenti climatici, è molto importante considerare il fumo e i suoi effetti sul bilancio energetico della Terra negli scenari climatici, scrivono i ricercatori sulla rivista Atmospheric Chemistry and Physics (ACP ).
Registrare gli incendi boschivi in Australia
Tra settembre 2019 e gennaio 2020, quasi il doppio dell'area bruciata rispetto a qualsiasi altro incendio estremo in Australia documentato fino ad oggi. Gli incendi hanno raggiunto il picco tra il 29 dicembre 2019 e il 4 gennaio 2020, motivo per cui ora sono indicati nella letteratura scientifica come Australian New Year Super Outbreak (ANYSO) e colloquialmente noti come incendi boschivi dell'estate nera.
A causa del calore elevato, si sono formate 38 nuvole di fuoco (Pyrocumulonimbus, in breve PyroCb), che hanno trasportato il fumo a grandi altezze a una velocità dieci volte superiore a quella di un ascensore. Più della metà di queste nubi PyroCb ha trasportato le particelle di fumo direttamente fino a un'altezza compresa tra 14 e 16 chilometri nella stratosfera inferiore. Come per un'eruzione vulcanica, lo stesso vale per gli incendi:più in alto raggiungono le particelle, più si diffondono e più duraturo è il loro effetto sul clima. Le particelle negli strati atmosferici inferiori vengono solitamente dilavate rapidamente dalle precipitazioni (in pochi giorni o poche settimane) e quindi hanno scarso effetto sul clima.
Gli incendi nell'Australia sudorientale hanno emesso circa 1 milione di tonnellate di particelle di fumo nell'atmosfera intorno alla fine dell'anno 2019/20. Questo è circa quattro volte tanto rispetto agli incendi boschivi degli anni precedenti. Le particelle di fumo si sono disperse attraverso le medie latitudini dell'emisfero australe in pochi giorni a causa dei venti di alta quota e contengono, tra le altre cose, aerosol di fuliggine.
Queste particelle scure assorbono l'energia solare e sono tra i più potenti fattori di riscaldamento climatico di breve durata. Tuttavia, il fumo di incendi boschivi così estremi non è stato ancora adeguatamente rappresentato nei modelli climatici di aerosol. Un team di ricerca internazionale guidato da TROPOS ha quindi analizzato gli incendi dell'estate nera per comprendere meglio l'impatto di tali eventi sul clima.
I contenitori di misurazione di TROPOS con il lidar PollyXT durante DACAPO-PESO a Punta Arenas, Cile. Credito:Patric Seifert, TROPOS
Molte misurazioni nell'emisfero australe forniscono un quadro sconcertante
Per il loro studio, i ricercatori hanno utilizzato i dati satellitari dello spessore ottico degli strati di aerosol (AVHRR della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e il lidar spaziale CALIOP). Hanno confrontato l'opacità atmosferica con le misurazioni del fotometro solare della rete internazionale AERONET, che gestisce stazioni a Punta Arenas (Cile), Isola di Amsterdam (Oceano Indiano), Marambio (vicino alla Penisola Antartica), Vechernaya Hill (Antartide orientale) e al Polo Sud, tra gli altri. Inoltre, sono state decisive le osservazioni a lungo termine effettuate con due Raman lidar a terra a Punta Arenas (Cile) e Río Grande (Argentina) all'estremità meridionale del Sud America.
Queste misurazioni possono essere considerate rappresentative della parte meridionale dell'emisfero australe e hanno anche consentito confronti con altri incendi estremi nell'emisfero settentrionale. Entrambe le misurazioni avevano originariamente obiettivi scientifici diversi:le osservazioni lidar a Punta Arenas sono state effettuate nell'ambito della campagna DACAPO-PESO (Dynamics, Aerosol, Cloud And Precipitation Observations in the Pristine Environment of the Southern Ocean) da novembre 2018 a novembre 2021. l'obiettivo principale di questa campagna di misurazione dell'Università di Magallanes (UMAG), TROPOS e dell'Università di Lipsia era studiare i processi di interazione aerosol-nube nelle condizioni pulite dell'emisfero australe.
Le osservazioni lidar nel Río Grande facevano parte della missione HALO SOUTHTRAC-GW (Southern Hemisphere Transport, Dynamics, and Chemistry-Gravity Waves), in cui un grande team internazionale guidato dal Centro aerospaziale tedesco (DLR) ha studiato le onde di gravità atmosferica nel sud America con il velivolo di ricerca HALO nel settembre 2019. È stato utilizzato anche il Compact Rayleigh Autonomous Lidar (CORAL) di DLR, che fornisce dati importanti sulle proprietà ottiche del fumo tra 15 e 30 chilometri di altitudine. La grande quantità di dati ha permesso di osservare un nuovo fenomeno, di confrontare gli incendi con precedenti record di incendi in Nord America e anche di stabilire connessioni con il buco dell'ozono:
Un vortice di fumo unico
È noto da tempo che gli incendi boschivi creano virtualmente il proprio clima, ma è stato osservato un nuovo fenomeno in relazione agli incendi dell'estate nera nel gennaio-marzo 2020:un vortice autosufficiente con un diametro di circa 1.000 km e un'estensione verticale di circa 5 km. Questo vortice estremamente stabile è persistito nella stratosfera per oltre 13 settimane, ha attraversato il Pacifico verso est entro due settimane e si è librato sulla punta del Sud America per più di una settimana.
Questo è stato seguito da un viaggio di 10 settimane intorno al mondo in direzione ovest che poteva essere tracciato per oltre 66.000 km entro l'inizio di aprile 2020. Il vortice ha trasportato fumo e umidità fino a un'altitudine di 35 km, un'altitudine non raggiunta dalla troposferica aerosol dall'eruzione del vulcano Pinatubo. Questo vortice ha intrappolato le particelle di fumo, impedendo loro di essere disperse e diluite. L'assorbimento della radiazione solare da parte del fumo al centro ha portato al riscaldamento e alla circolazione in senso antiorario, come un'area ad alta pressione nell'emisfero australe.
"Niente di simile è stato osservato prima. Questa è la prima prova che il fumo provoca anche cambiamenti nei venti nella stratosfera e apre una direzione completamente nuova alla ricerca scientifica. L'influenza degli incendi sull'atmosfera potrebbe essere molto maggiore di quanto pensassimo in precedenza ," sottolinea il dottor Albert Ansmann di TROPOS.
Polarstern durante MOSAiC nell'Artico. Credito:Hannes Griesche, TROPOS
ANYSO come nuovo detentore del record
Le misurazioni Lidar di TROPOS degli anni precedenti hanno permesso di confrontare gli incendi in Australia con altri due grandi incendi:gli incendi da record in Canada (Pacific Northwest Event, PNE) nell'agosto 2017 avevano trasportato solo circa un terzo della massa di aerosol nel stratosfera superiore a confronto. Durante questo evento, è stato possibile osservare il fumo di cinque nubi di fuoco sulla Columbia Britannica in tutta Europa fino a gennaio 2018.
In luglio/agosto 2019 si sono verificati anche incendi estremamente forti in Siberia a nord e nord-est del lago Baikal (evento SIberiano del lago Baikal, SILBE), dove non sono state osservate nubi di fuoco. Il fumo quindi probabilmente è salito lentamente ad alta quota tramite la radiazione solare entro una settimana. Attraverso misurazioni lidar sul rompighiaccio di ricerca Polarstern, è stato possibile osservare il fumo di questi incendi nella regione intorno al Polo Nord durante la spedizione internazionale MOSAiC tra ottobre 2019 e maggio 2020.
Il fumo degli incendi canadesi (PNE) del 2017 comprendeva circa 0,3 milioni di tonnellate di materiale, formava uno strato spesso da 1 a 4 chilometri, è salito a un'altitudine di 20 chilometri ed è rimasto sospeso nell'atmosfera per circa 8 mesi. Il fumo degli incendi siberiani del 2019 (SILBE) ha formato uno strato di circa 7-10 chilometri di spessore, è salito a un'altitudine di 18 chilometri ed è rimasto sospeso nell'atmosfera per circa 5 mesi.
Il fumo degli incendi australiani del 2019/20 (ANYSO) comprendeva circa 1 milione di tonnellate di materiale, ha formato uno strato di circa 10-14 chilometri di spessore, è salito a un'altitudine di 24 chilometri ed è rimasto sospeso nell'atmosfera per circa 20 mesi.
"Gli incendi australiani del 2019/20 sono sicuramente gli incendi con il maggiore impatto sull'atmosfera e sul clima globale fino ad oggi. Le dimensioni sono paragonabili all'eruzione del Pinatubo nelle Filippine nel 1991. A quel tempo, le particelle hanno raggiunto altezze di 25 chilometri e rimase nell'atmosfera per circa 14 mesi. Solo la dimensione delle particelle differisce in modo significativo:le particelle di cenere del vulcano, con un diametro di circa 1 micrometro, erano circa il doppio delle particelle di fumo degli incendi australiani", riferisce Albert Ansmann di TROPOS.
Interno del container OCEANET con il laser verde del lidar TROPOS durante la spedizione MOSAiC nell'Artico 2019/2020. Credito:Martin Radenz, TROPOS
Il fumo come catalizzatore per il buco dell'ozono?
Nel 2020/21 sono stati osservati tre eventi con un impoverimento dell'ozono da record:un buco dell'ozono estremamente forte si è formato sull'Artico centrale a marzo/aprile 2020 e altri eventi estremi sull'Antartide rispettivamente da settembre a novembre 2020 e 2021. Durante tutti e tre gli eventi, una quantità insolitamente grande di fumo fluttuava nell'atmosfera delle regioni polari, come mostrato dalle misurazioni del lidar.
Dal punto di vista dei ricercatori, questa è una chiara indicazione di correlazioni, in quanto hanno osservato una chiara corrispondenza tra lo strato con la maggiore impoverimento di ozono sopra le stazioni delle sonde di ozono (14–25 km di altitudine), lo strato con un aumento concentrazione della superficie delle particelle sopra Punta Arenas (10–24 km di altitudine) e l'intervallo di altitudine in cui i dati del satellite CALIOP hanno rilevato nubi stratosferiche polari (principalmente sopra l'Antartide a 13–26 km di altitudine).
"È noto che le nuvole stratosferiche polari (PSC) hanno processi chimici sulla loro superficie che accelerano l'esaurimento dell'ozono. Pertanto, sospettiamo fortemente che il fumo abbia portato a queste nubi alte e che queste nubi a loro volta abbiano portato a un grave esaurimento dell'ozono. non è una buona notizia per le persone dentro e intorno alle regioni polari.Se, come previsto, il cambiamento climatico porta a incendi più frequenti e più gravi, i buchi dell'ozono si diffonderebbero sull'Artico e sull'Antartico, e con essi il rischio di cancro della pelle, " spiega Kevin Ohneiser di TROPOS.
Lidar del container OCEANET durante la notte polare al MOSAiC. Credito:Ronny Engelmann, TROPOS
Effetto di raffreddamento come una grande eruzione vulcanica
I dati sono stati utilizzati anche per una simulazione con il moderno modello climatico globale di aerosol ECHAM6.3-HAM2.3. Questo modello utilizza un modello di microfisica dell'aerosol per descrivere lo sviluppo di diversi tipi di aerosol. Ciò consente di stimare la loro influenza sul bilancio di radiazione dell'atmosfera:le simulazioni del modello hanno determinato un effetto di riscaldamento nell'alta atmosfera (TOA) di +0,5 watt per metro quadrato nell'emisfero australe e di +0,25 watt per metro quadrato a livello globale. Sulla superficie terrestre (fondo dell'atmosfera, BOA), la forzante radiativa solare è stata stimata in circa -0,75 watt per metro quadrato sotto cieli sereni. Ciò corrisponde all'effetto di raffreddamento causato da una grande eruzione vulcanica.
"Siamo rimasti sorpresi di quanto gli incendi nell'Australia sudorientale abbiano aumentato l'opacità degli strati d'aria superiori dell'emisfero australe, modificando quindi il bilancio delle radiazioni. Questi cambiamenti hanno influenzato il clima nell'emisfero australe per un anno e mezzo. Tuttavia, possono essere essenzialmente attribuiti a soli quattro giorni di fumo dalla piroconvezione", afferma il dott. Bernd Heinold di TROPOS.
Gli incendi diventano più importanti per i modelli climatici
L'impatto dell'aerosol degli incendi sul bilancio energetico degli incendi con nubi di fuoco di tale livello è stato probabilmente sottovalutato nei modelli finora, poiché la distribuzione verticale del fumo è cruciale per l'effetto radiativo, ma c'è stata poca conoscenza di questa proprietà degli incendi. "Tali miglioramenti sono essenziali per qualsiasi stima del bilancio energetico e dello stato climatico della Terra. Pertanto, sta diventando sempre più importante consentire ai modelli climatici di affrontare meglio l'impatto degli incendi sull'atmosfera, poiché si prevede che aumenteranno in frequenza e gravità in tutto il mondo in risposta al riscaldamento climatico antropogenico", spiega la prof.ssa Ina Tegen di TROPOS.
"L'aumento del rischio di gravi incendi è correlato alla siccità estrema. Condizioni meteorologiche estreme più frequenti e intense aumentano anche la probabilità che queste nuvole di fuoco di portata molto alta si formino più frequentemente in futuro". Incendi da record come quello in Australia nel 2019/20 potrebbero ripetersi in altre regioni del mondo negli anni a venire e avere un impatto crescente sul clima globale. + Esplora ulteriormente
